基于OLT集群化的灵活高效光接入网关键技术研究

发布时间：2020-06-01 07:21

【摘要】：以4K/8K高清视频、3D视频流、增强现实等为代表的高速网络应用将持续刺激接入网带宽需求快速增长,而光纤接入和4G移动终端的快速普及,以及用户随时随地云端接入的使用习惯,将促生更多的流量密集型区域并为接入网赋予明显的动态负载特征。同时,未来5G网络提出了明确的增强型带宽和超低时延要求,并将需要利用现有接入技术支撑多样化用户互操作和差异化业务承载需求。未来接入网将在面临扩容压力的同时,也面临多样化业务统一承载所带来的功能、性能以及规模化需求挑战。虽然基于无源光网络(PON)的光接入网技术已通过波分复用、正交频分复用等方式在接入能力上取得了长足的进步,但限于光纤容量和接入网成本敏感特性,传统的简单增量式扩容和特殊场景定制化部署的应用方式将难以持续解决带有波动特性的带宽问题和统一多业务承载问题。而当前接入网架构固定、异制式设备共存以及管道化的使用方式,也导致接入网资源调度及管控困难,造成光线路终端(OLT)集群的协同能力和池化效应受限,难以使接入网以灵活高效的方式支撑高带宽、多业务承载需求。因此,本文主要针对实现接入网灵活高效平台化接入的关键问题,进行了架构设计、汇聚接入带宽高效疏导机制、前传网络低时延承载机制的研究工作。具体来说,主要的研究内容及创新点包括以下方面:1.提出了一种基于OLT集群化的灵活光接入网架构。该架构主要针对未来接入网以固移融合为主的统一高效多业务承载需求,设计了支持统一灵活高效管控的局端、光分配网(ODN)以及光网络单元(ONU)方案,其特点包括:局端设备采用软件定义网络(SDN)设计方案,固定、移动网络数据传输均可通过具有分组化特性的PON网络实现统一承载;提出使用部署于局端的可共享式光连接矩阵连接集群化OLT与ONU,并实现OLT-ONU隶属关系的灵活变更,其可在ODN保持无源的情况下提供波长及链路级别的资源管控,破解PON架构固定问题;进行了 ONU快速迁移机制以及包括灵活ODN在内的统一管控接口设计以提供灵活管控支撑,使用扩展的OpenFlow协议承载包括物理层、数据链路层转发设备的协同控制信令,并对非SDN设备进行了灵活高效统一管控的实验验证。2.提出了一种基于ONU动态分组的汇聚接入带宽高效疏导机制。该机制主要针对汇聚接入侧流量的高效承载需求,在灵活光接入网架构下提出使用ONU灵活分组方式实现将不同的ONU动态划归至不同的OLT下,降低跨OLT间通信流量以避免过多的数据流量进入城域网乃至核心网并以此提升OLT上行带宽效率。其特点在于提出基于波长指定的动态ONU分组机制以及复杂度较低的动态ONU分组算法(DGA),实现了优化对等通信流量以降低OLT出站业务量的效果。仿真结果表明,相比于随机分组情况,DGA可以降低跨OLT间通信流量,且伴随ONU数目的增加,不同OLT数目下平均降低的跨OLT通信流量可有最大3.6%至最大76.34%的增量。由于DGA可作为在集中控制平面上运行的应用程序部署,因此所提出的机制有助于提高未来流量密集型接入场景的网络效率。3.提出了一种基于联合带宽和时延约束ONU分组算法的前传网络高效承载机制。该机制主要针对时分复用PON系统扩展至5G移动前传(MFH)承载场景中的超低时延需求,并同时以提升MFH的带宽利用率为目标,将基于OLT集群化的灵活接入网架构适配于MFH中,提出了面向不同切片的轮询周期自适应机制以及联合带宽和时延约束的ONU分组算法。其特点在于主要考虑了传输时延对前传时延的影响,可面向5G网络不同切片中的时延约束得出适合不同场景的ONU分组,并反映于可适配的轮询周期之上,而ONU的时延可在满足时延约束下灵活调整。仿真结果表明,在满足ONU时延约束的情况下,重载工作波长带宽利用率均可达94%以上,而与非分组情况相比,在不同初始条件下,轮询周期可有平均增加98%和最大减少36μs的仿真表现,而这种自适应的轮询周期可降低硬件设备(如突发模式激光器)的性能要求,也可扩大前传网络的覆盖范围。
【图文】：

时分复用,技术,混合波,标准化工作

升、覆盖范围扩大和部署成本降低为目标，，并形成了一系列标准。自上世纪８０逡逑年代开展对无源光网络技术的研宄以来，ＰＯＮ标准化工作已发展到了邋ＮＧ－ＰＯＮ２逡逑阶段，其主要实现方式也以时分复用为主扩展到混合波分时分复用为主。如图１－逡逑２所示

路线图,路线图

组织中的网络运营商已确定光纤接入系统发展的优先顺序和时间表，并以路线图逡逑２．０的形式公布，用于指导未来ＦＳＡＮ的标准化工作。与之前ＰＯＮ标准一样，未逡逑来的规范将必须支持现有光纤基础设施的重用。如图１－３所示，ＦＳＡＮ的路线图逡逑中对下一阶段接入网的速率要求并未获得明显体现（峰值速率仅定位为大于逡逑ｌＯＧｂｐｓ），而对接入网的可用性、灵活性、以及与彳丁业趋势的对接则被体现出来。逡逑其中，ＳＤＮ、ＮＦＶ、物联网、５Ｇ及网络和业务的融合被视为是主要的影响因素。逡逑此外，引入波分复用器件替代传统的分光器等功率分配器件，使用替代ＯＤＮ的逡逑设计方案也纳入未来接入网的设计考量之中［３５］。逡逑逦NB逦，丨，，，．丨．．．逦．邋■？邋：，逦－ｎ－．ｒｒ邋＇■逡逑；媭逡逑Ｐｅａｋ邋ｆＵｔｃｓ邋＞邋１９Ｇ逦逦２0２１＋逡逑令逦}9⑶Ｆｕｔｕｒｅ邋Ｏｐｔｉｃａｌ逡逑Ａｃｃｅｓｓ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋｜逡逑，、？丫逦１邋ＩＦＯＡＳ）：．逡逑Ｏ逦ＮＧ－ＰＯ略ｊ逦＾——ｉ——逡逑．ｉ０１：．逦邋：一一一逡逑１０Ｇ逦２００９逦２０１６逦咖邋—逦—邋Ｃｏｗｅｒｇｅｎｃｅ逡逑（＂＊逦邋．邋ｊ逦，逦＇邋■＂邋■逦ＮＦ
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN915.63

【参考文献】