考慮業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的光線路終端節(jié)能算法

熊 余，劉川菠，孫 鵬

(重慶郵電大學(xué) 光通信和網(wǎng)絡(luò)重點實驗室，重慶 400065)

考慮業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的光線路終端節(jié)能算法

熊 余，劉川菠，孫 鵬

(重慶郵電大學(xué) 光通信和網(wǎng)絡(luò)重點實驗室，重慶 400065)

為有效解決時分波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(time and wavelength division multiplexed passive optical network，TWDM-PON)中因采用節(jié)能算法而導(dǎo)致的業(yè)務(wù)時延惡化問題，提出一種考慮業(yè)務(wù)QoS的光線路終端(optical line terminal，OLT)節(jié)能算法。通過建立針對局端設(shè)備光線路終端的新型能耗模型，使發(fā)射機和接收機能夠獨立地關(guān)閉或開啟，從而在上下行業(yè)務(wù)不對稱的情況下能夠最大化地降低光線路終端能耗；通過區(qū)分業(yè)務(wù)、調(diào)整輪詢周期的大小以及工作收發(fā)機的數(shù)目，保證不同業(yè)務(wù)QoS的要求。仿真表明，算法在保證業(yè)務(wù)QoS的前提下，最大化地降低了TWDM-PON中OLT的能耗。

時分波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(TWDM-PON)；光線路終端(OLT)；獨立睡眠；業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量；節(jié)能；時延

0 引 言

隨著交互式網(wǎng)絡(luò)電視、高清晰度電視、網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻業(yè)務(wù)等大流量、大帶寬業(yè)務(wù)的日益增長，通信網(wǎng)絡(luò)的能耗也隨之大幅增長[1]。接入網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)能耗的最大部分，其能耗大約占通信網(wǎng)絡(luò)總能耗的70%，因此，能耗問題已成為接入網(wǎng)設(shè)計的關(guān)鍵因素之一。時分波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(time and wavelength division multiplexed passive optical network，TWDM-PON)作為下一代光接入網(wǎng)的主流技術(shù)方案具有大容量、長距離和高分光比等優(yōu)勢。然而，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大卻使能耗問題面臨更嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，由于TWDM-PON的光線路終端中存在多個收發(fā)機，這就為OLT節(jié)能算法的研究帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇；另一方面，降低網(wǎng)絡(luò)能耗往往是以犧牲業(yè)務(wù)QoS為代價。因此，如何在保證業(yè)務(wù)QoS要求的同時，最小化網(wǎng)絡(luò)能耗需要斟酌權(quán)衡[2]。

