[論文レビュー] A survey on Crosstalk and Routing, Modulation Selection, Core and Spectrum Allocation in Elastic Optical Networks

Ítalo Brasileiro, Lucas Rodrigues Costa+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2019

Advanced Optical Network Technologies参考文献 29被引用数 11

ひとこと要約

本サーベイは、マルチコアファイバー（MCF）およびスペーシング・ダイビジョン・ multiplexing（SDM）を統合したエラスティックオプティカルネットワーク（EON）におけるルーティング、変調、スペクトラム、コア割り当て（RMSCA）の包括的分析を提供する。クロストークが主な物理層インパルスメントであることが特定され、RMSCAに関する32件の主要論文が評価され、高度なアルゴリズム間のクロス比較の欠如と、クロストーク以外の物理層効果の考慮不足が浮き彫りにされた。

ABSTRACT

Elastic Optical Networks (EON) emerge as a viable solution to supply the current growing demand for bandwidth. With the application of multi-core fibers (MCF) in EON links, it is possible to increase the availability of spectral resources. An EON network with MCF enables Space-Division Multiplexing (SDM), allowing the use of more resources in the fibers and increasing the capacity of attending circuit requests. However, the use of SDM brings some problems of interference between the circuits of a fiber, with greater emphasis on crosstalk interference. In this paper, some important concepts around EON are presented, along with the characterization of SDM technology. The Routing, Modulation, Spectrum and Core Allocation (RMSCA) problem is also characterized, and some solutions currently found in the literature are cited. After, the impact of crosstalk interference is discussed, and which elements are responsible for its occurrence. The paper is concludes with an evaluation of the state of the art, and the discrimination of the main points found from the study of papers related to the SDM-EON scenario.

研究の動機と目的

• スペーシング・ダイビジョン・ multiplexing を用いたエラスティックオプティカルネットワーク（SDM-EON）におけるルーティング、変調、スペクトラム、コア割り当て（RMSCA）分野の最新状況を分析すること。
• マルチコアファイバーを用いたEONにおけるクロストーク干渉のネットワーク性能およびリソース割り当てへの影響を評価すること。
• 現在のRMSCAソリューションにおける研究ギャップを特定すること。具体的には、提案されたアルゴリズム間のクロス比較の欠如、およびクロストーク以外の物理層インパルスメントのモデル化が限定的である点。
• 動的トラフィック環境における従来のEONアプローチ（例：Dijkstra、First Fit）と比較して、既存のRMSCAアルゴリズムの性能を評価すること。
• SDM-EONの展開における課題を強調すること。具体的には、コスト効率の良いスイッチング機器、クロストーク低減、およびn本の単一コアファイバーと同等の性能を達成する必要がある点。

提案手法

• SDM-EONおよびRMSCAに関する32件の論文を対象とした体系的文献レビュー。ルーティング、変調、スペクトラム、コア割り当て戦略に焦点を当てる。
• コア割り当て、スペクトラム割り当て（例：First Fit、Random Fit）およびクロストーク認識の観点から、提案されたRMSCAアルゴリズムを分類すること。
• ネットワーク構成の分析：17件の論文が7コアファイバーを採用、16件が動的トラフィックを想定、11件が1〜10スロットの帯域要件を報告。
• クロストークの影響を-25 dBのしきい値を用いて評価。高いクロストークは、利用可能であってもスペクトラムスロットを無効化する。
• 提案されたRMSCAソリューションを古典的アルゴリズム（例：Dijkstra、First Fit）と比較。ブロッキング率の差が最大74.13%に達することに注目。
• アーキテクチャ的課題の特定：専用スイッチ、 multiplexer（例：フォトニックス・ランタン multiplexer）およびマルチコアファイバー用スイッチングに必要なアンプの必要性。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチコアファイバーを用いたEONにおける異なるRMSCAアルゴリズムは、動的トラフィック環境下でどのように性能を発揮するか？
• RQ2 クロストーク劣化は、SDM-EONにおけるブロッキング率およびスペクトルリソースの可用性にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 なぜ大多数のRMSCAソリューションが、Dijkstra や First Fit といった古典的EONアルゴリズムとのみ比較されているのか？また、現代のRMSCA提案と古典的アプローチとの間の性能ギャップは何か？
• RQ4 クロストーク以外のSDM-EONにおける支配的物理層インパルスメントは何か？なぜそれらは現在の文献で過小評価されているのか？
• RQ5 今後のRMSCAアルゴリズムは、複数の物理層効果を統合することで、より現実的で正確な性能を実現するため、どのように設計すべきか？

主な発見

• クロストークは、SDM-EONの文献において最も研究が進んだ物理層インパルスメントであり、32件の論文中17件がその影響がスケーリング割り当てに与える影響を明示的にモデル化している。
• クロストークの動的モデル化と静的モデル化の差により、SDM-EONのブロッキング率は最大74.13%まで変動し、ネットワーク性能に与える影響の重大性が浮き彫りになった。
• 32件の論文のうちたった2件しかクロストーク以外の物理層効果を考慮していないため、非線形性や偏光クロストークといった包括的なインパルスメントのモデル化における顕著な研究ギャップが示された。
• 4件の論文がネットワークの耐障害性および保護を扱ったが、1件のみが光トラフィック集約を検討しており、レジリエンスおよびトラフィック工学分野での研究が限定的であることが浮き彫りになった。
• 15件の論文がRMSCAソリューションを提案しているが、それらの高度なアルゴリズム同士に直接比較が存在しないため、最適な戦略を特定する能力が制限されている。
• nコアを有するマルチコアファイバー（MCF）の性能は、n本の単一コアファイバー（SCF）と同等でなければならないため、実用的展開の観点からクロストーク耐性は主要な設計要件となる。