1Abstract— Among the devices that b

1
Abstract— Among the devices that build a communications
network, customer premises equipment are the ones that consume
the larger quantity of energy per transmitted bit. Some studies
have shown that optical access networks have a high energy
saving potential due to the utilization of less power-demanding
optical equipment. In this paper the ongoing efforts toward
decreasing the energy consumption of optical interfaces utilized in
optical access networks are first overviewed. Then the proposed
protocols capable of reducing the energy consumption of optical
access networks are reviewed. Finally the advantages and
challenges of implementing dynamic power saving techniques for
ONUs (e.g., switching to sleep-mode) are analytically and
experimentally shown. Results show that a reduction up to 60%
of the energy required by ONUs can be achieved with limited
average delay increase.
Index Terms— TDM-PON; sleep mode; synchronization; clock
recovery; power and energy consumption.
I. INTRODUCTION
REEN THINKING” is rising in the communications
network area. We are currently witnessing a growing,
conscientious effort to develop energy-efficient
“green” communication network architectures and protocols. It
is estimated that all information and communication
technology (ICT) related activities contribute to up to 10% of
global carbon footprint today. However, the explosive growth
in bandwidth, storage, and processing demands are expected to
continuously increase the energy consumed by ICT
infrastructure [1].
Significant efforts and progresses have already been made
to meet the green communication challenge based on actual
traffic demand. An important approach to reduce energy
consumption is to use as alternatives or in combination sleep
mode and power saving mode in network nodes. The set up of
This work was supported in part by the U. S. National Science Foundation
(NSF) under Grant no. 0627085, Brazilian National Council for Scientific
and Technology Development (CNPq), and OPNET university program.
S.-W. Wong, S.-H. Yen, and L. G. Kazovsky are with the Electrical
Engineering Department, Stanford University, Stanford, CA 94305 USA (email:
[e-mail]; [e-mail]; [e-mail]).
L. Valcarenghi, P. R. Raponi, and P. Castoldi are with Center of
Excellence for Information and Communications Engineering, Scuola
Superiore Sant’Anna, Pisa, Italy, (e-mail: [e-mail];
[e-mail]; [e-mail]).
D. Campelo is with the Electrical Engineering Department, University of
Brasilia, Brasilia, Brazil (email: [e-mail]).
S. Yamashita is with Network Systems Laboratories, Photonics Lab.,
Fujitsu Laboratories Ltd., Atsugi, Japan. (email: [e-mail]).
IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet Task Force and the
recent approval of the IEEE Std 802.3az-2010, for example,
exemplifies an industry effort to lower energy consumption in
copper based Ethernet links [2] using sleep or power save
mode. Depending on the rates of the links, 802.3az reduces
link power by either putting into the system into sleep mode
(as for 100 Mb/s or 1 Gb/s rates) or slower rates (as for 10
Gb/s rates).
This paper addresses another important energy bottleneck in
fixed communication networks, which is the fiber access
network. Fiber access network, such as passive optical network
(PON), is expected to connect hundreds of millions of
residential and business users to broadband services. As a
result, PONs will contribute a significant portion (about 70%
today [3]) to the fixed communications network energy
consumption. Indeed, although individual energy consumption
by an aggregation or backbone device is still far greater than
the one by ONU and OLT, this estimate reflects the greater
aggregate contribution by large number of ONUs and OLTs.
Moreover, within a PON, most of the energy per bit
consumed takes place in the user terminals called optical
network unit (ONU) or optical network terminal (ONT) [4].
This is due not only to the ratio between the number of OLTs
and ONUs installed (e.g., 1:16) but also to the lower traffic
aggregation at the ONU. That is, even though the ONU
requires slightly less energy than the OLT when on, the ONU
handles, on average, far less traffic than the OLT.
Therefore, industry and academia have both begun to
investigate ONU power saving techniques to effectively lower
PON energy consumption. So far, the investigations converge
toward either an ONU deep sleep mode approach or dozing
mode approach. However, the former approach puts ONU into
lower power consumption states only during fairly long
inactive period and the second approach mandates the
downstream channel to remain operational. On the other hand,
a dynamic ONU power save technique can allow power saving
during active ONU periods, i.e. during ONU regular
operational activity.
