一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法，属于光通信技术领域。本方法针对现有无源光网络中ONU睡眠方法不能很好解决时延性能与能效性这对矛盾的缺点，提出一种新的提高ONU能量有效性方法，通过建立ONU模块化能耗模型，实现ONU相关模块能够根据网络业务状况，采用不连续收发数据的方式，独立地转入睡眠/唤醒状态，增大了睡眠时间，减少了网络能耗；同时通过双轮询子周期的方式，优先收发实时业务，减少实时业务网络时延，提升网络整体服务质量。相比于其他节能方法，本发明专利技术不仅能提升网络整体服务质量，而且能显著降低网络能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法
本专利技术属于光通信
，涉及一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法。
技术介绍
近年来，随着电信网络的增加和网络带宽的迅速增长，现有的网络系统所消耗的能量也急剧增多。无论是从阻止全球变暖的角度考虑还是单纯地为了降低运营成本，电信网络的能效性都已经成为一个重要的研究课题。接入网作为电信网络的“最后一公里”，其终极目标为实现光纤到户(FTTH，FiberToTheHome)，相对于电信网络中的城域网和骨干网，需要更多的通信设备，其能源消耗大约占整个电信网络的75％。PON(无源光网络)作为当前最流行的接入网技术，相比于其他接入方式，具有维护简单、接入成本低、能效性更好等优点，已成为我国“FTTH”重要实现技术。然而，随着PON系统的规模越来越大，能耗问题将愈加严重。有效降低PON的能耗可以进一步提升带宽接入的成本效率，从而提高整个通信产业的能效性。据统计，一个基于IP的光接入网中，光网络单元(ONU)的能耗占60％。可见，提高PON系统中ONU的能量有效性将有效降低接入网的总能耗。ITU-T一直在探索减少ONU能量消耗，提高PON能效性的解决方案。经过研究，ITU-T在2009年形成的ITU-TG.984技术规范中描述了4种提高ONU能效性的方法，即ONU减负、ONU假寐、快速睡眠和深度睡眠，但对采用何种睡眠方案并没有做出具体规定。目前，提高ONU能效性的方式主要有两类。一类是将ONU整体地转入睡眠/唤醒状态，例如在低负载时将ONU转入睡眠状态，当负载高于某个阈值时，则唤醒ONU收发数据。然而固定的阈值设计并不能较好的适应动态网络的要求，且ONU睡眠/唤醒时间不易控制。为了解决ONU睡眠/唤醒时间控制问题，有学者提出集中式控制ONU睡眠/唤醒时间。如YanY等人提出以上行为中心(UCS)和以下行为中心(DCS)两种节能方案，使下行业务只在上行发送的时隙内进行接收，或只有ONU完全没有数据收发时将ONU睡眠，其中DCS的时延更小，而UCS能效性更好，但引入的下行时延较大。为了平衡能效性与时延之间的矛盾，张引发等人提出为各个ONU分别分配收发时隙，在本轮轮询周期分配的时隙内收发业务数据，在无收发任务的时段内进入低功耗的睡眠状态，缓解了下行时延性能恶化问题。另一类是将ONU中某些功能部件转入睡眠/唤醒状态。据研究，ONU总能耗中有60％-70％是由收发机及周边电路所消耗。因此有效降低收发机及周边电路的能耗，可进一步提高ONU的能效性。如ZhangJ等人针对收发机的能耗问题进行了研究，提出根据业务状态动态关闭ONU内的收发模块，从而降低ONU能耗，提高能效性，但其时延性能没有得到有效保障。S.H.ShahNewaz等人进一步讨论了ONU两种能耗级别与四种能耗级别状态下的能耗差异，但仍没有考虑时延与能效性的矛盾。因此，在无源光网络的能效性研究中，如何结合时延性能研究能耗问题，在保证网络服务质量的前提下，进一步降低PON的能耗，仍是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法，该方法通过将光网络单元模块化，使得各能耗模块能够独立地切换睡眠或唤醒模式，从而在规定时隙内实现不连续地收发数据；同时通过业务区分，采用实时业务优先收发策略，提升网络的整体服务质量。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法，在该方法中，将光网络单元ONU进行模块化，将ONU划分为上行模块、下行模块及基础模块，通过ONU的模块化，使得ONU相关模块能够根据网络业务状况独立地转入睡眠或唤醒状态，尽可能地增大睡眠时间，减少网络能耗；同时，统计各ONU的实时/非实时业务带宽请求及OLT缓存中将发往各ONU的数据量，按比例为各ONU实时/非实时业务设置保证带宽，同时采用带宽回收策略将轻负载ONU剩余带宽分配给重负载ONU，既保证了带宽按需动态分配，又提高了带宽利用率。进一步，在本方法中，采用不连续收发数据方式，ONU上/下行模块根据所分配的时隙，在各自的时隙内只发送/接收属于自己的数据，其他时隙则转入睡眠状态，避免了因接收无用数据而造成的能耗。