新一代綠色TWDM-PON關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)以及環(huán)境問題已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，由此引發(fā)了一系列生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、政治和社會(huì)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(zhǎng)。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(guó)政府、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和用戶公認(rèn)的必由之路。綠色網(wǎng)絡(luò)的概念應(yīng)運(yùn)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(gè)通信網(wǎng)絡(luò)能耗中占據(jù)了相當(dāng)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(diǎn)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(shí)分復(fù)用和波分復(fù)用的無(wú)源光網(wǎng)（TWDM-PON）同時(shí)結(jié)合時(shí)分復(fù)用和波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)，同年將TWDM-PON被確定作為NG-PON2標(biāo)準(zhǔn)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(lái)推動(dòng)綠色TWDM-PON系統(tǒng)的完善和發(fā)展。本論文針對(duì)TWDM-PON綠色方案的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了ONU遷移機(jī)制、波長(zhǎng)重定位機(jī)制以及ONU動(dòng)態(tài)節(jié)能分組三種節(jié)能方案來(lái)實(shí)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(gè)方面的工作：
　　1. TWDM-PON系統(tǒng)中ONU遷移機(jī)制。
　　首先分析了目前無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綠色方案。針對(duì)新一代基于TWDM技術(shù)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，我們

4、利用TWDM-PON網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具備了時(shí)分復(fù)用和波分復(fù)用的特點(diǎn)，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(zhǎng)間的遷移機(jī)制。它具備如下幾個(gè)特點(diǎn)：
　　1）通過 ONU在TWDM-PON系統(tǒng)中不同波長(zhǎng)間的遷移，可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中工作的波長(zhǎng)數(shù)保持在最低值，從而實(shí)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(jī)制，其實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，可以復(fù)用當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)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(jī)制的關(guān)鍵參數(shù)配置靈活。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)ONU網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)實(shí)際狀況，在兼顧服務(wù)水平協(xié)議的要求的同時(shí)，選擇對(duì) ONU遷移機(jī)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(zhǎng)重定位機(jī)制
　　Multiple PON系統(tǒng)的基本架構(gòu)包含一個(gè)OLT和多個(gè)PON，其最大的特點(diǎn)是具備高度的可擴(kuò)展性以及在多個(gè)PON間高度的交互性。因此，可以在多個(gè)PON間實(shí)現(xiàn)資源的共享，如波長(zhǎng)和帶寬等。

6、我們進(jìn)一步提出了基于TWDM技術(shù)的Multiple PON的結(jié)構(gòu)。我們重點(diǎn)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(zhǎng)重定位機(jī)制（Wavelength Relocation）：
　　1）通過波長(zhǎng)在不同PON間的重定位機(jī)制（Wavelength Relocation），可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)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(shí)期，可以通過共享波長(zhǎng)和收

7、發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目的。
　　2）通過波長(zhǎng)重定位機(jī)制，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)以及相應(yīng)的收發(fā)器在不同PON間的共享，不僅實(shí)現(xiàn)節(jié)能，還可以進(jìn)一步降低整個(gè)Multiple PON系統(tǒng)的硬件配置成本。如OLT端的收發(fā)器，無(wú)需根據(jù)所有PON系統(tǒng)的高峰容量進(jìn)行滿載配置。因此，波長(zhǎng)重定位機(jī)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(dòng)TWDM Multiple PON系統(tǒng)的綠色化發(fā)展。
　　3）波長(zhǎng)重定位機(jī)制實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，主要通過復(fù)用當(dāng)前

8、標(biāo)準(zhǔn)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(wú)源AWGR來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　3. TWDM-PON系統(tǒng)ONU動(dòng)態(tài)分組節(jié)能機(jī)制
　　由于無(wú)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(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和全球網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)此進(jìn)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(bào)道的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ONU綠色方案，并嘗試對(duì)其進(jìn)行分析和歸納。在此基礎(chǔ)上，我們實(shí)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(shí)分復(fù)用相結(jié)合的特點(diǎn)，提出了ONU動(dòng)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(gè)或者某幾個(gè)的波長(zhǎng)上進(jìn)行動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)能效果。
　　2）通過靈活定義的動(dòng)態(tài)節(jié)能工作組的進(jìn)入和退出條件，動(dòng)態(tài)節(jié)能分組機(jī)制可以實(shí)時(shí)適應(yīng)TWDM-PON系統(tǒng)中ONU的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，在通過ONU休眠來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，兼顧了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能