This paper first reviews ONU power save approaches and
current initiatives by standard bodies, industry, and academia
Then it identifies the challenges to employ the novel dynamic
ONU power saving technique. Finally it presents dynamic
ONU power saving technique evaluation: both simulation
results and a testbed demonstrator are presented. The
implications of this study and opportunities for future research
are then discussed.
Energy Efficiency in Optical Access Networks
Luca Valcarenghi, Shing-Wa Wong, Divanilson R. Campelo, She-Hwa Yen, Shinji Yamashita, Pier
Giorgio Raponi, Leonid Kazovsky, and Piero Castoldi
“G
2
II. ONU POWER SAVING TECHNIQUES AND INITIATIVES
Fig. 1 shows a common tree-based PON topology. All
transmissions in PON occur between the optical line terminal
(OLT) and the ONU. In the downstream direction, traffic is
sent over a point-to-multi-point connection from one OLT to
many ONUs. In the upstream direction, traffic is sent from
many ONUs to one OLT in a multi-point-to-point fashion.
Currently, PONs are time division multiplexed (TDM) and the
upstream traffic is arbitrated by the OLT through the dynamic
bandwidth allocation (DBA) process. DBA uses grant message
from OLT to allocate upstream time slots to ONU, and ONU
provides the OLT with the state of its upstream buffer by using
report message. DBA relies on precise synchronized timing
among all ONUs to avoid upstream collision. To achieve and
maintain synchronization, ONUs continuously extract OLT
clock from downstream traffic or idle frames.
A. Overview of ONU Power Saving Techniques
The common objective of all ONU power save techniques is
to put ONU into lower power states. ITU-T G.sup 45 Gigabit
capable PON (GPON) power conservation standard [5]
categorizes the power saving states into three categories:
power shedding, dozing, and sleeping. The approaches mainly
differ in the behavior of the ONU transmitter and receiver. In
general, the ONU transmitter is already burst-mode capable,
i.e. it can turn on and off quickly during idle time slots to
avoid adding noise contribution to the other ONU upstream
data. On the other hand, turning ONU receiver on and off is far
more challenging because the operation will require
synchronization overhead to recover the clock from
downstream data.
During lower power states, the ONU also faces the choice to
select what part of functions and services to turn off. In the
power shedding mode, used when the ONU operates under
battery power, the ONU powers off or reduces the power to
non-essential part of functions and services only. In the dozing
mode, the ONU keeps all the downstream functions
operational but turns off the transmitter and ignores OLT DBA
bandwidth request when ONU does not have upstream traffic
to send. In the sleeping mode, on the other hand, the ONU
turns off virtually all the functions and services to gain the
greatest power saving potentials. G.sup 45 further divides
sleeping mode into two sub-categories: deep sleep and fast
sleep. In deep sleep mode, all ONU functions are turned off
and any incoming downstream or upstream traffic is lost. In
fast sleep mode the ONU maintains the timing (free-running
and not synchronized to OLT) and traffic detection functions
to maintain the ability to wake up from the sleep mode
whenever new traffic arrives. During the transitional wake up
time, the OLT would buffer the downstream traffic until ONU
is fully awake. Table 1 summarizes the key differences among
these approaches. In the table a new mode is referred to as
dynamic power save. In the dynamic power save mode, the
ONU shares similar transmitter and receiver behavior to the
dozing mode but the operations of the ONU functions and
services are more similar to the fast sleep mode. Details of the
dynamic power save technique will be explained later in this
paper.
B. Standards and Industry
G.sup45 considers a number of practical issues to
incorporate one or more of the proposed ONU power saving
techniques in the operators’ networks. For example, telcos are
required to maintain E911 service regardless of operating
ONU states. As a result, modifications are necessary, for
example, to ensure that the life-line service remains available
during deep sleep.
G.sup 45 also notes the impact of the proposed power
saving techniques to existing specifications. In particular,
distinctions are made between techniques that will require or
avoid changes at the GPON transmission convergence (GTC)
layer. GPON GTC frames have very low latency and are
transmitted every 125µs. The techniques mentioned in section
A will either embed controls in the low latency operation and
maintenance (OAM) message or in the physical layer OAM
(PLAOM) field. The controls will correspond to either a
mapped or dedicated field(s) in the header of a GTC frame.
Therefore, changes at the GTC layer would require hardware
level modifications. On the other hand, some techniques can
use control messages with more relaxed timing requirement.
