27-EFT.WP.Packets.Light v1.0 | 第9章 交换与路由（OCS/OPS/WSS/ROADM）

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第9章 交换与路由（OCS/OPS/WSS/ROADM）

一句话目标：统一 OCS/OPS 与 WSS/ROADM 的时序/资源/功率与控制面口径，给出配置口径 vs 测量口径两口径并行的阻塞/时延/重构时间与功率均衡评估，并清单化发布。

I. 范围与对象

1. 输入
   • 资源与标签：label = (lambda, k_sub_set, s_set)（见第5章），通道带宽 B_eff，空间集合 S_sel。
   • 设备与参数：WSS/ROADM 级联与端口、重构时间 T_reconf、插入损耗/隔离度 IL/Iso、切换表 Xbar(t)；OPS 节点 FDL 集合与转换能力 WC ∈ {none, limited, full}。
   • 业务与负载：到达过程（电路 A Erlangs/持时 H；分组到达率 λ_pkt 与包长 L_pkt），策略与 RefCond。
   • 时基与成帧：frame_spec、tau_mono/ts（见第3章）。
2. 输出
   • 路由/配置信息：路径 path, 交叉矩阵 Xbar, 功率均衡计划 plan_pwr；
   • 性能与合规：P_block/P_contention, lat_sw/lat_q, FM_dB（链路余量），Iso_ch；
   • 两口径差：配置口径（解析/仿真） vs 测量口径（实测 OSA/计数器/时间戳）差 delta_form_swrt。
3. 边界
   物理传播/补偿见第2/第6章，频谱与空间资源见第5章；本章聚焦交换/路由与排程。

II. 名词与变量

• 交换与设备：WSS（波长选择开关），ROADM（可重构光分插复用），交叉矩阵 Xbar ∈ {0,1}^{P_out×P_in}，端口数 P。
• OCS（电路）：持时 H，到达强度 A（Erlangs），可用时隙集合 T_set，建立/拆除时间 T_setup/T_teardown。
• OPS（分组）：到达率 λ_pkt（1/s），服务率 μ，负载 ρ = λ_pkt/μ，FDL 集合 {d_i}，波长转换集 W_conv。
• 路由：k 条最短/最少冲突路径 π_k，代价 c(π_k)，RSA/RSCA 决策（见第5章）。
• 量纲：unit(T_reconf, T_setup, lat_sw, lat_q)="[T]"，unit(A)="[1]"，unit(P_block)="[1]"，unit(FM_dB)="dB"。
• 两口径：配置口径（Erlang/马尔可夫/仿真）与测量口径（计数器/时间戳/OSA）差 delta_form_swrt。

III. 公设 P609-*

• P609-1（两口径并行）：发布时必须并行给出配置口径与测量口径的阻塞/时延/重构时间，记录 delta_form_swrt。
• P609-2（测度与域显式）：电路以时域窗口 ( ∫_{t∈W} · dt )，分组以计数集合/到达过程 ( ∑_{pkt∈W} · )，频谱/空间以 B_eff/S_sel 落盘。
• P609-3（量纲合规）：check_dim 通过；dB↔线性换算在清单标注。
• P609-4（保护与隔离）：切换/路由不得破坏第5章保护带与隔离度断言；功率/OSNR 均衡随配置更新。
• P609-5（Fail-Closed）：控制/测量口径不一致或阈值失败时，执行降级（限流/旁路/回退路径），并落盘策略卡。

IV. 最小方程 S609-*

1. OCS 阻塞与时延（无缓冲电路）
   • Erlang-B 阻塞：P_block^{OCS} = B(E,m) = ( E^m/m! ) / ( ∑_{k=0}^{m} E^k/k! )，E=A、资源 m 为可用波长×空间通道×时间片。
   • 建立/拆除时延：lat_sw ≈ T_setup + T_path_prog + Σ_{nodes} T_reconf(node)；窗口守恒需 lat_sw ≤ T_guard_budget（与第3章一致）。
2. OPS 冲突概率与排队
   • 无缓冲/无转换（理想随机到达）：单出端冲突近似 P_contention ≈ 1 - (1 - ρ/P_out)^{N_in}。
   • 有 FDL/转换时：有效服务率 μ_eff = μ · P(scheduled)，ρ_eff = λ_pkt / μ_eff；
   • M/M/1 近似排队：lat_q ≈ ρ_eff / ( μ_eff (1 - ρ_eff) )；带 FDL 的延迟上界 lat_FDL ≤ max(d_i)。
3. WSS/ROADM 级联与隔离/倾斜
   • 级联传输：H_link(f) = ∏_m H_m(f)；链路隔离 Iso_link ≥ min_m Iso_m - Σ_margin（dB）；
   • 倾斜误差：ε_tilt = max_f | |H_link(f)| - \bar H | / \bar H |（需满足第5/第6章契约）。
4. 路由代价与约束
   • min_{π} c(π)，s.t. label=(λ,K_sel,S_sel) 连续/可转换、GB/Iso 与功率计划可行；
   • 常见代价：c(π)=α·hop + β·∑loss + γ·∑tilt + ζ·conflict(π)；
   • 多约束最短路（MCSP）或 RSA/RSCA（Routing and Spectrum/Space Assignment）联解。
5. 功率/OSNR 均衡与余量
   • 端到端接收功率：P_rx(dBm)=P_tx(dBm) - ∑loss + ∑G_amp；
   • 余量：FM_dB = P_rx,med(dBm) - P_min(dBm)；需 FM_dB ≥ FM_min；OSNR 与 BER/ EVM 映射见第4/第11章。
6. 两口径差
   delta_form_swrt = w_b | P_block^{config} - P_block^{meas} | + w_c | P_contention^{config} - P_contention^{meas} | + w_l | lat^{config} - lat^{meas} |。