根據(jù)能耗產(chǎn)生的位置，PON的節(jié)能算法可以大致分為降低光網(wǎng)絡(luò)單元(optical network unit, ONU)能耗的節(jié)能算法和降低光線路終端(optical line terminal，OLT)能耗的節(jié)能算法，其中，OLT能耗大約是ONU能耗的20倍。但在TDM-PON中，考慮到OLT通常只存在單個收發(fā)機用于上下行業(yè)務(wù)的傳輸，故OLT幾乎不能通過關(guān)閉收發(fā)機的方式實現(xiàn)OLT節(jié)能。然而，在TWDM-PON中，由于TWDM-PON的多波長特性，OLT存在多個收發(fā)機。因此，在不影響業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐瑫r，可以通過關(guān)閉OLT的部分收發(fā)機實現(xiàn)OLT節(jié)能。因而，關(guān)閉收發(fā)機的條件、數(shù)目以及關(guān)閉時間是決定節(jié)能效率的重要指標，也是TWDM-PON中OLT節(jié)能需要考慮的主要問題。文獻[3]提到了通過波長路由來實現(xiàn)OLT節(jié)能，其大致思想是當業(yè)務(wù)負載較大時，每個ONU接入默認的OLT收發(fā)機；而當業(yè)務(wù)負載較小時，部分ONU通過合適的波長接入部分OLT端口，而另外一部分空閑的收發(fā)機則關(guān)閉進入睡眠狀態(tài)，但是并沒有分析該節(jié)能機制具體的觸發(fā)條件，以及需要關(guān)閉的收發(fā)機數(shù)目。而文獻[4]提出的自適應(yīng)帶寬聚合算法將各個收發(fā)機上的低速業(yè)務(wù)聚合在一個特定的常速或低速收發(fā)機上進行傳輸，以此關(guān)閉原有的收發(fā)機達到OLT節(jié)能的目的，該算法很好地解決了因低速業(yè)務(wù)導(dǎo)致負載較低的收發(fā)機無法進入睡眠狀態(tài)的問題，并給出了進入睡眠的條件以及關(guān)閉收發(fā)機數(shù)目，然而該算法適用場景較為局限，僅能應(yīng)用于小型網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等業(yè)務(wù)速率較小的環(huán)境。對此，文獻[5]提出了一種ONU遷移算法，該算法將工作ONU遷移到盡可能少的波長上，通過關(guān)閉剩下的閑置波長(即關(guān)閉使用這些波長傳輸業(yè)務(wù)的收發(fā)機)以實現(xiàn)OLT節(jié)能，該算法雖然可以應(yīng)用在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，但并不能很好地根據(jù)業(yè)務(wù)請求的帶寬做出關(guān)閉波長的決策。而文獻[6]提出的能量感知波長分配(energy-aware wavelength assignment, EWA)算法，能根據(jù)上行業(yè)務(wù)請求帶寬動態(tài)地開啟或關(guān)閉OLT的收發(fā)機，以此在保證業(yè)務(wù)時延不會過大的前提下降低OLT的能耗，并且該算法首次明確地給出關(guān)閉收發(fā)機的條件、數(shù)目以及關(guān)閉時間，但該算法僅僅考慮了上行業(yè)務(wù)方向，并且在算法設(shè)計上并未充分考慮業(yè)務(wù)對時延的要求。文獻[7]提出了一種動態(tài)波長帶寬分配算法(dynamic wavelength and bandwidth allocation, DWBA)，該算法可以在保證業(yè)務(wù)滿足最大時延條件下，盡可能減少OLT工作收發(fā)機的數(shù)目，從而最大化地降低了OLT的能耗，但該算法同樣沒有考慮下行業(yè)務(wù)，也沒有考慮多業(yè)務(wù)接入環(huán)境下，不同業(yè)務(wù)類型的QoS要求。

綜上所述，當前在TWDM-PON中通過關(guān)閉收發(fā)機來實現(xiàn)OLT的研究中，存在幾個有待解決的問題：①接收機和發(fā)射機根據(jù)上行或下行業(yè)務(wù)量同步開啟和關(guān)閉，這會導(dǎo)致當上下行業(yè)務(wù)量不對稱時，會有空閑的接收機或發(fā)射機，不利于最小化網(wǎng)絡(luò)能耗；②OLT輪詢周期的計算沒有考慮不同業(yè)務(wù)類型的QoS要求。因此，為了解決以上問題，本文提出了考慮業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的OLT節(jié)能算法(energy saving algorithm for OLT considering QoS, OESQ)，其主要思想：首先，通過分別考慮OLT上下行業(yè)務(wù)對QoS的要求計算輪詢周期的大??；然后，確定需要的最小上下行接收機和發(fā)射機數(shù)目；最后，通過關(guān)閉空閑的接收機和發(fā)射機實現(xiàn)OLT節(jié)能，從而在保證業(yè)務(wù)QoS的前提下降低OLT的能耗。

1 能耗模型

為了最大化地降低OLT的能耗，所提算法首次將ONU中“獨立睡眠”[8]的思想引入OLT節(jié)能設(shè)計中。獨立睡眠的主要思想如圖1所示，其實現(xiàn)的關(guān)鍵在于接收機和發(fā)射機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是獨立不相關(guān)的，接收機處于何種狀態(tài)僅取決于上行業(yè)務(wù)，而發(fā)射機的狀態(tài)僅取決于下行業(yè)務(wù)。當有上行業(yè)務(wù)待接收時，接收機開始工作，否則，進入睡眠狀態(tài)；當下行業(yè)務(wù)待發(fā)送時，發(fā)射機開始工作，否則，進入睡眠狀態(tài)。