For example, to implement deep sleep mode in GPON it is
sufficient using ONT management and control interface
(OMCI); OMCI changes require f

Kết quả (Việt) 1:

1Tóm tắt — trong số các thiết bị xây dựng một truyền thôngmạng, các khách hàng cơ sở thiết bị là những người tiêu thụsố lượng lớn hơn một chút lây qua năng lượng. Một số nghiên cứuđã chỉ ra rằng quang học truy cập mạng có năng lượng caotiết kiệm tiềm năng do việc sử dụng ít đòi hỏi sức mạnhthiết bị quang học. Trong nỗ lực liên tục hướng tới giấygiảm tiêu thụ năng lượng của quang học giao diện sử dụng trongquang học truy cập mạng lần đầu tiên được overviewed. Sau đó các đề xuấtgiao thức có khả năng giảm tiêu thụ năng lượng của quang họctruy cập mạng được xem xét. Cuối cùng những lợi thế vànhững thách thức của việc thực hiện quyền lực năng động kỹ thuật cho tiết kiệmONUs (ví dụ như, chuyển sang chế độ ngủ) phân tích vàthử nghiệm Hiển thị. Kết quả cho thấy rằng một sự giảm 60%năng lượng theo yêu cầu của ONUs có thể đạt được với giới hạnsự chậm trễ trung bình tăng.Chỉ số điều khoản — TDM-PON; chế độ ngủ; đồng bộ hóa; đồng hồphục hồi; sức mạnh và năng lượng tiêu thụ.I. GIỚI THIỆUNgày càng tăng REEN suy nghĩ"trong các thông tin liên lạcmạng. Chúng tôi hiện đang chứng kiến một ngày càng tăng,các nỗ lực tận tâm để phát triển năng lượng hiệu quả"xanh" giao tiếp mạng kiến trúc và giao thức. Nóngười ta ước tính rằng tất cả thông tin và truyền thôngcông nghệ (ICT) liên quan đến hoạt động đóng góp vào lên đến 10%bon toàn cầu dấu chân ngày hôm nay. Tuy nhiên, sự phát triển bùng nổtrong băng thông, lưu trữ, và xử lý các nhu cầu dự kiến sẽliên tục tăng năng lượng tiêu thụ bởi ICTcơ sở hạ tầng [1].Những nỗ lực đáng kể và tiến đã được thực hiệnđể đáp ứng những thách thức màu xanh lá cây truyền thông dựa trên thực tếnhu cầu giao thông. Một phương pháp tiếp cận quan trọng để giảm năng lượngtiêu thụ là sử dụng như là lựa chọn thay thế hoặc sự kết hợp ngủchế độ và sức mạnh chế độ tiết kiệm trong nút mạng. Thiết lập củaCông việc này đã được hỗ trợ một phần bởi Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ(NSF) theo cấp số 0627085, hội đồng quốc gia Brazil cho khoa họcvà chương trình đại học công nghệ phát triển (CNPq), và OPNET.S. W. Wong, S.-H. Yên, và L. G. Kazovsky có điệnCục kỹ thuật, đại học Stanford, Stanford, CA 94305 Mỹ (email:[e-mail]; [e-mail]; [e-mail]).L. Valcarenghi, P. R. Raponi và P. Castoldi là với các trung tâm củaXuất sắc cho các thông tin và kỹ thuật truyền thông, ScuolaSuperiore Sant'Anna, Pisa, ý, (thư điện tử: [e-mail];[e-mail]; [e-mail]).Mất Campelo là với bộ phận kỹ thuật điện, đại họcBrasilia, Brasilia, Bra-xin (email: [e-mail]).S. Yamashita là với mạng hệ thống phòng thí nghiệm, Phòng thí nghiệm Photonics.,Fujitsu phòng thí nghiệm Ltd., Atsugi, Nhật bản. (email: [e-mail]).IEEE 802.3az năng lượng hiệu quả Ethernet nhiệm vụ buộc và cáctại chấp thuận của IEEE Std 802.3az-2010, ví dụ,exemplifies một nỗ lực của ngành công nghiệp để giảm tiêu thụ năng lượng trongđồng dựa Ethernet liên kết [2] bằng cách sử