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【目的】随着各种互联网新兴业务的崛起以及无源光网络（PON）在行业应用场景的延伸，作为第五代固定网络（F5G）代表技术的PON，需要不断演进升级才能满足未来网络的需求。其中，PON的时延是迫切要改善的关键网络性能指标，故文章对PON的低时延技术进行了深入研究。
【方法】文章首先总结了当下PON在低时延方面所面临的挑战，分析了导致PON时延较高的主要原因有两个，分别是因光网络单元（ONU）带宽分配机制引入的上行固有时延和因ONU注册/测距机制引入的上行随机时延。因此，文章提出了基于单帧多突发技术和独立注册通道技术的两种超低时延技术方案，并进行实验验证分析。
【结果】通过验证分析，对于单帧多突发技术的低时延技术方案，结合时延和带宽利用率两个性能指标综合来看，1/4调度周期表现最优，但会牺牲小部分带宽，比较适合传输对时延敏感而带宽不敏感的业务；对于独立注册通道技术的低时延技术方案，由于引入了额外的波长用于ONU注册/测距通道，可以完全消除正常业务通道因注册/测距的静默窗口引入的额外时延和抖动。
【结论】综合而言，文章所探讨的基于PON的超低时延技术方案，可以有效降低PON的时延，有助于促进虚拟现实（VR）类等新兴业务的规模商用和工业互联网的快速发展。
无源光网络 超低时延技术 虚拟现实 工业互联网 PON ultra-low delay technology VR industrial internet 光通信研究
2024, 50(1): 22006501
1 厦门大学 航空航天学院，福建厦门3604
2 集美大学 海洋信息工程学院，福建厦门36101
在功率半导体市场中，绝缘栅双极型晶体管（Insulated gate bipolar transistor，IGBT）和碳化硅金属氧化物半导体场效应管（Silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，SiC MOSFET）具有出色的耐压性与频率特性，逐渐取代了传统的MOSFET。为了提高IGBT和SiC MOSFET驱动电路的可靠性，设计了一款光耦隔离式栅极驱动芯片，通过协同设计光探测器与驱动电路，从而实现单片集成。使用Silvaco软件对光探测器进行了仿真。仿真结果显示：光探测器对800 nm波长红外光的响应度约为0.277 A/W，-3 dB带宽约为90 MHz。进一步对光耦的光学结构进行优化设计，实现了控制端与后端高压驱动电路的有效隔离，从而解决了串扰问题。使用Maxchip 0.18 μm 40 V BCD工艺进行流片，并对封装芯片进行测试。在光源输入电流为10 mA、芯片供电电压为12~40 V、输入信号频率为20 kHz的测试条件下，芯片的传播延时仅为98 ns。
协同设计 单片集成 光耦隔离 低延时 collaborative design monolithic integration optocoupler isolation low delay
合肥工业大学 电子科学与应用物理学院， 合肥 230009
随着集成电路器件特征尺寸的进一步减小，锁存器内部节点之间的距离越来越短。由于内部节点间的电荷共享效应，器件在空间辐射环境中频繁发生单粒子翻转(SEU)，受影响节点由单节点扩展到双节点。文章提出了一种新型的锁存器加固结构，利用C单元固有的保持属性，实现对单节点翻转(SNU)和双节点翻转(DNU)的完全容忍。HSPICE仿真结果表明，相比于其他同类型的加固设计，所提出的锁存器功耗平均下降了34.86%，延迟平均下降了59%，功耗延迟积平均下降了67.91%。PVT分析表明，该锁存器结构对电压、温度、制造工艺的变化不敏感。
单粒子翻转 低功耗 低延迟 双节点翻转 single event upset (SEU) low power low delay double node upset (DNU)
1 国网江苏省电力有限公司 无锡供电分公司，江苏 无锡 214000
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