进一步，在所述方法中，将一个完整的轮询周期分为两个子周期，各子周期长度根据网络中实时/非实时业务负载占总负载的比例确定，前一子周期用于收发实时业务数据，后一子周期用于收发非实时业务数据，从而尽可能地减少实时业务时延，提升网络整体服务质量。进一步，其中实时业务包括VoIP、IPTV、VOD等时延敏感业务；非实时业务指E-mail、文件下载等对时延不敏感的业务；在每个轮询周期中，先收发实时业务数据，再收发非实时业务数据。进一步，通过将ONU收发相关种类业务时隙信息加载到GATE帧中，使得ONU各相关模块能够根据时隙信息独立地转入睡眠/唤醒状态，从而实现数据收发与睡眠。进一步，ONU的模块化能耗模型如下：其中：E表示PON中所有ONU的总能耗，N表示轮询周期数，K为ONU个数，Pua/Pda表示ONU上/下行模块处于工作状态下的功耗，Pus/Pds表示ONU上/下行模块处于睡眠状态下的功耗，表示ONUi在第n个轮询周期内上/下行模块处于工作状态的时间，表示ONUi在第n个轮询周期内上/下行模块处于睡眠状态的时间，Pbase表示ONU基础模块的功耗，Tcycle表示轮询周期的长度。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的基于ONU模块化的无源光网络节能方法能够根据网络业务状况，将ONU相关模块独立转入睡眠/唤醒状态，增大了睡眠时间，降低了网络能耗，提高了网络的能效性。同时由于实时业务得以优先收发，提升了网络整体服务质量。相比于其他节能方法，本专利技术不仅能提升网络整体服务质量，而且能显著降低网络能耗。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为基于ONU模块化的无源光网络节能方法的流程图；图2为ONU内部模块结构图；图3为独立不连续收发数据示意图。具体实施方式在本方法中，ONU模块化能耗模型将ONU能耗区分为上行模块，下行模块及基础模块三个能耗模块。优先收发实时业务策略是将业务区分为实时业务和非实时业务，在每个轮询周期内，优先收发实时业务。并且为实现所提方法，使ONU上/下行模块获取相关工作时隙信息，GATE帧被重新做了设计。ONU模块化能耗模型使ONU不同模块根据业务情况独立地唤醒或睡眠，并使ONU在所分配的时隙内不连续地只接收自己所需要的数据，从而增大睡眠时间，避免了由于接收无用数据而带来的能耗。为降低睡眠对网络时延性能带来的影响，考虑到不同业务对时延性能要求的差异性，将业务分为实时业务与非实时业务来分析时延性能。其中实时业务包括VoIP、IPTV、VOD等时延敏感业务；非实时业务指E-mail、文件下载等对时延不敏感业务。将每个轮询周期分为双轮询子周期，前一子周期用于收发实时业务，后一子周期用于收发非实时业务，由于实时业务得以优先收发，减少了实时业务时延。下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。本专利技术在PON网络架构下对ONU进行节能，首先在每个轮询周期开始时，OLT统计各ONU实时/非实时业务的带宽请求及OLT缓存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法，其特征在于：在该方法中，将光网络单元ONU进行模块化，将ONU划分为上行模块、下行模块及基础模块，通过ONU的模块化，使得ONU相关模块能够根据网络业务状况独立地转入睡眠或唤醒状态，尽可能地增大睡眠时间，减少网络能耗；同时，统计各ONU的实时/非实时业务带宽请求及OLT缓存中将发往各ONU的数据量，按比例为各ONU实时/非实时业务设置保证带宽，同时采用带宽回收策略将轻负载ONU剩余带宽分配给重负载ONU，既保证了带宽按需动态分配，又提高了带宽利用率。

【技术特征摘要】
1.一种基于ONU模块化的无源光网络节能方法，其特征在于：在该方法中，将光网络单元ONU进行模块化，将ONU划分为上行模块、下行模块及基础模块，通过ONU的模块化，使得ONU相关模块能够根据网络业务状况独立地转入睡眠或唤醒状态，尽可能地增大睡眠时间，减少网络能耗；同时，统计各ONU的实时/非实时业务带宽请求及OLT缓存中将发往各ONU的数据量，按比例为各ONU实时/非实时业务设置保证带宽，同时采用带宽回收策略将轻负载ONU剩余带宽分配给重负载ONU，既保证了带宽按需动态分配，又提高了带宽利用率；采用不连续收发数据方式，ONU上/下行模块根据所分配的时隙，在各自的时隙内只发送/接收属于自己的数据，其他时隙则转入睡眠状态，避免了因接收无用数据而造成的能耗；在所述方法中，将一个完整的轮询周期分为两个子周期，各子周期长度根据网络中实时/非实时业务负载占总负载的比例确定，前一子周期用于收发实时业务数据，后一子周期用于收发非实时业务数据，从而尽可能地减少实时业务时延，提升网络整体服务质量。2.根据权利要求1所述的一种基于O...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊余，管建军，刘川菠，王汝言，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85