[논문 리뷰] A survey on Crosstalk and Routing, Modulation Selection, Core and Spectrum Allocation in Elastic Optical Networks

Ítalo Brasileiro, Lucas Rodrigues Costa외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 19.

Advanced Optical Network Technologies참고 문헌 29인용 수 11

한 줄 요약

이 종합 검토는 다핵섬유(MCF)와 공간분할 multiplexing(SDM)로 향상된 유연한 광회로망(EON)에서 라우팅, 변조, 스펙트럼 및 코어 할당(RMSCA)에 대한 종합적인 분석을 제공한다. 이 연구는 코어 톨링을 주요 물리계층 장애로 규명하고, RMSCA에 관한 32篇의 주요 논문을 평가하며, 고도화된 알고리즘 간의 상호 비교 부족과 코어 톨링 이외의 다른 물리계층 효과 고려 부족을 지적한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 공간분할 multiplexing 유연한 광회로망(SDM-EON)에서 라우팅, 변조, 스펙트럼 및 코어 할당(RMSCA)의 최신 기술 상태를 분석하기 위해.
• 다핵섬유 기반 EON에서 코어 톨링 간섭의 네트워크 성능 및 자원 할당에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 현재 RMSCA 솔루션의 연구 격차를 규명하기 위해, 제안된 알고리즘 간의 상호 비교 부족 및 코어 톨링 이외의 물리계층 장애 모델링 부족을 포함하여.
• 기존 RMSCA 알고리즘의 성능을 Dijkstra 및 First Fit와 같은 전통적 EON 접근 방식과 비교하여, 특히 동적 트래픽 환경에서의 성능을 평가하기 위해.
• SDM-EON 구현의 과제를 부각시키기 위해, 비용 효율적인 스위칭 장비, 코어 톨링 완화 및 n개의 단일핵섬유(SMF)와 동등한 성능 달성을 위한 요구사항을 포함하여.

제안 방법

• SDM-EON 및 RMSCA에 관한 32篇의 논문에 대한 체계적 문헌 검토를 수행하여, 라우팅, 변조, 스펙트럼 및 코어 할당 전략에 중점을 두었다.
• 코어 할당, 스펙트럼 할당(예: First Fit, Random Fit) 및 코어 톨링 인식 여부 기반으로 제안된 RMSCA 알고리즘을 분류하였다.
• 네트워크 구성 분석: 17篇은 7코어 섬유를 사용하였고, 16篇은 동적 트래픽을 사용하였으며, 11篇은 스펙트럼 슬롯 수 1–10개의 대역폭 요구사항을 보고하였다.
• 코어 톨링 영향 평가를 위해 -25 dB의 임계값을 사용하였으며, 높은 코어 톨링은 가용성 여부에 관계없이 스펙트럼 슬롯을 사용할 수 없게 한다.
• 제안된 RMSCA 솔루션을 전통적 알고리즘(Dijkstra, First Fit 등)과 비교하였으며, 블로킹율 차이가 최대 74.13%까지 발생함을 강조하였다.
• 설계적 과제 규명: 전용 스위칭 장비, 다핵섬유 스위칭을 위한 다중화 장치(예: 포토닉 랜턴 다중화 장치) 및 증폭기의 필요성

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다핵섬유 기반 EON에서 동적 트래픽 환경에서 다양한 RMSCA 알고리즘이 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ2 코어 톨링 저하가 SDM-EON에서 네트워크 블로킹율과 스펙트럼 자원 가용성에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ3 왜 대부분의 RMSCA 솔루션은 전통적 EON 알고리즘(Dijkstra, First Fit 등)과만 비교되는가? 현대적 RMSCA 제안 사례와의 성능 격차는 무엇인가?
• RQ4 코어 톨링 이외의 SDM-EON에서 지배적인 물리계층 장애는 무엇이며, 왜 현재 문헌에서 이들이 부족하게 다뤄지고 있는가?
• RQ5 미래의 RMSCA 알고리즘은 어떻게 설계되어야 하는가? 다수의 물리계층 효과를 통합하여 실세계 정확도를 향상시키기 위한 장애 인식 설계 전략은 무엇인가?

주요 결과

• 코어 톨링은 SDM-EON 문헌에서 가장 많이 연구된 물리계층 장애로, 32篇 중 17篇이 스펙트럼 할당에 미치는 영향을 명시적으로 모델링하였다.
• 코어 톨링을 동적으로 또는 정적으로 모델링하는지에 따라 SDM-EON의 블로킹율은 최대 74.13%까지 변동할 수 있으며, 이는 네트워크 성능에 미치는 심각한 영향을 시사한다.
• 32篇 중 단 2篇만이 코어 톨링 이외의 물리계층 효과를 고려하였으며, 비선형성 또는 편광 코어 톨링과 같은 종합적인 장애 모델링의 상당한 연구 격차가 있음을 시사한다.
• 4篇은 네트워크 복원성 및 보호를 다루었고, 단 1篇은 광 트래픽 집중을 탐색하였으며, 이는 복원성 및 트래픽 엔지니어링 분야에서의 연구 부족을 반영한다.
• 15篇의 논문에서 RMSCA 솔루션을 제안하였지만, 이 고도화된 알고리즘 간 직접 비교가 존재하지 않아 최적 전략을 규명하는 데 제약이 있다.
• n개의 코어를 가진 다핵섬유(MCF)의 성능은 n개의 단일핵섬유(SCF)와 동등해야 비용을 감당할 수 있으므로, 코어 톨링에 대한 내성을 확보하는 것이 실용적 구현을 위한 핵심 설계 요구사항이 된다.