Гібридні волоконно-коаксіальні мережі залишаються критичною інфраструктурою для надання широкосмугового доступу до Інтернету, забезпечуючи високошвидкісне з’єднання для мільйонів користувачів. Однак із зростанням попиту на низьку затримку та високу пропускну здатність для таких сервісів, як хмарні обчислення, потокове відео 4K/8K та онлайн-ігри, традиційні мережеві архітектури стикаються з обмеженнями у продуктивності через високе навантаження на процесор, неефективне управління транспортним рівнем і обмежену масштабованість.
Сучасні стратегії модернізації гібридних волоконно-коаксіальних мереж включають розгортання архітектури розподіленого доступу, повний перехід на оптоволоконні мережі або впровадження стандарту DOCSIS 4.0. Хоча ці підходи дозволяють збільшити ємність і ефективність мережі, вони вимагають значних капіталовкладень, комплексної інтеграції з існуючою інфраструктурою провайдера та тривалих термінів впровадження. Економічно ефективною альтернативою є оптимізація продуктивності опрацювання пакетів за допомогою програмних мережевих рішень, що дозволяє зменшити затримку та підвищити ефективність передачі даних без необхідності масштабних змін фізичної інфраструктури.
У цій роботі пропонується програмно-орієнтований підхід для підвищення продуктивності гібридних волоконно-коаксіальних мереж шляхом використання The Fast Data Project VPP HostStack — високопродуктивного мережевого стека, який працює у просторі користувача та мінімізує затримку пакетного опрацювання без необхідності змінювати апаратну інфраструктуру. Завдяки векторизованому опрацюванню, нульовому копіюванню даних та оптимізованому управлінню пам’яттю, VPP HostStack дозволяє знизити затримку, збільшити продуктивність TCP/UDP та зменшити завантаження процесора у порівнянні зі стандартними Linux-стеками.
Для оцінки продуктивності VPP HostStack було розроблено CSIT-методологію тестування, що дозволяє проводити вимірювання продуктивності мереж у різних сценаріях трафіку.
Таким чином, VPP HostStack є масштабованим і економічно ефективним рішенням для підвищення продуктивності гібридних волоконно-коаксіальних мереж, що дозволяє операторам зв’язку модернізувати інфраструктуру без значних капіталовкладень, необхідних для впровадження DOCSIS 4.0, архітектури розподіленого доступу або повної заміни коаксіальної мережі на оптоволоконну. Це дослідження сприяє розвитку програмно-визначених мереж та високопродуктивного опрацювання трафіку, пропонуючи провайдерам гнучку та економічно доцільну альтернативу модернізації мереж.
- AvidThink & The Linux Foundation. (2020). Myth-busting DPDK in 2020: Revealed—the past, present, and future of the most popular data plane development kit in the world (Rev. B). https://nextgeninfra.io/wp- content/uploads/2020/07/AvidThink-Linux-Foundation-Myth-busting-DPDK-in-2020-Research-Brief-REV-B.pdf
- Cable Television Laboratories, Inc. (2016). Remote PHY specification (CM-SP-R-PHY-I04-160512). CableLabs. https://account.cablelabs.com/server/alfresco/305841fa-63a7-442d-b08c-c6...
- Cable Television Laboratories, Inc. (2022). DOCSIS® 4.0 Physical Layer Specification (CM-SP-PHYv4.0). CableLabs. https://www.cablelabs.com/specifications/CM-SP-PHYv4.0
- Cisco Systems, Inc. (2019). Cable DAA network readiness: A new operational model to drive efficiency and business value. https://www.cisco.com/c/dam/en/us/solutions/service-provider/industry/cable/pdfs/daa-network- readiness.pdf
- FD.io CSIT Project. (n.d.). Continuous System Integration and Testing (CSIT) Documentation. https://fd.io/documentation/csit
- FD.io Project. (2017). Vector Packet Processing (VPP): One Terabit Software Router on Intel® Xeon® Scalable Processor Family Server. https://fd.io/docs/whitepapers/FDioVPPwhitepaperJuly2017.pdf
- Frank, T., Konstantynowicz, M., Mikus, P., & Polak, V. (2023, November). FD.io CSIT Performance Dashboard [Conference presentation]. IETF 118, BMWG Working Group. https://datatracker.ietf.org/meeting/118/materials/slides-118-bmwg-9-fdi...
- gRPC Authors. (2024, November 12). Introduction to gRPC. https://grpc.io/docs/what-is-grpc/introduction
- Open Networking Foundation. (2016). SDN architecture – A primer. https://opennetworking.org/wp- content/uploads/2013/05/7-26%20SDN%20Arch%20Glossy.pdf
- Optical Internetworking Forum & Open Networking Foundation. (2014, October 7). Global Transport SDN Prototype Demonstration [White paper]. https://opennetworking.org/wp-content/uploads/2013/02/oif- p0105_031_18.pdf
- Promwad. (2021, November 30). Cisco TRex Traffic Generator: Running Load Tests on a Network. https://promwad.com/news/cisco-trex-traffic-generator
- Ramos, H., Reyes, C., & Janisset, M. ( 2019). Evolving networks to profitably deliver multigigabit speeds: Upgrading HFC networks with DOCSIS® 3.1 can expand downstream and upstream capacity. ARRIS Enterprises LLC (now part of CommScope). https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/1731-evolving-networks-to- profitably-deliver-multigigabit-speeds.pdf
- Salinger, J., & Sigman, S. (2021). Lessons from operating tens of thousands of remote PHY devices. Society of Cable Telecommunications Engineers (SCTE), CableLabs, & NCTA. https://www.nctatechnicalpapers. com/Paper/2021/2021-lessons-from-operating-tens-of-thousands-of-remote-phy-devices
- Sowinski, P., Smith, A., & Liu, T. (2019). Remote PHY 2.0: The next steps for Remote PHY technology. Society of Cable Telecommunications Engineers (SCTE) and NCTA. https://www.nctatechnicalpapers.com/Paper/ 2019/2019-remote-phy-2-0-the-next-steps-for-remote-phy-technology