圖1 OLT收發(fā)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換Fig.1 OLT transceiver state conversion

因此，OLT的能耗模型可以細分為3個主要的能耗部分：發(fā)射機能耗、接收機能耗、基礎(chǔ)能耗。而OESQ的主要目的是通過降低發(fā)射機和接收機能耗來實現(xiàn)OLT節(jié)能。圖2是OLT的能耗模型，灰色的框圖代表產(chǎn)生基礎(chǔ)能耗的模塊，其中，基礎(chǔ)能耗指的是除去接收機和發(fā)射機的其他所有需要一直工作的器件的總能耗，比如串并轉(zhuǎn)換器及其周邊電路、介質(zhì)訪問控制、處理器、緩存、電源和物理層接口等器件的能耗。

圖2 OLT能耗模型Fig.2 OLT energy consumption model

K個周期內(nèi)OLT總的能耗以及第i個輪詢周期的能耗公式為

(1)

(2)

每個輪詢周期總的發(fā)射機和接收機能耗取決于開啟的數(shù)目[7]，其計算公式為

(3)

(4)

第i個輪詢周期的基礎(chǔ)能耗只與基礎(chǔ)功率和第i個輪詢周期長度有關(guān)，其計算公式為

(5)

2 算法描述

為了降低OLT的能耗，OESQ在保證業(yè)務(wù)QoS的前提下，將業(yè)務(wù)倒換到少數(shù)波長上進行發(fā)送，從而通過關(guān)閉閑置接收機和發(fā)射機以達到OLT節(jié)能的目的。

下一代光接入網(wǎng)默認支持多種業(yè)務(wù)類型接入，因此，為了保證業(yè)務(wù)QoS，不同類型業(yè)務(wù)對QoS要求需要單獨考慮。首先，將業(yè)務(wù)分為加速轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)(expedited forwarding service, EF)、確保轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)(assured forwarding service, AF)以及盡力而為轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)(best-effort forwarding service, BE)3類。然后，為了保證以上3種業(yè)務(wù)的QoS，在設(shè)計節(jié)能算法時，要保證3種業(yè)務(wù)的時延滿足其要求。對于EF，AF和BE業(yè)務(wù)，其時延應(yīng)分別控制在5，5，20 ms內(nèi)。此外，在滿足所有類型業(yè)務(wù)QoS要求的前提下，對于EF業(yè)務(wù)，其時延要盡可能的低。

下面將對OESQ進行介紹，其參數(shù)含義如表1所示。

2.1 輪詢周期長度的計算

為了保證EF業(yè)務(wù)的時延盡可能小，應(yīng)在保證上行和下行EF業(yè)務(wù)能在一個輪詢周期內(nèi)完成傳輸?shù)那疤嵯?，盡量減小輪詢周期長度。因此，應(yīng)確定EF業(yè)務(wù)需要帶寬最大的波長，并以此條波長上EF業(yè)務(wù)需要的帶寬來確定輪詢周期的長度，理論輪詢周期的長度表示為

(6)

其中的限制條件需要特別說明。文獻[8]將1 ms作為監(jiān)測業(yè)務(wù)是否滿足觸發(fā)收發(fā)機開關(guān)的閾值，當超過此閾值仍滿足節(jié)能機制觸發(fā)條件，則將收發(fā)機關(guān)閉。OESQ引入此閾值并設(shè)為輪詢周期的長度下限，達到監(jiān)測業(yè)務(wù)是否滿足節(jié)能機制觸發(fā)條件目的，以防止收發(fā)機頻繁開關(guān)，從而導(dǎo)致節(jié)能以及時延性能惡化。此外，為了保證業(yè)務(wù)時延不會過大，最大輪詢周期的長度[6,9]通常應(yīng)設(shè)為2 ms，即

(7)

