以太無源光網(wǎng)絡節(jié)能機制與算法研究.pdf

1、隨著全球溫室效應不斷加劇，節(jié)能減排勢在必行。寬帶接入網(wǎng)作為“最后一公里”有效解決方案之一，其能耗約占全網(wǎng)能耗的75％。其中，具有高帶寬、高穩(wěn)定性的無源光網(wǎng)絡(Passive Optical Network，PON)以其遠程節(jié)點的無源特性成為當前最可行且節(jié)能的寬帶接入方案。作為一種成熟的PON技術，以太無源光網(wǎng)絡(Ethernet PON，EPON)近年來已經(jīng)成為亞太地區(qū)部署最廣泛的寬帶接入網(wǎng)絡之一。隨著用戶數(shù)目和業(yè)務需求不斷增長，PON

2、網(wǎng)絡能耗也隨之急劇增加。因此，如何有效降低PON網(wǎng)絡，尤其是EPON網(wǎng)絡能耗，已成為一個極具學術和應用價值的研究熱點。
　　目前，EPON節(jié)能研究多采用休眠低負載光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit，ONU)的方法，但通常是休眠整個ONU，即發(fā)送機和接收機必須同時開啟或關閉。該方法不夠靈活，不僅節(jié)能效率低，還會降低服務質量(Quality of Service，QoS)。此外，當前的節(jié)能方法大多針對單播業(yè)務，無法有

3、效地解決面向多播業(yè)務的EPON節(jié)能問題。因此，EPON節(jié)能還存在很大的研究空間，是當前構建綠色網(wǎng)絡的重要挑戰(zhàn)之一。
　　本論文在總結和分析國內(nèi)外關于PON節(jié)能研究的基礎上，提出了新的ONU休眠模式。在不同網(wǎng)絡環(huán)境下，充分考慮將網(wǎng)絡特性與ONU休眠模式相結合，有效降低ONU能耗，從而促進EPON網(wǎng)絡更加節(jié)能。本論文的主要工作和取得的創(chuàng)新成果如下:
　　(1)第2章針對1G/10G-EPON網(wǎng)絡節(jié)能問題，首先提出了一種基于ONU

4、休眠和動態(tài)雙閾值下行速率選擇的節(jié)能機制。在該機制中，ONU在上行傳輸結束后可進入深度休眠狀態(tài)，其休眠時間可根據(jù)上行業(yè)務量動態(tài)變化，從ONU休眠角度降低ONU能耗;其次，通過動態(tài)雙閾值下行速率選擇算法，在低業(yè)務負載時使用低能耗鏈路，從下行速率選擇的角度節(jié)能?；谠摍C制，通過允許上行傳輸時隙內(nèi)處于空閑狀態(tài)的接收機休眠，提出了基于ONU雙休眠狀態(tài)和動態(tài)雙閾值下行速率選擇的節(jié)能機制，從而進一步降低ONU能耗。
　　(2)第3章針對上行業(yè)務

5、和下行業(yè)務不對等的EPON節(jié)能問題，提出了一種基于下行調(diào)度和混合休眠的節(jié)能機制。該機制允許ONU的發(fā)送機和接收機獨立休眠，有效減少上行業(yè)務和下行業(yè)務不同時存在時的能量浪費，并與ONU深度休眠模式相結合構成混合休眠模式。通過合理的下行調(diào)度，既可進一步促進節(jié)能又可降低下行數(shù)據(jù)包時延。
　　(3)第4章首先提出了一種基于混合休眠的多播業(yè)務節(jié)能機制。多播業(yè)務的特點是:有相同多播業(yè)務的ONU必須同時接收該業(yè)務，而其上行業(yè)務不能同時傳輸。由此

6、，所提機制引入混合休眠模式，使ONU的發(fā)送機和接收機可以獨立休眠，并結合ONU深度休眠模式，減少不必要的能量浪費。通過ONU深度休眠/喚醒算法，該機制可降低ONU喚醒次數(shù)，從而降低ONU能耗。據(jù)此，提出基于混合休眠的多播業(yè)務改進節(jié)能機制，通過ONU深度休眠/喚醒優(yōu)化算法，增加了ONU喚醒的約束條件，在保證QoS的前提下，進一步降低ONU能耗。
　　為驗證和評估上述機制的性能，本文利用OPNET仿真軟件搭建了仿真平臺。仿真結果表明，