[论文解读] 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 11

一句话总结

本综述对增强多芯光纤（MCF）与空间分复用（SDM）技术的弹性光网络（EON）中的路由、调制、频谱与核心分配（RMSCA）进行了全面分析。研究识别出串串扰为最主要的物理层损伤，评估了32篇关键文献中的RMSCA方案，并指出现有先进算法之间缺乏交叉比较，且对串串扰以外的其他物理层效应考虑不足。

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.

研究动机与目标

• 分析空间分复用弹性光网络（SDM-EON）中路由、调制、频谱与核心分配（RMSCA）的最新研究进展。
• 评估串串扰对多芯光纤EON中网络性能与资源分配的影响。
• 识别当前RMSCA解决方案中的研究空白，包括所提算法间缺乏交叉比较，以及对串串扰以外物理层损伤建模不足。
• 评估现有RMSCA算法相对于经典EON方法（如Dijkstra与First Fit）的性能表现，特别是在动态业务场景下的表现。
• 突出SDM-EON部署中的挑战，包括成本效益高的交换设备、串串扰抑制，以及实现与n根单芯光纤性能相当的目标。

提出的方法

• 对32篇关于SDM-EON与RMSCA的文献进行系统性文献综述，重点关注路由、调制、频谱与核心分配策略。
• 根据核心分配方式、频谱分配方法（如First Fit、Random Fit）以及串串扰感知能力，对提出的RMSCA算法进行分类。
• 分析网络配置：17篇文献使用7芯光纤，16篇采用动态业务，11篇报告带宽需求在1–10个时隙之间。
• 采用-25 dB的阈值评估串串扰影响，当串串扰过高时，即使频谱时隙可用，也无法使用。
• 将所提RMSCA方案与经典算法（如Dijkstra、First Fit）进行比较，重点分析阻塞率差异最高达74.13%。
• 识别架构挑战，包括对专用交换机、复用器（如光透镜复用器）以及多芯光纤交换用放大器的需求。

实验结果

研究问题

• RQ1 在基于多芯光纤的EON中，不同RMSCA算法在动态业务场景下的表现如何？
• RQ2 串串扰退化在多大程度上影响SDM-EON中的网络阻塞率与频谱资源可用性？
• RQ3 为何大多数RMSCA解决方案仅与经典EON算法（如Dijkstra、First Fit）进行比较？现代RMSCA方案与经典方法之间的性能差距是什么？
• RQ4 SDM-EON中除串串扰外的主导物理层损伤是什么？为何这些损伤在现有文献中代表性不足？
• RQ5 未来RMSCA算法应如何设计为损伤感知型，以整合多种物理层效应，从而提升实际应用中的准确性？

主要发现

• 串串扰是SDM-EON文献中最常研究的物理层损伤，32篇文献中有17篇明确建模了其对频谱分配的影响。
• SDM-EON中的阻塞率因串串扰是否动态建模而变化最高达74.13%，凸显其对网络性能的决定性影响。
• 在32篇文献中仅有2篇考虑了串串扰以外的物理层效应，表明在建模非线性或偏振串扰等综合损伤方面存在显著研究空白。
• 4篇文献涉及网络生存性与保护机制，但仅1篇探讨了光路聚合，凸显在弹性与流量工程方面研究有限。
• 尽管15篇文献提出了RMSCA解决方案，但这些先进算法之间缺乏直接比较，限制了识别最优策略的能力。
• 为使n芯多芯光纤（MCF）的性能与n根单芯光纤（SCF）相当，必须具备对串串扰的容忍能力，这成为实际部署的关键设计要求。