智能泛在光接入网关键技术研究

发布时间：2020-07-26 11:02

【摘要】：近年来网络技术不断发展与普及,网络应用已经融入到人们的生产生活中,泛在化已成为接入服务的主要特征,同时光通信技术作为承载网络传输的重要手段被广泛推广和应用。泛在接入网络与光汇聚层网络联合组网的泛在光接入网架构因其融合了泛在接入技术的便利性与光传输技术的高效性已成为5G时代等新型网络场景下主要的组网方式之一。随着人们对网络依赖程度的逐渐加深,网络用户对网络服务质量要求更加苛刻,用户需要更为优质化的服务。而同时泛在接入与光传输技术的融合,网络要素的不断增多,网络管理者也需要灵活智能化的泛在光接入网管控技术。因此,未来泛在光接入网面临着服务优质化与管控智能化的需求,优质的智能泛在光接入网已经成为未来接入网络发展的必然趋势。在5G等新兴接入网络场景中,业务种类繁多,网络资源多样复杂,一些新型业务如时敏业务、保密信息业务、高生存性需求业务等需要智能泛在光接入网在指定性能上提供更为优质的服务保障。因此,如何利用智能化管控技术合理有效调配资源,为上述新型业务提供优质化的网络服务以满足其高性能需求,是智能泛在光接入网待解决的关键问题。针对上述问题,本论文围绕不同泛在光接入网应用场景下业务的定制化性能需求,结合应用场景特征,在智能泛在光接入网架构下在时敏性、安全性、生存性以及灵活性等方面展开研究。本文的工作将对智能泛在光接入网的广泛应用与发展起到重要的指导作用。主要创新点包括以下几个方面:第一,在时敏性方面,面向5G网络中时敏业务对网络的超低时延需求,围绕无源光网络(PON)与汇聚环形网络互联的经典智能泛在光接入网场景展开,针对现有PON网络中周期轮询机制与光线路终端(OLT)中光电光转换带来的高时延问题,提出了一种基于软件定义网络(SDN)编排的去OLT化的混合接入汇聚光网络(DAON)组网结构。通过设计该结构的协议与控制体系,有效实现了 PON网络与光汇聚网络混合网络中的全光传输,消除了由轮询机制与光电光转换带来的时延,实现了光接入汇聚网络超低时延传输。并通过搭建仿真实验平台对所提出的组网方案的网络性能进行了验证,实验表明DAON可以提供超低传输时延并减少了网络阻塞。第二,在安全性方面,从智能泛在光接入网光汇聚层光传输属性出发,面向网络中保密信息业务的高保密性需求,针对光纤传输中的物理层窃听攻击,在面向智能泛在光接入网的安全路由频谱分配方面展开研究,提出了一种安全路由频谱分配算法(MES-RSA)。通过引入概率理论来描述窃听攻击行为,由此实现窃听感知,并利用多流虚级联技术对保密信息业务流切割后并行传输,然后设计RSA算法优化资源利用率。仿真实验结果表明MES-RSA算法可以在提高网络安全性的同时提升网络的资源利用率。第三,在生存性方面,面向高生存性需求业务对网络生存性的需求,针对现有接入网网络健壮性低,无法有效实现网络业务保护策略的问题,提出了一种智能泛在光接入网跨域保护机制。首先,设计了一种面向跨域保护的智能泛在光接入网统一控制架构。通过设计业务保护功能模块、协议与交互流程,可以实现跨域保护,并通过设计全局评估策略,来实现对保护路径资源分配决策的评估。通过搭建网络仿真实验平台对跨域保护机制及其网络架构的性能进行验证,实验结果表明,跨域保护机制可以提供更高的保护成功率与资源效率。第四,在灵活性方面,面向智能泛在光接入网的经典场景5G前传网络中基于光载无线的C-RAN网络场景,针对该场景下多维资源僵化调配导致的资源利用低效问题,提出了一种智能泛在光接入网多维资源灵活管控机理。首先通过设计基于可重构波长频谱选择交换器(RWFS)实现在光网络对无线信号频谱的灵活调配,然后提出了一种灵活智能的云光载无线网络架构(F-RoFN),并设计了功能架构和不同业务场景下的控制交互过程,扩展了控制协议,最后通过设计波长路由频谱分配算法来实现对资源的有效利用。通过搭建RWFS频谱资源调配实验平台验证了 RWFS对于无线频谱调配的可行性,并通过网络仿真验证了 F-RoFN架构对网络性能的提升效果。
【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】：TN929.1
【图文】：

示意图,光接入网,智能,一般性

例如５Ｇ系统下的前传网以及电力通信系统中的智能配电通信网的组逡逑网形式就是泛在光接入网典型案例，其己成为新一代网络的重要网络形态。逡逑图１－１展示了泛在光接入网的一般网络架构，按网络功能主要包括两个层面，逡逑分别是光汇聚层与泛在接入层。光汇聚层主要汇聚全网流量并通过光纤通信技术逡逑提高网络长距离传输能力与网络整体覆盖范围；泛在接入层包括无源光网络逡逑（Ｐａｓｓｉｖｅ邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＰＯＮ）、无线接入网等多种泛在接入形式，根据用户逡逑的实际需求为用户提供泛在化的接入服务。泛在光接入网不同于传统接入网范畴，逡逑由于光汇聚层网络与泛在接入技术的高度融合，光汇聚层与接入网络间界限正逐逡逑渐淡化，其己成为接入网络设计与部署不得不考虑的一部分，因此泛在光接入网逡逑不仅限于接入网络部分，还包括与泛在接入技术高度融合的光汇聚层。逡逑、丨逡逑；？邋＼逡逑■逦＼用户１逡逑｜邋｜光汇聚层丨逦泛在接入层逦：逦ｎｆｔ邋｜逡逑；？逦无源顺络？逦？逦；逡逑图ｍ邋—般性智能泛在光接入网架构示意图逡逑泛在光接入网结合了泛在接入技术的便利接入以及光传输技术的大容量高逡逑带宽等优势，根据不同的场景需求与不同的泛在接入方式，该网络具有多种应用逡逑形态，最常见的应用场景为云无线接入网络（Ｃｌｏｕｄ－Ｒａｄｉｏ邋Ａｃｃｅｓｓ邋Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｃ－逡逑ＲＡＮ）与电力配电通信网等