表1 參數(shù)含義

2.2 工作接收機和發(fā)射機數(shù)目的計算

工作接收機和發(fā)射機數(shù)目取決于輪詢周期的長度以及本周期需要發(fā)送的業(yè)務(wù)帶寬的大小。

接下來要確定本周期需要接收和發(fā)送的業(yè)務(wù)帶寬。為了保證3種業(yè)務(wù)的QoS要求，帶寬分配需要滿足以下2個條件。

1)盡可能保證EF業(yè)務(wù)在本周期內(nèi)發(fā)送完畢；

2)盡可能保證即將超出時延要求的AF和BE業(yè)務(wù)在本周期內(nèi)發(fā)送完畢。

在保證了以上2個條件的前提下，可以將在本周期結(jié)束后不會超出其時延要求的AF和BE業(yè)務(wù)暫時存放在緩存中，從而關(guān)閉更多接收機和發(fā)射機。由此，本周期需要接收和發(fā)送的上下行業(yè)務(wù)帶寬分別為

(8)

(9)

即將超出時延要求的AF和BE業(yè)務(wù)的判定條件為是否在下個周期結(jié)束前超出其時延要求，若超過，則業(yè)務(wù)必須在本周期內(nèi)開始發(fā)送，否則繼續(xù)存放在緩存里。

由于最大輪詢周期為2 ms，因此，如果本周期初，AF和BE業(yè)務(wù)在緩存停留時間加上2 ms不超出業(yè)務(wù)的時延要求，則不需要在本周期內(nèi)發(fā)送，否則需要在本周期內(nèi)發(fā)送，以避免在下周期結(jié)束之前超出其時延要求。上行方向的判定公式為

(10)

(11)

(12)

(13)

確定了本周期上下行業(yè)務(wù)帶寬后，將其與本周期單條波長能提供的最大傳輸帶寬進行對比計算，就可分別得到上下行工作接收機和發(fā)射機數(shù)目為

(14)

(15)

2.3 開啟或關(guān)閉的接收機和發(fā)射機數(shù)目的計算

在計算得到本周期需要的工作接收機和發(fā)射機數(shù)目后，將其與上個周期的工作接收機和發(fā)射機的數(shù)目相比，若減少，則需要在本周期關(guān)閉相應(yīng)數(shù)目的發(fā)射機或接收機，若增加，則需要在本周期開啟相應(yīng)數(shù)目的接收機或發(fā)射機。接收機或發(fā)射機開啟的數(shù)目分別表示為

(16)

(17)

2.4 步驟描述

以上算法的具體步驟可以歸納如下。

步驟1 在每個周期開始時進行算法運算，統(tǒng)計上個周期所有波長上EF業(yè)務(wù)請求的帶寬。將EF業(yè)務(wù)帶寬請求的最大值與輪詢周期的下限值1 ms進行比較，來初步確定輪詢周期的長度。

步驟2 將初步確定的輪詢周期的長度與輪詢周期的上限值2 ms進行比較，來確定輪詢周期的長度。

步驟3 統(tǒng)計緩存中即將超出時延要求的AF和BE業(yè)務(wù)大小，并計算本周期需要收發(fā)的總的業(yè)務(wù)大小。

步驟4 根據(jù)本輪詢周期的長度和需要收發(fā)的總業(yè)務(wù)大小計算出需要的工作收發(fā)機數(shù)目。

步驟5 若將步驟4的結(jié)果與上個周期工作收發(fā)機數(shù)目進行比較，計算本周期需要開啟或關(guān)閉的收發(fā)機數(shù)目。

3 數(shù)據(jù)仿真及分析

3.1 仿真指標

定義1 能耗百分比。仿真時間內(nèi)采用節(jié)能算法的OLT總能耗與未采用節(jié)能算法的OLT總能耗的百分比，表示為

(18)

(18)式中：Ees表示采用節(jié)能算法的OLT的總能耗；Etotal表示未采用節(jié)能算法的OLT的總能耗。

定義2 平均包時延。仿真時間內(nèi)總的業(yè)務(wù)時延與總的數(shù)據(jù)包之比。業(yè)務(wù)時延則指數(shù)據(jù)包從進入ONU/OLT緩存與數(shù)據(jù)包到達OLT/ONU緩存的時間差。