V. 计量流程 M60-9（就绪→分配/切换→测量→校核→落盘）

• 就绪：加载 label、资源网格与设备链（WSS/ROADM），RefCond 与控制面配置；冻结 frame_spec 与保护/隔离阈值。
• 分配/切换：运行 RSA/RSCA 选择路径与标签；在 Xbar 上下发交叉连接；生成功率/OSNR 均衡计划。
• 测量：收集 OSA/功率计/计数器/时间戳与控制面遥测：P_block_meas/P_contention_meas/lat_sw_meas/Iso_link_meas/FM_dB_meas。
• 校核：计算配置口径预测并与测量口径比对得 delta_form_swrt；验证 Iso/GB/FM_dB 与 lat_sw/lat_q；异常触发回退。
• 落盘：manifest.packet.swrt.* = {path.hash, Xbar.hash, label, plan_pwr, P_block/P_contention, lat_sw/lat_q, Iso_link, FM_dB, delta_form_swrt, RefCond, contracts.*, signature}。

VI. 契约与断言 C60-9x（建议阈值）

• C60-901（两口径差）：delta_form_swrt_p95 ≤ tol_swrt（按场景配置）。
• C60-902（重构与守恒）：lat_sw ≤ T_guard_budget；违反需扩大 T_guard 或改排程。
• C60-903（阻塞/冲突）：P_block ≤ P_block_max，P_contention ≤ P_cont_max；
• C60-904（隔离与保护）：Iso_link ≥ Iso_min_dB，保护带 GB ≥ GB_min；
• C60-905（功率/OSNR 余量）：FM_dB ≥ FM_min 且 OSNR_dB ≥ OSNR_min；
• C60-906（量纲合规）：所有延时/功率/概率/隔离字段 check_dim 通过；dB↔线性换算记录。

VII. 实现绑定 I60-9*（接口原型、输入输出、不变量）

• I60-91 ksp_paths(topology, src, dst, k, metric) -> {π_1…π_k}
• I60-92 rsa_assign(req, resources, policy) -> {label, path, feas, c(path)}（与第5章一致，增加交换端约束）
• I60-93 xbar_program(path, label, devices) -> {Xbar, T_reconf, status}
• I60-94 ocs_blocking(A, m) -> P_block（Erlang-B/Erlang-C 选择）
• I60-95 ops_contention(λ_pkt, μ, P_out, N_in, FDL, WC) -> {P_contention, lat_q}
• I60-96 power_equalize(dev_chain, targets) -> plan_pwr
• I60-97 measure_swrt(telem) -> {P_block_meas, P_cont_meas, lat_sw_meas, Iso_meas, FM_dB_meas}
• I60-98 compare_config_meas(cfg, meas) -> delta_form_swrt
• I60-99 emit_swrt_manifest(results, policy) -> manifest.packet.swrt
  不变量：two_forms_present=true；check_dim(*) 通过；设备/路径/配置 hash 可追溯；保护/隔离与功率计划达标。

VIII. 交叉引用

• 频谱/空间标签与均衡：第5章；
• 成帧与守恒：第3章（T_guard_budget）；
• 物理与补偿：第2/第6章；
• FSO 与可用率预测：第7章；
• 计量与面板：第11章（Iso/OSNR/BER/EVM 面板字段）；
• 到达时一致化：第8章。

IX. 质量与风控

• SLI/SLO：delta_form_swrt_p95, P_block, P_contention, lat_sw/lat_q_p95, Iso_link_min, FM_dB_p50, reconf_fail_rate。
• 回退策略：阻塞/冲突↑→变更路由/扩大资源或降速；lat_sw 超限→提前建路或采用预配置 OCS；隔离不足→增大保护带/更换通道；delta_form_swrt 大→以测量口径为准回写模型并灰度发布。
• 审计：保存 Xbar/label/plan_pwr 版本、配置与测量证据、门限演进、manifest 签名链与回放一致性。

小结

• 本章将 OCS/OPS/WSS/ROADM 统一进交换与路由的工程框架，形成配置 vs 测量两口径并行的可发布指标；
• 通过 P609/S609/M60-9/C60-9x/I60-9* 与 manifest.packet.swrt.*，保障链路与节点级切换/路由可追溯、可审计、可回退。