[論文レビュー] Metropolitan Optical Networks: A Survey on New Architectures and Future Trends

Léia Sousa de Sousa, André C. Drummond|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2022

Advanced Optical Network Technologies被引用数 6

ひとこと要約

本サーベイは2017年以降の新興メトロポリタンオプティカルネットワーク（MON）アーキテクチャについて包括的な分析を提示し、柔軟性、スケーラビリティ、コスト効率の観点から、マルチレイヤーおよびシングルレイヤー設計を評価する。動的な5GおよびIoTトラフィック需要に対応するため、柔軟なスペクトル割り当てが、CAPEXおよびOPEXを削減する上で不可欠な進化ルートであると特定される。

ABSTRACT

Metropolitan optical networks are undergoing major transformations to continue being able to provide services that meet the requirements of the applications of the future. The arrival of the $5G$ will expand the possibilities for offering IoT applications, autonomous vehicles, and smart cities services while imposing strong pressure on the physical infrastructure currently implemented, as well as on static traffic engineering techniques that do not respond in an agile way to the dynamic and heterogeneous nature of the upcoming traffic patterns. In order to guarantee the strictest quality of service and quality of experience requirements for users, as well as meeting the providers' objectives of maintaining an acceptable trade-off between cost and performance, new architectures for metropolitan optical networks have been proposed in the literature, with a growing interest starting from $2017$. However, due to the proliferation of a dozen of new architectures in recent years, many questions need to be investigated regarding the planning, implementation, and management of these architectures, before they could be considered for practical application. This work presents a comprehensive survey of the new proposed architectures for metropolitan optical networks. Firstly, the main data transmission systems, equipment involved, and the structural organization of the new metro ecosystems are discussed. The already established and the novel architectures are presented, highlighting its characteristics and application, and comparative analysis among these architectures is carried out identifying the future technological trends. Finally, outstanding research questions are drawn to help direct future research on the field.

研究の動機と目的

• 5GおよびIoTアプリケーションに求められる遅延に敏感なトラフィックをサポートするため、迅速かつコスト効率の良いスケーラブルなメトロポリタンオプティカルネットワークの需要に対応する。
• メトロネットワークにおける動的かつ多様なトラフィックパターンを処理するにあたり、静的トラフィックエンジニアリングおよびレガシーアーキテクチャの限界を分析する。
• マルチレイヤーおよびシングルレイヤーの両方の新興MONアーキテクチャを評価し、スケーラビリティ、柔軟性、運用効率に焦点を当てる。
• 今後のMON設計および展開を促進するための、主な技術的トレンドと研究ギャップを同定する。
• 将来的なサービス需要に適応可能な性能、コスト、適合性を基準に、アーキテクチャを評価するための比較フレームワークを提供する。

提案手法

• OTN/DWDM、UDWSN、HnS/WDM、MEON、SIMON、FMN、DuFiNet、Metro-Haulを含む14の新興MONアーキテクチャを体系的に分類・分析する。
• 構造的および物理的視点からアーキテクチャを分類し、ROADMs、トランスポンダ、OXCs、再構成可能オプティカルスイッチなどのコンponentsに焦点を当てる。
• 帯域幅スライシング、再構成可能性、柔軟なグリッド技術のサポートといった能力に基づく特徴比較マトリクスを用いて、アーキテクチャを評価する。
• SDN、オープンネットワーキング、および非統合型オプティカル制御の知見を統合し、相互運用性および管理効率を評価する。
• 比較分析を適用して、スケーラビリティおよびリソース利用率に焦点を当て、アーキテクチャ間の共通の特徴と性能差を特定する。
• 文献の統合とトレンド分析を用いて、将来的な方向性を予測し、柔軟なスペクトル割り当ておよびCDC-ROADMの採用に重点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新興MONアーキテクチャは、5GおよびIoTアプリケーションに起因する動的かつ多様なトラフィック需要をどのように対応しているか？
• RQ2 マルチレイヤーとシングルレイヤーのMONアーキテクチャの間で、性能、コスト、スケーラビリティにどのような主な差異があるか？
• RQ3 柔軟なスペクトル割り当ておよび再構成可能なオプティカルコンポONENTが、メトロポリタンネットワークにおけるネットワークの機敏性およびリソース効率をどの程度向上できるか？
• RQ4 次世代MONアーキテクチャの計画、展開、管理における重要な研究ギャップは何か？
• RQ5 オープン、非統合型、SDN対応アーキテクチャは、メトロポリタンオプティカルネットワークにおけるCAPEXおよびOPEXをどの程度削減できるか？

主な発見

• 柔軟なスペクトル割り当て技術は、将来のメトロポリタンオプティカルネットワークにとって不可欠であり、最も有望な進化ルートであると特定された。
• CDC-ROADMs（カラーヲくない、方向性に依存しない、競合なし）およびWSSベースのスイッチングを採用したアーキテクチャは、優れたスケーラビリティと動的プロビジョニング能力を示している。
• MEON（メトロエラスティックオプティカルネットワーク）およびDuFiNetは、高いスペクトル効率を実現し、5Gおよびエッジサービスに不可欠なオンデマンド動的帯域幅をサポートしている。
• フィルターレスおよびセミフィルターレスアーキテクチャは、初期の設備コストを削減できるが、長期的にはトランスポンダの費用が増加する可能性があり、慎重なトレードオフ分析が求められる。
• SDNおよびオープンソース制御プレーンの統合により、異機種のベンダ機器間でもより迅速でプログラム可能な、コスト効率の良いネットワーク管理が可能になった。
• 非統合型、オープン型、仮想化されたMONアーキテクチャ（例：MOMC、PASSION）は、将来的なメトロネットワークにおけるネットワークスライシングおよびサービス機能仮想化を支援する強力な可能性を示している。