[논문 리뷰] Metropolitan Optical Networks: A Survey on New Architectures and Future Trends

Léia Sousa de Sousa, André C. Drummond|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 26.

Advanced Optical Network Technologies인용 수 6

한 줄 요약

이 종합적 리뷰는 2017년 이후 신규 도시 광대역 네트워크(MON) 아키텍처에 대한 포괄적인 분석을 제시하며, 융통성, 확장성, 비용 효율성 측면에서 다층 및 단일층 설계를 평가한다. 유연한 스펙트럼 할당이 동적인 5G 및 IoT 트래픽 수요를 충족하고 CAPEX 및 OPEX를 줄이기 위한 필수적 진화 길임을 규명한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 지연 민감도가 높은 5G 및 IoT 애플리케이션을 지원하기 위해 민첩하고 비용 효율적이며 확장 가능한 도시 광대역 네트워크의 증가하는 수요를 충족시키기 위해.
• 정적 트래픽 엔지니어링과 레거시 아키텍처가 도시 네트워크에서 동적이고 이질적인 트래픽 패턴을 다루는 데 가지는 한계를 분석하기 위해.
• 다층 및 단일층 아키텍처를 포함한 신규 MON 아키텍처를 평가하여 확장성, 융통성 및 운영 효율성에 중점을 두기 위해.
• 미래의 혁신을 이끄는 MON 설계 및 구현을 위한 핵심 기술 트렌드와 연구 격차를 규명하기 위해.
• 성능, 비용, 향후 서비스 수요에 대한 적응 가능성 기반으로 아키텍처 평가를 위한 비교 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• OTN/DWDM, UDWSN, HnS/WDM, MEON, SIMON, FMN, DuFiNet, Metro-Haul을 포함한 14개의 신규 MON 아키텍처를 체계적으로 분류하고 분석한다.
• 구조적 및 물리적 관점에서 아키텍처를 분류하며, ROADMs, 트랜스폰더, OXCs 및 재구성 가능한 광스위치와 같은 구성 요소에 중점을 둔다.
• 대역폭 슬라이싱, 재구성 가능성, 융통성 있는 격자 기술 지원 등의 능력을 기반으로 기능 비교 매트릭스를 사용해 아키텍처를 평가한다.
• SDN, 오픈 네트워킹, 분리된 광학 제어 통합을 통해 상호운용성 및 관리 효율성 수준을 평가한다.
• 비교 분석을 적용하여 아키텍처 간 공통된 특성과 성능 차이 요소를 규명하며, 특히 확장성과 자원 활용도에 중점을 둔다.
• 문헌 종합 및 추세 분석을 통해 향후 방향성을 예측하며, 특히 스펙트럼의 융통성 할당과 CDC-ROADM 도입에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신규 MON 아키텍처는 5G 및 IoT 애플리케이션으로 인한 동적이고 이질적인 트래픽 수요를 어떻게 해결하는가?
• RQ2 다층 및 단일층 MON 아키텍처 간 성능, 비용, 확장성에서의 주요 차이점은 무엇인가?
• RQ3 스펙트럼의 융통성 할당과 재구성 가능한 광학 구성 요소는 도시 네트워크의 네트워크 민첩성과 자원 효율성을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 차세대 MON 아키텍처의 계획, 구현 및 관리에서 중요한 연구 격차는 무엇인가?
• RQ5 오픈, 분리된, SDN 기반 아키텍처는 도시 광대역 네트워크에서 CAPEX 및 OPEX를 얼마나 줄이는 데 기여하는가?

주요 결과

• 스펙트럼의 융통성 할당 기술은 향후 도시 광대역 네트워크의 필수적이고 가장 유망한 진화 길로 규명된다.
• CDC-ROADMs(색상 무관, 방향성 무관, 경쟁 없음) 및 WSS 기반 스위칭 기반 아키텍처는 뛰어난 확장성과 동적 자원 할당 능력을 제공한다.
• MEON(Metro Elastic Optical Network)과 DuFiNet는 높은 스펙트럼 효율성과 즉각적인 대역폭 요구에 대응하는 능력을 보이며, 5G 및 엣지 서비스에 핵심적이다.
• 필터리스 및 반-필터리스 아키텍처는 장비 비용을 낮추지만 장기적으로 트랜스폰더 비용이 증가할 수 있어 신중한 트레이드오프 분석이 필요하다.
• SDN 및 오픈소스 제어 평면의 통합은 다양한 제조업체 장비 간에 더 민첩하고 프로그래머블하며 비용 효율적인 네트워크 관리 가능성을 높인다.
• 분리된, 오픈형, 가상화된 MON 아키텍처(MOMC, PASSION 등)는 향후 도시 네트워크에서 네트워크 슬라이싱과 서비스 기능 가상화를 지원하는 데 강력한 잠재력을 보인다.