架构图,光互联,架构

这极大地弱化了邋ＯＬＴ在此类网络中的重要性，使得“去ＯＬＴ化”成为了可逡逑能，并有望成为实现更低端到端时延的有效解决方案。本章所提出的ＤＡＯＮ架逡逑构如图２－２所示，分为数据层与控制层两个层面：数据层包括支持ＯｐｅｎＦｌｏｗ与逡逑ＯＢＳ邋技术的邋ＯＮＵ邋（ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋ａｎｄ邋ＯＢＳ邋ｅｎａｂｌｅ邋ＯＮＵｓ，ＯＦＢＳ－ＯＮＵｓ）、支持逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋与邋ＯＢＳ邋技术的邋ＷＳＳ邋（ＯｐｅｎＦｌｏｗａｎｄ邋ＯＢＳ－ｅｎａｂｌｅｄ邋ＷＳＳ，邋ＯＦＢＳ－ＷＳＳ）、逡逑支持邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋丨；ｊ邋ＯＢＳ邋技术的邋ＡＧＲ邋（ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋ａｎｄ邋ＯＢＳ－ｅｎａｂｌｅｄ邋ＡＧＲ，ＯＦＢＳ－逡逑ＡＧＲ）以及分光器；控制层包括一个ＳＤＮ控制器。ＤＡＯＮ架构为基于时分复用逡逑１Ｊ波分复用混合的NB活ＰＯＮ邋（ＴＤＭ／ＷＤＭ邋Ｆｌｅｘ－ＰＯＮ）邋［２｜－２３１与汇聚环型光网络刀：逡逑联架构的进－步优化设汁。其中，ＴＤＭ／ＷＤＭＦｌｅｘ－ＰＯＮ为最有希望实现的卜？逡逑代光接入方案，汇聚环型光网络为最常用的汇聚光网络方案。ＤＡＯＮ架构中作为逡逑网关的ＯＬＴ被移除，由此建立了…个混合光网络。同时，引入ＳＤＮ编排来补偿逡逑“去ＯＬＴ化”导致的网络控制功能缺失。逡逑在数据层，“去ＯＬＴ化”的ＰＯＮ直接通过光纤连接到ＯＦＢＳ－ＷＳＳ上，因此逡逑在ＯＦＢＳ－ＯＮＵ与ＯＦＢＳ－ＡＧＲ间构筑全光链路

网络架构,功能模块,链路状态,光网络

２．２．２去ＯＬＴ化的混合接入汇聚光网络架构链路状态分析逡逑ＤＡＯＮ中的链路状态相对于传统的接入汇聚网络发生了一定变化，并在传逡逑输方面显示出了巨大优势。图２－３对比了邋ＤＡＯＮ与传统的接入汇聚光网络中的逡逑链路状态。在传统的接入汇聚光网络架构中，接入网与汇聚网是完全相互独立的，逡逑且每个网络都通过ＷＳＳ和分光器等全光设备支持透明化传输。ＯＮＵ、ＯＬＴ与逡逑ＡＧＲ是网络中的网关以及汇聚节点。在这些设备中的静态随机存取存储器（Ｓｔａｔｉｃ逡逑Ｒａｎｄｏｍ－Ａｃｃｅｓｓ邋Ｍｅｍｏｒｙ，ＳＲＡＭ）被用来存储与汇聚业务数据，所以存在Ｅ／０或逡逑者０／Ｅ／０转换过程。由ＯＬＴ中Ｏ／Ｅ／Ｏ转换所导致的时延己经成为传输过程中不逡逑可忽略的一部分。逡逑（ａ）邋Ａｃｃｅｓｓ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ逦Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ邋＿厂逡逑ＯＮＵ邋．Ｓｐｌｉｔｔｅｒ邋＿ＯＬＴ逦＿＿ＷＳＳｓ逦＾邋ＡＧＲ逦Ｂａｃｋｂｏ＾＼逡逑ｃｕｓｔｏｍｅｒｓ逦Ａｇｐ’ｅｇａｉｋ》！！逦ｃｈａｎｎｅｌ逦Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ逦夕逦逡逑，，＞逦Ｄｅ－ＯＬＴ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ａｃｃｅｓｓ－ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑（｝邋Ｓｅｃｕｒｅ、＾＿＿＿＿邋一一－一＾＾逦ｊ逦丨逦逡逑ｃｈａｎｎｅｌ邋，逦Ｉ／１邋Ｄａｔａ「逦］逦＼逡逑Ａｕ－ｉｒｇａｔｉ（ｍ邋Ｉ邋ＳＤＮ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑ｓ逦ｒ±＾］逦、逦＼逦ｎｉｒｉ邋＞邋Ｉ逦Ｂａｃｋｂｏｎｅ邋ｓ逡逑ａｉｒＳｓ邋ＯＦＢＳ－ＯＮＵ逦Ｓｐｌｉｔｔｅｒ逦ＯＦＢＳ

【参考文献】