dụng ngủ hoặc tiết kiệm pinchế độ. Tùy thuộc vào mức giá của các liên kết, 802.3az làm giảmliên kết sức mạnh bởi hoặc là đưa vào hệ thống vào chế độ ngủ(đối với 100 Mb/s hay 1 Gb/s tỷ lệ) hoặc chậm hơn tỷ giá (đối với 10Tỷ giá GB/s).Bài báo này địa chỉ một nút cổ chai năng lượng quan trọng trongcố định giao tiếp mạng, trong đó là truy cập sợimạng. Sợi truy cập mạng, ví dụ như mạng quang học thụ động(PON), dự kiến sẽ kết nối hàng trăm triệukhu dân cư và kinh doanh người dùng dịch vụ băng thông rộng. Như mộtkết quả, PONs sẽ đóng góp phần lớn (khoảng 70%hôm nay [3]) đến năng lượng mạng truyền thông cố địnhtiêu thụ. Thật vậy, mặc dù tiêu thụ năng lượng cá nhânbởi một tập hợp hoặc xương sống thiết bị vẫn còn đến nay lớn hơnmột bởi ONU và OLT, ước tính này phản ánh lớn hơnđóng góp tổng hợp bởi số lượng lớn ONUs và OLTs.Hơn nữa, trong vòng một PON, đa số năng lượng cho một chúttiêu thụ diễn ra trong các thiết bị đầu cuối người dùng gọi là quang họcmạng đơn vị (ONU) hoặc quang học mạng thiết bị đầu cuối (ONT) [4].Điều này là do không chỉ để tỷ lệ giữa số lượng OLTsvà ONUs cài đặt (ví dụ như, 1:16) mà còn để lưu lượng truy cập thấptập hợp tại ONU. Đó là, mặc dù ONUđòi hỏi một chút ít năng lượng hơn so với OLT khi baät, ONUxử lý, Trung bình, ít lưu lượng truy cập hơn OLT.Vì vậy, ngành công nghiệp và học viện có cả hai bắt đầuđiều tra ONU tiết kiệm năng lượng kỹ thuật để có hiệu quả giảmPON tiêu thụ năng lượng. Cho đến nay, điều tra các hội tụĐối với một một ONU sâu ngủ chế độ phương pháp tiếp cận hoặc dozingchế độ phương pháp tiếp cận. Tuy nhiên, các phương pháp cũ đặt ONU vàothấp hơn điện tiêu thụ kỳ chỉ trong khá lâukhoảng thời gian không hoạt động và thứ hai nhiệm vụ tiếp cận cáchạ nguồn kênh để duy trì hoạt động. Mặt khácmột sức mạnh ONU động tiết kiệm kỹ thuật có thể cho phép tiết kiệm năng lượngtrong thời kỳ ONU hoạt động, ví dụ trong ONU thường xuyênhoạt động hoạt động.Bài báo này lần đầu tiên giá tiết kiệm phương pháp tiếp cận ONU pin vàCác sáng kiến hiện tại bởi cơ quan tiêu chuẩn, công nghiệp và học việnSau đó nó xác định những thách thức để sử dụng tiểu thuyết năng độngKỹ thuật tiết kiệm năng lượng ONU. Cuối cùng nó thể hiện năng độngTiết kiệm kỹ thuật đánh giá năng lượng ONU: cả hai mô phỏngkết quả và một mẫu thao diễn thử nghiệm được trình bày. Cácý nghĩa của nghiên cứu này và cơ hội cho các nghiên cứu trong tương laisau đó được thảo luận.Năng lượng hiệu quả trong quang học truy cập mạngLuca Valcarenghi, Shing-Wa Wong, Divanilson R. Campelo, cô-Hwa yên, Shinji Yamashita, PierGiorgio Raponi, Leonid Kazovsky và Piero Castoldi"G2II. ONU TIẾT KIỆM KỸ THUẬT VÀ SÁNG KIẾN NĂNG LƯỢNGHình 1 cho thấy một phổ biến dựa trên cây PON topo. Tất cảtruyền trong PON xảy ra giữa dòng quang thiết bị đầu cuối(OLT) và ONU. Theo hướng về phía hạ lưu, lưu lượng truy cập làđược gửi trên một kết nối điểm-tới-đa-điểm từ một OLT đểONUs nhiều. Theo hướng đường truyền tải lên, lưu lượng truy cập được gửi từnhiều ONUs để một OLT trong một thời trang multi-point-to-point.Hiện tại, PONs có thời gian