EF業(yè)務(wù)平均包時延為

(19)

AF業(yè)務(wù)平均包時延為

(20)

BE業(yè)務(wù)平均包時延為

(21)

3.2 仿真環(huán)境

基于典型的樹型TWDM-PON結(jié)構(gòu)進行仿真。設(shè)總的ONU數(shù)目M=64；波長數(shù)L=8；各ONU到OLT的最大物理距離為40 km；數(shù)據(jù)源分為以1∶1∶1為比例的EF，AF和BE 3種優(yōu)先級不同的業(yè)務(wù)，并服從泊松分布；單個數(shù)據(jù)包大小服從64 byte到1 518 byte大小的均勻分布；最大輪詢周期為2 ms；保護時隙為2 μs；算法以及DBA計算時間為10 μs；波長轉(zhuǎn)換時間為10 μs；能耗參數(shù)如表2所示。

表2 仿真參數(shù)

需要指出的是，為了進一步證明OESQ在上下行業(yè)務(wù)負載非對稱的應(yīng)用場景中的優(yōu)越性，仿真對比了在對稱業(yè)務(wù)、非對稱業(yè)務(wù)的上下行業(yè)務(wù)負載比例為2∶3和1∶4的場景下[10]OESQ的節(jié)能性能。

3.3 仿真結(jié)果與分析

仿真分析采用的對比算法如下。

1)EWA[6]。沒有考慮業(yè)務(wù)對時延的要求，盡可能保證所有類型業(yè)務(wù)在當前周期分配到帶寬，OLT中的接收機和發(fā)射機不獨立睡眠；

2)DWBA[7]。沒有考慮不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)對時延的要求，僅根據(jù)優(yōu)先級最高的業(yè)務(wù)的時延要求進行帶寬分配，OLT中的接收機和發(fā)射機不獨立睡眠；

3)OESQ?？紤]不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)對時延的要求，根據(jù)不同業(yè)務(wù)類型的時延要求進行帶寬分配，OLT中的接收機和發(fā)射機根據(jù)上下行業(yè)務(wù)獨立睡眠。

圖3是以上3種算法的節(jié)能性能對比圖。隨著負載增大，OESQ，EWA和DWBA的能耗逐漸增加。這是由于隨著負載的增大，需要開啟的工作波長數(shù)增加，從而導(dǎo)致能耗的增加。

圖3 不同算法的節(jié)能性能對比Fig.3 Energy saving performance of different algorithms

圖3a是3種節(jié)能算法在對稱業(yè)務(wù)場景下的節(jié)能性能對比，可以看出，3種節(jié)能算法的節(jié)能性能差異并不明顯，OESQ的性能略優(yōu)。這是因為上下行業(yè)務(wù)負載相同，采用收發(fā)機獨立睡眠的OESQ和不采用收發(fā)機獨立睡眠的EWA和DWBA開啟的收發(fā)機數(shù)目基本相同，從而導(dǎo)致相同的能耗水平。

1.3.2 SOP培訓(xùn)法 每月由護士長或培訓(xùn)教師按SOP教材統(tǒng)一培訓(xùn)1次，帶教老師及培訓(xùn)學(xué)員均必須嚴格按SOP要求在臨床工作中教學(xué)及操作，并有護士長及培訓(xùn)教師進行監(jiān)督。

圖3b和圖3c是3種節(jié)能算法在上下行負載比例分別為2∶3和1∶4的非對稱業(yè)務(wù)場景下的節(jié)能性能對比圖?？梢钥闯觯珽WA和DWBA的節(jié)能性能基本沒有變化，而OESQ的節(jié)能性能顯著提升，這是由于當下行負載大于上行負載的時候，OLT可以開啟更少數(shù)目的接收機，而不采用收發(fā)機獨立睡眠的EWA和DWBA會開啟和發(fā)射機數(shù)目相同的接收機。由于OESQ能根據(jù)上下行業(yè)務(wù)需要獨立地開啟發(fā)射機數(shù)目，使其具有更低的能耗水平。對比圖3b和圖3c可以發(fā)現(xiàn)，上下行負載越不對稱，OESQ節(jié)能性能越好?？紤]到現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)場景中，上下行業(yè)務(wù)通常具有明顯的非對稱性，故相較于EWA和DWBA，所提OESQ具有更好的節(jié)能性能和現(xiàn)實意義。

