Σχεδίαση οπτικού δικτύου συγκέντρωσης για δίκτυα κινητών επικοινωνιών 5G/6G και FTTH
Loading...
Date
2023-10-12
Authors
Γοργίας, Γεώργιος-Μάριος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η ανθρωπότητα έχει εισέλθει σε μια νέα εποχή στην οποία κύριο χαρακτηριστικό είναι η
σύγκλιση διαφόρων τεχνολογιών, που παρέχουν υπηρεσίες που ασκούν σημαντικές επιπτώσεις σε όλες
τις πτυχές της ανθρώπινης δραστηριότητας, είτε πρόκειται για κοινωνική συναναστροφή, είτε για
αλληλεπιδράσεις με το φυσικό περιβάλλον. Τα σταθερά ενσύρματα δίκτυα πρόκειται να
διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε αυτή τη σύγκλιση, καθώς αποτελούν, μαζί με τα δίκτυα κινητής
επικοινωνίας, τη ραχοκοκαλιά των τηλεπικοινωνιών, παρέχοντας πρόσβαση σε μια ευρεία γκάμα
υπηρεσιών, προσβάσιμες από οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη. Ο αριθμός των συνδεδεμένων
κατοικιών με ταχύτητες 1 Gb/s ή υψηλότερες υπερβαίνει πλέον τα 100 εκατομμύρια παγκοσμίως και
αναμένεται να ξεπεράσει τα 200 εκατομμύρια μέχρι το τέλος του 2023. Για αυτό το λόγο, οι
τηλεπικοινωνιακοί πάροχοι στρέφουν την προσοχή τους στην ανάπτυξη των οπτικών δικτύων επόμενης
γενιάς, με στόχο να αντιμετωπίσουν τις παραπάνω προσκλήσεις και να προσφέρουν καλύτερη
ποιότητα υπηρεσιών (QoS) στους τελικούς χρήστες. Το πρότυπο παθητικού οπτικού δικτύου (PON)
επόμενης γενιάς στοχεύει στην παροχή χωρητικότητας άνω των 100 Gb/s. Χάρη στην πρόσφατη
πρόοδο που σημειώθηκε στις οπτικές συσκευές συγκέντρωσης με σύμφωνη ανίχνευση, οι οποίες
βασίζονται στις πρωτοποριακές εξελίξεις στη Nyquist-DSCM, μια τεχνολογία που επιτρέπει σε έναν
μόνο οπτικό πομποδέκτη να δημιουργεί πολλαπλούς μικρότερους οπτικούς υποφορείς, μπορούν πλέον
να διερευνηθούν πολλές δυνατότητες εξέλιξης σε 200G PON. Έτσι, αυτή η εργασία προτείνει μια
αλλαγή παραδείγματος στα δίκτυα οπτικών επικοινωνιών, με την εισαγωγή αυτού του νέου
οικοσυστήματος συσκευών και εξαρτημάτων με δυνατότητα μετατροπής των τρεχόντων οπτικών
δικτύων από-σημείο-σε-σημείο (με την συνεπαγόμενη, περιοριστική, ηλεκτρική τους συσσώρευση) σε
ευέλικτα, επεκτάσιμα και οικονομικά αποδοτικά δίκτυα από-σημείο-σε-πολλαπλά σημεία. Σε αυτή τη
νέα αρχιτεκτονική, η οποία ευθυγραμμίζεται καλύτερα με τα μοτίβα κυκλοφορίας κόμβου-και-ακτινών,
που παρατηρούνται στα σημερινά μητροπολιτικά δίκτυα και δίκτυα πρόσβασης, η διαλειτουργικότητα
ανάμεσα σε μια ποικιλία πομποδεκτών που λειτουργούν με διαφορετικές ταχύτητες επιτυγχάνεται
χρησιμοποιώντας ξεχωριστά δρομολογούμενους, ψηφιακά δημιουργούμενους υποφορείς.
