新一代綠色TWDM-PON關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、日益嚴峻的能源危機以及環(huán)境問題已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點，由此引發(fā)了一系列生態(tài)、經(jīng)濟、政治和社會議題的討論。隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的激增和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)的能耗正以每年15％~20%的速度在增長。因此，提高能源的利用效率，減少通信網(wǎng)絡(luò)的能源消耗已經(jīng)成為各國政府、網(wǎng)絡(luò)運營商和用戶公認的必由之路。綠色網(wǎng)絡(luò)的概念應(yīng)運而生。接入網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)重要組成部分，擁有巨大的設(shè)備數(shù)量，其能耗在整個通信網(wǎng)絡(luò)能耗中占據(jù)了相當大的比例。因此，降低接入網(wǎng)的能耗

2、是發(fā)展綠色網(wǎng)絡(luò)的重點之一。在高速接入網(wǎng)中，PON技術(shù)由于快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用奠定了它的關(guān)鍵地位。其中，基于時分復(fù)用和波分復(fù)用的無源光網(wǎng)（TWDM-PON）同時結(jié)合時分復(fù)用和波分復(fù)用的優(yōu)點，大規(guī)模提高了接入網(wǎng)的傳輸容量。并且它可以和目前已經(jīng)廣泛部署的光纖分布式網(wǎng)絡(luò)共存。鑒于此，ITU/FSAN在2012年開始研究制定NG-PON2的標準，同年將TWDM-PON被確定作為NG-PON2標準的主要方案。
　　本論文旨在通過提高TWDM-P

3、ON能源利用效率，優(yōu)化并減少硬件配置來推動綠色TWDM-PON系統(tǒng)的完善和發(fā)展。本論文針對TWDM-PON綠色方案的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，提出了ONU遷移機制、波長重定位機制以及ONU動態(tài)節(jié)能分組三種節(jié)能方案來實現(xiàn)降低系統(tǒng)能耗以及優(yōu)化和減少硬件配置。具體而言，完成了以下幾個方面的工作：
　　1. TWDM-PON系統(tǒng)中ONU遷移機制。
　　首先分析了目前無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綠色方案。針對新一代基于TWDM技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)，我們

4、利用TWDM-PON網(wǎng)絡(luò)同時具備了時分復(fù)用和波分復(fù)用的特點，通過分析網(wǎng)絡(luò)用戶的在線模型，提出了新穎的ONU用戶在不同波長間的遷移機制。它具備如下幾個特點：
　　1）通過 ONU在TWDM-PON系統(tǒng)中不同波長間的遷移，可以實時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中工作的波長數(shù)保持在最低值，從而實現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能耗的目的。
　　2）TWDM-PON系統(tǒng)間ONU遷移機制，其實現(xiàn)方式簡單，可以復(fù)用當前標準中定義且已經(jīng)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵消息和命令等。
　

5、　3）ONU遷移機制的關(guān)鍵參數(shù)配置靈活。網(wǎng)絡(luò)運營商可以根據(jù)ONU網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)實際狀況，在兼顧服務(wù)水平協(xié)議的要求的同時，選擇對 ONU遷移機制的關(guān)鍵參數(shù)的配置，如遷移間隔等。
　　2.基于TWDM Multiple PON系統(tǒng)的波長重定位機制
　　Multiple PON系統(tǒng)的基本架構(gòu)包含一個OLT和多個PON，其最大的特點是具備高度的可擴展性以及在多個PON間高度的交互性。因此，可以在多個PON間實現(xiàn)資源的共享，如波長和帶寬等。

6、我們進一步提出了基于TWDM技術(shù)的Multiple PON的結(jié)構(gòu)。我們重點研究了基于TWDM Multiple PON系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和綠色方案。在此基礎(chǔ)上，我們提出了具有創(chuàng)新性的波長重定位機制（Wavelength Relocation）：
　　1）通過波長在不同PON間的重定位機制（Wavelength Relocation），可以實現(xiàn)波長以及相應(yīng)的收發(fā)器在不同PON間的共享。在網(wǎng)絡(luò)整體業(yè)務(wù)量處于非高峰時期，可以通過共享波長和收

7、發(fā)器來實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目的。
　　2）通過波長重定位機制，實現(xiàn)波長以及相應(yīng)的收發(fā)器在不同PON間的共享，不僅實現(xiàn)節(jié)能，還可以進一步降低整個Multiple PON系統(tǒng)的硬件配置成本。如OLT端的收發(fā)器，無需根據(jù)所有PON系統(tǒng)的高峰容量進行滿載配置。因此，波長重定位機制可以在降低系統(tǒng)能耗以及減少系統(tǒng)硬件資源配置兩方面大大推動TWDM Multiple PON系統(tǒng)的綠色化發(fā)展。
　　3）波長重定位機制實現(xiàn)方式簡單，主要通過復(fù)用當前

8、標準中定義且已經(jīng)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵消息和命令等以及無源AWGR來實現(xiàn)。
　　3. TWDM-PON系統(tǒng)ONU動態(tài)分組節(jié)能機制
　　由于無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的ONU數(shù)量巨大，因此ONU的能耗獲得了廣泛的關(guān)注。眾多學術(shù)機構(gòu)和全球網(wǎng)絡(luò)運營商對此進行了深入研究，提出了大量的節(jié)能方案。我們綜述了廣泛報道的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ONU綠色方案，并嘗試對其進行分析和歸納。在此基礎(chǔ)上，我們實現(xiàn)的創(chuàng)新性工作主要包括：
　　1）綜合利用TWDM-PON

9、系統(tǒng)波分復(fù)用和時分復(fù)用相結(jié)合的特點，提出了ONU動態(tài)節(jié)能分組的節(jié)能方案。其核心思想是，將具有類似網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型的ONU遷移至某一個或者某幾個的波長上進行動態(tài)編組。不同的ONU分組根據(jù)各自的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型選擇與之相應(yīng)的節(jié)能方案來實現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)能效果。
　　2）通過靈活定義的動態(tài)節(jié)能工作組的進入和退出條件，動態(tài)節(jié)能分組機制可以實時適應(yīng)TWDM-PON系統(tǒng)中ONU的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)動態(tài)變化的特點，在通過ONU休眠來實現(xiàn)節(jié)能的同時，兼顧了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能