phân chia multiplexed (TDM) và cácthượng lưu lưu lượng truy cập arbitrated bởi OLT thông qua năng độngquá trình phân bổ (DBA) băng thông. DBA sử dụng tin nhắn granttừ OLT cấp phát khe ngược dòng thời gian ONU, và ONUcung cấp OLT với nhà nước của bộ đệm thượng nguồn của nó bằng cách sử dụngbáo cáo thư. DBA dựa vào chính xác thời gian đồng bộtrong số tất cả ONUs để tránh va chạm đường truyền tải lên. Để đạt được vàduy trì đồng bộ hóa, ONUs liên tục giải nén OLTđồng hồ từ hạ nguồn lưu lượng truy cập hoặc khung nhàn rỗi.A. Tổng quan về các kỹ thuật tiết kiệm ONU điệnMục tiêu phổ biến của tất cả các quyền lực ONU lưu kỹ thuậtđể đặt ONU vào thấp sức mạnh kỳ. ITU-T G.sup 45 Gigabitcó khả năng PON (GPON) năng lượng bảo tồn tiêu chuẩn [5]phân loại quyền lực tiết kiệm kỳ thành ba loại:điện shedding, dozing, và ngủ. Các phương pháp tiếp cận chủ yếukhác biệt trong hành vi của ONU truyền và nhận. Ởnói chung, ONU phát nổ-chế độ hiện đang có khả năng,tức là nó có thể bật và tắt một cách nhanh chóng trong thời gian nhàn rỗi khe đểtránh thêm tiếng ồn đóng góp vào ONU khác ngược dòngdữ liệu. Mặt khác, biến ONU nhận và tắt là đến naynhiều khó khăn bởi vì các hoạt động sẽ yêu cầuđồng bộ hóa trên cao để khôi phục lại đồng hồ từhạ lưu dữ liệu.Trong thấp sức mạnh kỳ, ONU cũng đối mặt với sự lựa chọn đểchọn những gì một phần của chức năng và dịch vụ để tắt. Trong cácquyền lực đổ chế độ, được sử dụng khi ONU hoạt động theopin, ONU quyền hạn ra hoặc làm giảm sức mạnh đểkhông cần thiết là một phần của chức năng và dịch vụ chỉ. Trong các dozingchế độ, ONU giữ tất cả các chức năng hạ lưuhoạt động nhưng tắt các truyãön và bỏ qua OLT DBAyêu cầu băng thông khi ONU không có thượng nguồn lưu lượng truy cậpđể gửi. Ở chế độ ngủ, mặt khác, ONUtắt hầu như tất cả các chức năng và dịch vụ để đạt được cáctiết kiệm tiềm năng năng lượng lớn nhất. G.SUP 45 tiếp tục phân chiangủ chế độ vào hai tiểu mục: giấc ngủ sâu và nhanhngủ. Ở chế độ ngủ sâu, tất cả ONU chức năng bị tắtvà bất kỳ đến hạ lưu hoặc thượng nguồn lưu lượng truy cập là bị mất. Ởchế độ ngủ nhanh ONU duy trì thời gian (miễn phí-chạyvà không đồng bộ hóa với OLT) và lưu lượng truy cập phát hiện chức năngđể duy trì khả năng thức dậy từ chế độ ngủbất cứ khi nào mới lưu lượng truy cập đến. Trong sự trỗi dậy chuyển tiếp lênthời gian, OLT nào đệm hạ nguồn lưu lượng truy cập cho đến khi ONUlà hoàn toàn tỉnh táo. Bảng 1 tóm tắt sự khác biệt chính giữaCác phương pháp tiếp cận. Trong bảng một chế độ mới được gọi làtiết kiệm năng động pin. Ở lực đẩy động chế độ, tiết kiệm cácONU chia sẻ tương tự như hành vi truyền và nhận để cácchế độ dozing nhưng các hoạt động của các chức năng ONU vàDịch vụ cũng giống như chế độ ngủ nhanh chóng. Các chi tiết của cáctiết kiệm kỹ thuật động pin sẽ được giải thích sau đó ở đâygiấy.Sinh tiêu chuẩn và công nghiệpG.sup45 sẽ xem xét một số các vấn đề thực tế đểkết hợp một hoặc nhiều của các đề xuất ONU tiết kiệm năng lượngkỹ thuật trong các nhà điều hành mạng. Ví dụ, telcos đangyêu cầu duy trì E911 dịch vụ bất kể hoạt độngONU kỳ. Kết