此外需要指出的是，隨著負載增大，3種算法的能耗百分比變化趨勢并不平滑。這是由于能耗和開啟收發(fā)機數(shù)目相關(guān)，當負載增大0.1/(104數(shù)據(jù)包·s-1·ONU-1)，若需要開啟的收發(fā)機平均數(shù)目基本不變，則能耗百分比變化趨勢相對緩慢；若需要開啟的收發(fā)機更多，則能耗百分比變化趨勢將陡增。另外在某些負載下，OESQ，EWA和DWBA能耗水平相同，這是由于此時OLT需要開啟的發(fā)射機和接收機數(shù)目基本相同。

圖4是3種節(jié)能算法的時延性能對比圖?？梢姡诘拓撦d情況下，3種節(jié)能算法的各類業(yè)務(wù)時延基本滿足時延要求。但隨著負載持續(xù)增大，3種節(jié)能算法的業(yè)務(wù)時延均在某些負載點陡增。這是由于系統(tǒng)負載飽和，其傳輸能力有限，以致不能及時收發(fā)數(shù)據(jù)，因此，必然導(dǎo)致業(yè)務(wù)超出時延要求的情況發(fā)生。

圖4a中，OESQ的EF業(yè)務(wù)時延性能最優(yōu)，這是由于OESQ對業(yè)務(wù)進行區(qū)分，并依照首先保證EF業(yè)務(wù)時延盡可能低的機制進行帶寬分配。EWA對3種業(yè)務(wù)始終保證本周期內(nèi)發(fā)送，因此，其EF業(yè)務(wù)時延性能僅略差于OESQ。而DWBA的EF業(yè)務(wù)平均包時延明顯大于OESQ和EWA，這是由于DWBA對3種業(yè)務(wù)采取的是將其存放在緩存中，并在EF業(yè)務(wù)時延即將超出其時延要求前發(fā)送的機制。值得注意的是，隨著業(yè)務(wù)負載逐漸飽和，3種算法的EF業(yè)務(wù)時延先后超出了時延要求5 ms。但OESQ直到業(yè)務(wù)負載超過1.7/(104數(shù)據(jù)包·s-1·ONU-1)時才不滿足時延要求，而對比算法的業(yè)務(wù)負載達到1.5/(104數(shù)據(jù)包·s-1·ONU-1)左右，時延迅速上升超出了時延要求并導(dǎo)致堵塞?？梢娝崴惴ㄏ噍^對比算法，可以最大程度地保證EF業(yè)務(wù)的時延性能。

圖4 不同算法的平均包時延對比Fig.4 Average packet delay of different algorithms

圖4b中，EWA的AF業(yè)務(wù)時延性能最優(yōu)，這是由于EWA保證所有類型業(yè)務(wù)都盡可能在本周期內(nèi)發(fā)送。而OESQ和DWBA的AF業(yè)務(wù)始終控制在即將超出時延要求前發(fā)送，故兩者的AF業(yè)務(wù)隨負載增大的變化趨勢基本相同。圖4c中，EWA的BE業(yè)務(wù)時延性能仍然最優(yōu)，DWBA次之，OESQ最差。這是因為EWA的BE業(yè)務(wù)采取的是盡可能在本周期內(nèi)發(fā)送的機制，DWBA不進行業(yè)務(wù)區(qū)分，采取的是統(tǒng)一控制在5 ms內(nèi)發(fā)送時延的機制，而OESQ對BE業(yè)務(wù)采取的是控制在20 ms內(nèi)發(fā)送的機制，從而保證了其盡管時延更大，但仍滿足業(yè)務(wù)QoS的要求。

