光与无线网络的时敏性问题概述

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：光与无线网络作为支撑5G及后5G时代前传网的重要技术，在降低网络端到端时延方面面临着巨大的挑战，时敏性优化技术已成为发展光与无线网络需要解决的关键问题。PON与汇聚环形光网络互联已成为前传网的典型组网形式，同样面临着需要满足时敏业务延时需求的问题。因此，面向业务时敏性需求，本章提出了一种光与无线网络去OLT化低时延组网方法，面向PON与汇聚环形光网络互联的光与无线网络场景，为时敏业务提供超低的端到端时延保障。

随着网络服务种类的不断增多，时敏业务（TSS）出现并带来了新的挑战。时敏业务是一种对时间属性敏感的业务类型，需要超低的端到端时延保障[1]。在5G及后5G时代的诸多场景（例如机器人、无人驾驶汽车）中，时敏业务甚至提出了小于1 ms的极低端到端时延需求[2-3]。然而在传统的通信网络中可实现的标准通信时延并不能满足时敏业务的超低时延需求。光与无线网络作为支撑5G及后5G时代前传网的重要技术，在降低网络端到端时延方面面临着巨大的挑战，时敏性优化技术已成为发展光与无线网络需要解决的关键问题。

无源光网络（PON）作为被广泛部署的光接入网络，为用户提供了一种全光接入方案。PON与汇聚环形光网络互联已成为前传网的典型组网形式，同样面临着需要满足时敏业务延时需求的问题。在PON架构中，光线路终端（OLT）不仅是PON的控制中心，同时也是连接光汇聚层的网关。业务流经OLT时，需要经过一次光电光（O/E/O）转换。同时PON的上行传输采用了轮询机制，业务的传输最少需要等待一个轮询周期。上述两方面因素将导致PON中业务的传输时延大于1 ms[3]，不能满足5G中的移动前传网等现实网络场景中时敏业务对于网络时延的需求[4]。因此，通过去除OLT中的O/E/O转换和轮询过程来建立全光化网络将成为降低网络端到端时延的重要突破口。因此有必要构建去OLT化的混合接入汇聚光网络[5-6]，通过去除OLT，可以建立起贯穿PON与汇聚环形网络的全光链路，并解除轮询机制对全部业务的限制，由此可以有效地降低时敏业务的传输时延。

一方面，由于去OLT化会导致PON网络控制功能缺失，所以去OLT化的混合网络需要有效的控制方法。SDN具有可编程性与灵活中心化控制的优势，不但可以弥补PON中控制功能的缺失[7-12]，还可以通过其中心化的调度视角，更有效地分配混合网络中的复杂资源[13-14]。

另一方面，低时延交换与传输是全光网络中的重要需求。OBS技术结合了其他光交换技术的优势，可以提供大容量、高速率的光交换与传输[15]。因此，在混合全光网络中引入SDN驱动的OBS技术[16-18]，可以为时敏业务提供灵活高效的控制[19]与低时延的光交换和传输。

因此，面向业务时敏性需求，本章提出了一种光与无线网络去OLT化低时延组网方法，面向PON与汇聚环形光网络互联的光与无线网络场景，为时敏业务提供超低的端到端时延保障。首先，本章提出了一种基于SDN编排的去OLT化的混合接入汇聚光网络（De-optical-line-terminal hybrid Access-aggregation Optical Network，DAON）架构，去除了OLT来实现全光链路，并引入了SDN驱动的OBS技术来提供低时延的光交换。然后，本章设计了网络设备的功能架构与OpenFlow扩展协议来实现网络的有效控制。最后，本章基于服务等级协议（Service Level Agreement，SLA），为上下行传输设计了3种传输模式、汇聚策略以及资源分配策略。

光与无线网络的时敏性问题概述

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