光网络中普遍存在着普通业务和安全业务，为了将安全业务配置到安全链路进行传输，规避普通业务占用安全链路，降低业务请求光路建立时延，提出了业务安全等级感知的低时延路由频谱分配算法。算法将网络物理拓扑分为安全虚拟拓扑和普通虚拟拓扑，充分考虑了业务安全类别和链路差别，通过运用安全虚拟拓扑将安全业务配置到安全链路进行传输，回避Eve窃听到有效的安全业务数据。算法的并行建路策略减少了光路的平均建立时延和业务的阻塞率，通过实验仿真验证了算法的有效性。
低时延 路由频谱分配 安全业务 虚拟拓扑 low delay routing spectrum assignment security request virtual topology
1 安阳学院航空工程学院, 河南 安阳 455000
2 聊城大学计算机学院, 山东 聊城 252000
为提高频谱利用率,同时减少光路的建立时延和阻塞率,提出了一种基于时延和频谱利用率联合优化路由频谱分配 (CODS-RSA)算法。CODS-RSA算法在提前计算期间,利用提前计算控制模型、频谱位示图和最佳分配算法,建立了光连接请求业务数据库。CODS-RSA算法根据光连接请求业务数据库和实时更新计算结果,进行了路由频谱分配(RSA)。仿真结果表明,CODS-RSA算法提前计算减少了光路的建立时延,频谱位示图和最佳分配算法的分配频谱提高了频谱利用率,也相对降低了业务请求的阻塞率。
光通信 路由频谱分配 提前计算 频谱位示图 低时延 激光与光电子学进展
2019, 56(13): 130602
河北工程大学信息与电气工程学院, 河北 邯郸 056038
数据中心光互联通过IP网和光网络联合优化，实现了业务跨层疏导，但由于数据中心内部业务的突发性，突发业务被疏导到光网络，导致光网络业务的排队时延和建路时延增加，为此提出一种低时延路由频谱分配(RSA)算法。该算法将光纤中的频谱资源分为多个频谱层，在各频谱层并行建立光路，在频谱层中再用多个线程并行建路。各频谱层中当前建路时用的点和边组成了着色虚拟拓扑，将着色虚拟拓扑作为频谱层中资源使用的约束条件，并根据当前正在建路、未建路、新到达业务请求的变化在各频谱层重构着色和可用虚拟拓扑，来适应突发业务，快速疏导聚集在光网络中的业务请求。仿真结果表明，该算法减少了业务请求的光路平均建立时延，减小了光路建立时延方差和阻塞率，提高了频谱利用率，提升了用户体验质量(QoE)。
光通信 弹性光网络 路由频谱分配 虚拟拓扑重构 低时延 二维资源分配模型 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 080602
1 中国电子科技集团公司 第五十四研究所, 河北 石家庄 050081
2 西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室, 陕西 西安 710071
针对无人飞行器测控系统对图像压缩技术在超低延时与高速编码方面的特殊需求, 研究并设计了一种全硬件并行图像压缩系统,该系统采用基于小波分析理论联合零游程编码与指数哥伦布编码技术完成对信源数据的压缩。利用小波分析去除像素相关性, 引入最优量化方式, 采用零游程编码结合指数哥伦布编码去除像素概率冗余。算法在现场可编程门阵列(FPGA)中设计了一种并行处理模式, 使得图像采集、变换与各个小波子代系数编码近似同步进行。实验结果表明, 该压缩系统在型号为XILINX-VIRTEX-5-XC5VSX50T器件中可以同时满足4路分辨率为2 048 pixel×2 048 pixel×12 bit高清图像压缩, 单路数据吞吐量达280 Mpixel/s; 针对1 024 pixel×768 piexl格式图像编解码传输, 延时低于100 ms。
无人飞行器 图像压缩 信源编码 并行处理 小波分析 超低延时 unmanned aerial vehicle image compression source coding parallel processing wavelet analysis ultra-low delay 光学 精密工程
2013, 21(11): 2914