quả là, sửa đổi là cần thiết, choVí dụ, để đảm bảo rằng dịch vụ dòng cuộc sống vẫn có sẵntrong giấc ngủ sâu.G.SUP 45 cũng lưu ý tác động của lực đẩy được đề xuấtkỹ thuật tiết kiệm để thông số kỹ thuật sẵn có. Đặc biệt,sự phân biệt được thực hiện giữa kỹ thuật mà sẽ yêu cầu hoặctránh thay đổi tại GPON truyền tụ (GTC)lớp. GPON GTC khung có độ trễ rất thấp vàtruyền 125µs mỗi. Các kỹ thuật được đề cập trong phầnA hoặc là sẽ nhúng điều khiển hoạt động độ trễ thấp vàbảo trì (OAM) thư hoặc trong vật lý lớp OAMLĩnh vực (PLAOM). Các điều khiển sẽ tương ứng với hoặc là mộtđược ánh xạ hoặc chuyên dụng field(s) trong tiêu đề của một khung GTC.Do đó, các thay đổi ở lớp GTC sẽ yêu cầu phần cứngSửa đổi cấp. Mặt khác, có thể một số kỹ thuậtsử dụng kiểm soát thư với thoải mái hơn thời gian yêu cầu.Ví dụ, để thực hiện chế độ ngủ sâu trong GPON nó làđầy đủ bằng cách sử dụng quản lý ONT và giao diện điều khiển(OMCI); OMCI thay đổi yêu cầu f

Kết quả (Việt) 2:

1
Abstract- Trong số các thiết bị xây dựng một truyền thông
mạng, cơ sở khách hàng thiết bị là những người tiêu thụ
số lượng lớn hơn năng lượng trên mỗi bit truyền đi. Một số nghiên cứu
đã chỉ ra rằng các mạng truy nhập quang có năng lượng cao
tiềm năng tiết kiệm do việc sử dụng ít điện năng hơn-đòi hỏi
thiết bị quang học. Trong bài báo này, các nỗ lực liên tục hướng tới
giảm tiêu thụ năng lượng của các giao diện quang học sử dụng trong
các mạng truy nhập quang đầu tiên được tổng thuật. Sau đó, đề xuất
các giao thức có khả năng giảm tiêu thụ năng lượng của quang
truy cập mạng được xem xét. Cuối cùng những lợi thế và
thách thức trong việc thực hiện các kỹ thuật tiết kiệm điện năng động cho
ONUs (ví dụ, để chuyển đổi ngủ-mode) được phân tích và
thực nghiệm cho thấy. Kết quả cho thấy rằng việc giảm lên đến 60%
năng lượng cần bởi ONUs có thể đạt được với hạn chế
sự gia tăng chậm trễ trung bình.
Index Terms- TDM-PON; chế độ ngủ; đồng bộ; đồng hồ
phục hồi; sức mạnh và năng lượng tiêu thụ.
I. GIỚI THIỆU
REEN NGHĨ "đang tăng lên trong truyền thông
mạng khu vực. Hiện chúng tôi đang chứng kiến một, ngày càng
nỗ lực tận tâm để phát triển hiệu quả năng lượng
"xanh" kiến trúc mạng và các giao thức truyền thông. Nó
ước rằng tất cả các thông tin và truyền thông
hoạt động công nghệ (ICT) liên quan đóng góp lên đến 10%
lượng khí thải carbon toàn cầu ngày nay. Tuy nhiên, sự tăng trưởng bùng nổ
trong băng thông, lưu trữ, xử lý và nhu cầu dự kiến sẽ
tăng liên tục năng lượng tiêu thụ của công nghệ thông tin
cơ sở hạ tầng [1].
Nỗ lực đáng kể và tiến bộ đã được thực hiện
để đáp ứng các thách thức truyền thông xanh dựa trên thực tế
nhu cầu giao thông. Một phương pháp quan trọng để giảm năng lượng
tiêu thụ là để sử dụng như là lựa chọn thay thế hoặc trong giấc ngủ kết hợp
chế độ và chế độ tiết kiệm điện trong các nút mạng. Các thiết lập của
công việc này đã được hỗ trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Quốc gia
(NSF) dưới Grant không. 0627085, Hội đồng Khoa học Quốc gia Brazil
và Phát triển Công nghệ (CNPq), và chương trình đại học OPNET.