總的來說，OESQ在基本保證AF和BE業(yè)務(wù)時延要求的前提下，通過犧牲AF和BE業(yè)務(wù)的時延性能來換取EF業(yè)務(wù)的時延性能的提升，這是OESQ相較于EWA和DWBA的創(chuàng)新所在。考慮現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)場景中，EF業(yè)務(wù)對時延極其敏感，而AF和BE業(yè)務(wù)相對較不敏感的特性，故選擇OESQ作為節(jié)能算法更具現(xiàn)實意義，且對網(wǎng)絡(luò)節(jié)能性能和時延性能改善明顯。

4 結(jié)束語

通過研究時分波分無源光網(wǎng)絡(luò)中ONU的獨立睡眠節(jié)能算法，提出了一種支持OLT收發(fā)機獨立睡眠且考慮業(yè)務(wù)QoS的OLT節(jié)能算法(OESQ)，使得在保證EF業(yè)務(wù)時延性能優(yōu)越以及AF和BE業(yè)務(wù)滿足其時延要求的前提下，OLT的發(fā)射機和接收機獨立地開啟或關(guān)閉，從而最大化地降低了OLT的能耗。通過仿真分析，相比于其他節(jié)能算法，OESQ在非對稱業(yè)務(wù)的場景下表現(xiàn)出優(yōu)越的節(jié)能性能，并隨著上下行業(yè)務(wù)負載差異的變大，節(jié)能性能隨之進一步提升。而在時延方面，盡可能減小EF業(yè)務(wù)時延，并保證AF和BE業(yè)務(wù)在超出時延要求前發(fā)送，可以在最大化降低OLT能耗的同時，滿足業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的要求。

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(編輯：王敏琦)

Energy saving algorithm for optical line terminal considering quality of service

XIONG Yu, LIU Chuanbo, SUN Peng

(Key Laboratory of Optical Communication and Networks, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065, P.R.China)

To solve effectively the degradation of service delay caused by energy saving algorithms in time and wavelength division multiplexed passive optical network(TWDM-PON), an energy saving algorithm for optical line terminal(OLT) considering QoS is proposed. Through establishing a new energy consumption model for the OLT, the aim of shutting down receivers and transmitters independently is achieved. Thus the energy consumption of the OLT can be minimized under asymmetric service environment. Simultaneously, the QoS is guaranteed by distinguishing various services, adjusting the size of polling cycles and changing the number of transceivers. Simulation results verify that the proposed algorithm can maximally reduce the energy consumption of the OLT in TWDM-PON on the premise of guaranteeing the QoS.

time and wavelength division multiplexed passive optical network(TWDM-PON); optical line terminal(OLT); independent sleep; quality of service(QoS); energy saving; service delay

10.3979/j.issn.1673-825X.2017.02.011

2015-09-22

2016-05-31 通訊作者：劉川菠 liuchuanbo2013@163.com

國家自然科學(xué)基金(61401052)；重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項目(KJ1400418, KJ1500445)；重慶郵電大學(xué)博士啟動基金(A2015-09)

Foundation Items：The National Natural Science Foundation of China(61401052)；The Science and Technology Research Project of Chongqing Municipal Education Commission(KJ1400418, KJ1500445)；The Doctoral Fund of Chongqing University of Posts and Telecommunications(A2015-09)

TN915

A

1673-825X(2017)02-0208-08

熊 余(1982-)，男，四川資中人，博士，重慶郵電大學(xué)副研究員，主要研究方向為下一代光網(wǎng)絡(luò)及新型無源光接入網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量控制和綠色節(jié)能技術(shù)。E-mail: xiongyu@cqupt.edu.cn。

劉川菠(1989-)，男，重慶榮昌人，在讀碩士研究生，主要研究方向為無源光網(wǎng)絡(luò)的綠色節(jié)能技術(shù)研究。E-mail: liuchuanbo2013@163.com。

孫 鵬(1990-)，男，安徽淮北人，在讀碩士研究生，主要研究方向為無源光網(wǎng)絡(luò)的生存性研究。E-mail：sunpeng19900531@163.com。