Ταυτόχρονα, ένα μετασχηματιστικό κίνημα στη σφαίρα των κινητών τηλεπικοινωνιών, που ονομάστηκε
Open RAN, αμφισβητεί το παραδοσιακό κλείδωμα των προμηθευτών υποστηρίζοντας ένα ανοιχτό και
διαλειτουργικό οικοσύστημα. Στοχεύει στη διάσπαση της στοίβας λειτουργιών δικτύου της
παραδοσιακής Μονάδας Βασικής Ζώνης (BBU), και το διαμοιρασμό τους στη Κεντρική Μονάδα (CU),
Κατανεμημένη Μονάδα (DU) και Μονάδα Ράδιο (RU), επιτρέποντας μεγαλύτερη ευελιξία και επιλογή σε τεχνολογικά στοιχεία. Διαφορετικές επιλογές λειτουργικού διαχωρισμού προσφέρουν
διαφορετικούς βαθμούς προσαρμοστικότητας για να καλύψουν διάφορα σενάρια ανάπτυξης και
χρήσης, αναγνωρίζοντας ότι μια προσέγγιση που ταιριάζει σε όλους δεν είναι πρακτική. Επιπλέον, η
επιλογή λειτουργικής διαίρεσης επηρεάζει άμεσα το εύρος ζώνης, την καθυστέρηση και τις απαιτήσεις
συγχρονισμού του Fronthaul δικτύου. Οι χειριστές πρέπει να σχεδιάσουν προσεκτικά την αρχιτεκτονική
Fronthaul για να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις της επιλεγμένου διαχωρισμού και των
συγκεκριμένων περιπτώσεων χρήσης που στοχεύουν. Σε αυτό το έγγραφο, προτείνουμε μια
συγκλίνουσα αρχιτεκτονική δικτύου 5G/B5G Open X-haul, βασισμένη σε Optical Transport Network
(OTN) δακτυλίους, με ROADM στους μεταγωγείς συγκέτνρωσης, και τεχνολογίες Dense Wavelength
Division Multiplexing (DWDM) για τη μεταφορά Κίνηση Ethernet/CPRI. Αυτό το νέο δίκτυο επιτρέπει μια
δυναμική κατανομή των πόρων εύρους ζώνης σύμφωνα με την τρέχουσα ζήτηση κίνησης στο τμήμα
πρόσβασης και συγκέντρωσης. Τέλος, για το πειραματικό σκέλος αυτής της εργασίας, χρησιμοποιήθηκε
το λογισμικό εργαλείο VPIphotonics Design Suite™ για την ανάπτυξη και την προσομοίωση καινοτόμων
φωτονικών on-chip συσκευών, που βασίζονται σε Mach-Zehdner Interferometer με συντονιστές
δακτυλίου (RAMZI), που ονομάζονται Nyquist-filtering Interleaver και Circular Subcarrier-group
Interlacer. Στη συνέχεια, αυτές οι επαναστατικές συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομικά
στοιχεία για τη δημιουργία ενός Spatially-Diverse οπτικού δικτύου διανομής (ODN) από-σημείο-σε-
πολλά σημεία για βελτιωμένο 6G Fronthaul και ένα ευέλικτο Midhaul τοπολογίας οπτικού δακτυλίου.
Αυτές οι καινοτόμες προτάσεις στους τομείς των Fronthaul και Midhaul συνδυάζονται για να
δημιουργήσουν ένα δυναμικά αναπροσαρμοζόμενο Open X-haul OTN που επαναδιαμορφώνει τις
δυνατότητές του σε πραγματικό χρόνο για να υποστηρίζει απρόσκοπτα τα μεταβαλλόμενα μοτίβα
κυκλοφορίας και τις απαιτήσεις εύρους ζώνης στις αναδυόμενες B5G/6G O-RAN υπηρεσίες. Να
σημειωθεί ότι η προσομοιωτική μελέτη πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού
προγράμματος «PROTEUS-6G», το οποίο υποβλήθηκε ως πρόταση στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή για την
ανάπτυξη επαναστατικών τεχνολογιών και αρχιτεκτονικών για 6G δίκτυα επικοινωνιών.
Description
Keywords
Παθητικά οπτικά δίκτυα επόμενης γενιάς, Ψηφιακοί υποφορείς, Σύμφωνη τεχνολογία ανίχνευσης