[论文解读] Software Defined Optical Access Networks (SDOANs): A Comprehensive Survey.

Anu Mercian, Michael P. McGarry+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2015

Software-Defined Networks and 5G被引用 8

一句话总结

本文对软件定义光接入网（SDOANs）进行了全面综述，分析了软件定义网络（SDN）和网络虚拟化在无源光网络（PONs）等光接入网络中的应用。研究按架构、协议和层级（物理层、MAC层和网络层）进行分类，同时识别了服务质量、多层网络和虚拟化等关键挑战及未来研究方向。

ABSTRACT

The emerging software defined networking (SDN) paradigm separates the data plane from the control plane and centralizes network control in an SDN controller. SDN facilitates the virtualization of network functions so that multiple virtual networks can operate over a given installed physical network. Optical network segments, such as passive optical networks (PONs), have become important for providing network access. In this article, we comprehensively survey studies that examine the concepts of SDN and network virtualization in optical access networks; in brief, we survey the area of software defined optical access networks (SDOANs). We organize the SDOAN studies into architecture and protocol focused studies. We then subclassify the studies according to the network layers. In particular, for protocol-focused studies, we consider subclassifications for the physical layer, medium access control (link) layer, and network layer. In addition, we consider subclassifications for studies focused on quality of service, multilayer (multitechnology) networking, and virtualization. Based on the survey, we identify open challenges for SDOANs and outline future directions.

研究动机与目标

• 系统性地调研现有关于软件定义光接入网（SDOANs）的研究，以整合快速演进领域中的知识。
• 通过SDN和网络虚拟化，应对对可扩展、灵活且可管理的光接入网络日益增长的需求。
• 按架构、协议层级（物理层、MAC层、网络层）以及应用领域（如QoS和多层网络）对SDOANs研究进行分类。
• 识别开放挑战，并概述SDOANs的未来研究方向，特别是在虚拟化和跨层优化方面。

提出的方法

• 将SDOANs研究划分为以架构为重点和以协议为重点的研究，以提供该领域的结构化概览。
• 按网络层级对以协议为重点的研究进行子分类：物理层、媒体访问控制（MAC）层和网络层。
• 将关于服务质量（QoS）、多层（多技术）网络和网络虚拟化的研究所归类为独立的主题领域。
• 综合多样研究的发现，以识别反复出现的设计模式、控制机制和架构权衡。
• 采用基于分类法的方法，将研究贡献映射到不同层级和功能上，实现系统的比较。
• 通过批判性回顾现有文献，识别研究空白和开放挑战，特别是在可扩展性、互操作性和动态资源分配方面。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效应用SDN原则于无源光网络（PONs）等光接入网络，以改善网络管理和资源分配？
• RQ2 在物理层、MAC层和网络层，SDOANs在架构和协议层面的关键创新是什么？
• RQ3 SDOANs如何在动态、多业务的光接入环境中保障服务质量（QoS）？
• RQ4 在SDOANs中实现多层和多技术网络面临哪些挑战与机遇？
• RQ5 如何利用网络虚拟化在SDOANs中实现多个共存的虚拟网络运行于共享的物理基础设施之上？

主要发现

• SDN实现了对光接入网络的集中化、动态化和可编程化控制，显著提升了资源分配效率和网络敏捷性。
• MAC层的协议级创新通过基于SDN的调度机制，实现了更高效的带宽分配并减少了PON中的竞争。
• SDOANs中的虚拟化技术允许多个隔离的虚拟网络共存于单一物理PON基础设施之上，提升了网络灵活性和服务定制能力。
• 具备QoS感知的SDOAN设计通过智能流量优先级划分和资源分配，在多业务环境中表现出更优的延迟和抖动性能。
• 多层SDOAN架构在整合光层与电层网络域方面展现出潜力，但在跨层协调和信令标准化方面仍面临挑战。
• 尽管已取得进展，SDN控制器的可扩展性、跨厂商设备的互操作性以及在动态光接入场景中的实时自适应能力仍是开放挑战。