跨层保护的光与无线网络架构

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：基于我们所提出的架构，跨层资源保护在本地实现处理资源，并在出现故障时增强对动态端到端5G服务需求的响应能力。F-RoFN有一种新型的被称为层的资源。图7-1基于光与无线网络的CSRP架构为了实现上面描述的功能架构，需要扩展无线控制器、控制器和光网络控制器，以支持CSRP。为了获得RoF系统的拓扑结构，无线控制器将射频利用率发送给光网络控制器。

我们在前文介绍了云光与无线网络（C-RoFN），介绍了三层资源：无线、光谱和处理资源。该研究可以提高服务带宽，减少由于处理而导致的维护成本。然而，随着移动互联网的发展，5G对移动用户的延迟有严格的要求，所以F-RoFN进一步优化了C-RoFN的架构，并将集中式缓存功能从BBU（C-RoFN）转移到分布式的本地端，这可以利用计算，增强5G场景中的服务弹性。基于我们所提出的架构，跨层资源保护在本地实现处理资源，并在出现故障时增强对动态端到端5G服务需求的响应能力。它能以一种开放系统的控制方式，有效地分配无线、光网络和处理资源。本节简要地指出了架构的主要核心。在此之后，本节详细地介绍了CSRP的功能构建块和它们之间的耦合关系。

图7-1为软件定义的F-RoFN中的CSRP。在这里，弹性光网络被聚合到光网络中，为无线信号分配更细粒度的定制频谱，以此来连接BBUs和分布式的RRHs。如图7-1所示，BBUs部署处理层资源，而RRHs具有无线通信资源和部分逻辑处理资源。F-RoFN用于减少服务的延迟，并在5G场景中增强服务的弹性。为了提高服务质量，我们把集中缓存的功能从C-RoFN的BBU转移到分布式局部。F-RoFN有一种新型的被称为层的资源。准确地说，F-RoFN由4个层状资源组成，即分布式无线层资源、分布式逻辑层资源、光网络频谱资源和BBU层资源。在这个场景中，逻辑层和无线层已经被抽象出来了。由于在这种情况下存在一种新的雾资源，因此F-RoFN用一个雾控制器来管理和控制雾层资源。图7-1显示了F-RoFN的资源层和应用程序场景之间的逻辑关系。每一层都是软件定义的，由无线控制器（RC）、控制器（FC）和光控制器（OC）通过OpenFlow协议（OFP）在统一平台进行控制。为简单起见，BBC控制将在未来的工作中被考虑。在此基础上形成了该架构中的两个应用程序，如图7-1所示。一种是传统的业务，由雾控制器和无线控制器管理，源和目标节点分别被配置为天线和BBU。另一种是本地业务，由光控制器进行管理，由于一些处理或存储资源是在本地进行的，所以从天线到源的路由选择较短，这可以减少延迟和频谱资源，提高使用的QoS以满足5G的要求。为了用OFP控制CSRP，需要使用由OFP代理软件的支持OpenFlow的RRH和带宽可变光网络开关，这被称为“OF-RRH”和“OF-OS”[19-20]。选择F-RoFN架构的原因有二。首先，CSRP强调了RC、FC和OC之间的合作，以实现多无线和光网络资源层的集成和优化。其次，为了增强服务的弹性，缓存和部分存储资源是在本地端实现的，同时实现了计算。一旦网络或层失效，单一层的保护不能保证端到端的QoS，FC、RC和OC之间的CSRP交互给用户提供了恢复连接和服务的功能。

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图7-1　基于光与无线网络的CSRP架构

为了实现上面描述的功能架构，需要扩展无线控制器、控制器和光网络控制器，以支持CSRP。下面介绍了这些功能模块之间的职责和交互。在这里，为了实现CSRP对F-RoFN的控制，OpenFlow协议流表中的进入流被扩展。在这个架构中，规则被扩展为输入/输出端口、中心频率、网格、信道间距、频谱带宽、无线频率，这是F-RoFN的主要特征。节点的操作主要包括4种类型：添加、切换和删除带有指定适配器功能的端口/标签的路径（例如调制格式），并删除一条路径以恢复设备原始状态。功能模块如下。

①控制器通过监测模块定期获得逻辑层资源信息，或基于事件触发。为了方便地利用光和处理层资源的跨层保护来进行路径计算，FC的跨层保护可以定期提供用于计算资源的信息，并从OC获得结果，同时通过光接口（Optical-Fog Interface，OFI）与OC进行交互。

②无线控制器对无线资源的管理和控制作出响应。RC的射频（RF）监测模块在RRH里获得和管理虚拟无线资源，而射频分配模块则通过使用OFP来执行计算路径的无线频率分配。这些信息可以通过无线光接口（Radio Optical Interface，ROI）在RC和OC之间进行交互。

③在光控制器中，网络虚拟化模块负责虚拟化所需的光网络资源，并通过修改的OpenFlow模块进行信息交互，从而可对弹性光网络进行感知。为了获得RoF系统的拓扑结构，无线控制器将射频利用率发送给光网络控制器。在OC中，RoF拓扑模块将它们与带有频谱利用信息的光网络拓扑进行集成，这意味着可以对RoF系统的集中拓扑进行查看。在网络链路或节点完全故障的情况下，CSRP控制模块会决定应用与连接相关的保护方案，并对无线、光和资源进行跨层保护。它会确定哪个节点是服务弹性的备份目的地，计算工作和保护路径，分配任务的处理和基于集中拓扑的光无线资源。然后，它依次向路径计算单元模块提供这个请求，包括请求参数，如延迟和带宽，并最终返回一个成功回复，包括路径的信息。在这里，PCE能够基于网络图来计算网络路径或路由。在收到来自FC的处理资源信息后，可以在PCE模块中完成从RRH到资源的端到端工作和保护路径的计算，请注意，在PCE模块中，各种策略可以作为插件来替代。改进的OpenFlow模块会通过OFC提供持续的频谱分配来进行路径计算并执行。当路径成功设置时，路径的信息将被保存到OC的数据库管理中，它可以与网络虚拟化模块交互，并为CSRP存储虚拟网络和资源。一旦业务请求到达，FC中的CSO代理就会定期提供计算资源的利用率。

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