S.-W. Wong, S.-H. Yên, và LG Kazovsky là với điện
cục Kỹ thuật, Đại học Stanford, Stanford, CA 94.305 USA (email:
[e-mail]; [e-mail]; [e-mail]).
L. Valcarenghi, PR Raponi, và P. Castoldi là với Trung tâm
xuất sắc cho Thông tin và Truyền thông Kỹ thuật, Scuola
Superiore Sant'Anna, Pisa, Italy, (e-mail: [e-mail];
[e-mail]; castoldi @ sssup.it).
D. Campelo là với Phòng kỹ thuật Điện, Đại học
Brasilia, Brasilia, Brazil. (Email: [e-mail])
S. Yamashita là với hệ thống mạng Laboratories, Photonics Lab.,
Fujitsu Laboratories Ltd., Atsugi, Nhật Bản. . (email: [e-mail])
IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet Task Force và
phê duyệt gần đây của IEEE Std 802.3az-2010, ví dụ,
minh họa cho một nỗ lực công nghiệp để giảm mức tiêu thụ năng lượng trong
đồng dựa liên kết Ethernet [ 2] sử dụng giấc ngủ hoặc tiết kiệm năng lượng
chế độ. Tùy thuộc vào giá của các liên kết, 802.3az làm giảm
sức mạnh liên kết bằng cách hoặc là đưa vào hệ thống vào chế độ ngủ
(như đối với 100 Mb / s hoặc 1 Gb / s) hoặc tốc độ chậm hơn (như đối với 10
giá Gb / s).
Điều này giấy đề cập một nút cổ chai năng lượng quan trọng trong
mạng lưới truyền thông cố định, đó là truy cập cáp quang
mạng. Mạng truy nhập quang, chẳng hạn như mạng quang thụ động
(PON), dự kiến sẽ kết nối hàng trăm triệu
người dùng tại nhà và kinh doanh các dịch vụ băng thông rộng. Như một
kết quả, Pons sẽ đóng góp một phần đáng kể (khoảng 70%
hiện nay [3]) để truyền thông cố định năng lượng mạng lưới
tiêu thụ. Thật vậy, mặc dù mức tiêu thụ năng lượng cá nhân
bằng một thiết bị kết hợp hoặc xương sống vẫn là lớn hơn nhiều so
với từng ONU và OLT, ước tính này phản ánh lớn hơn
đóng góp tập hợp bởi số lượng lớn các ONUs và OLTs.
Hơn nữa, trong một PON, hầu hết năng lượng mỗi bit
tiêu thụ diễn ra trong các thiết bị đầu cuối sử dụng gọi là quang
đơn vị mạng (ONU) hoặc thiết bị đầu cuối mạng quang (ONT) [4].
Điều này là không chỉ do tỷ lệ giữa số lượng OLTs
và ONUs cài đặt (ví dụ, 1:16) nhưng cũng làm cho lưu lượng thấp hơn
tập hợp tại các ONU. Điều đó là, mặc dù các ONU
đòi hỏi hơi ít điện hơn các OLT khi về, các ONU
xử lý, trên trung bình, ít giao thông hơn OLT.
Do đó, ngành công nghiệp và các học viện đều đã bắt đầu
điều tra các kỹ thuật tiết kiệm năng lượng ONU để có hiệu quả thấp hơn
năng lượng PON tiêu thụ. Cho đến nay, các cuộc điều tra tụ
đối hoặc một ONU giấc ngủ sâu chế độ tiếp cận hoặc tỉnh táo
tiếp cận chế độ. Tuy nhiên, cách tiếp cận cũ đặt đấu nối vào
giảm trạng thái điện năng tiêu thụ chỉ trong thời gian khá dài
thời gian hoạt động và phương pháp thứ hai có quy định thành
kênh hạ lưu để duy trì hoạt động. Mặt khác,
một sức mạnh ONU động tiết kiệm kỹ thuật có thể cho phép tiết kiệm điện
trong thời gian ONU hoạt động, ví dụ như trong thường xuyên ONU
hoạt động nghiệp vụ.
Bài báo này đầu tiên đánh giá điện ONU tiết kiệm phương pháp tiếp cận và
sáng kiến hiện bởi các cơ quan tiêu chuẩn, công nghiệp, và học viện
Sau đó nó xác định thách thức để sử dụng các động cuốn tiểu thuyết
ONU kỹ thuật tiết kiệm năng lượng. Cuối cùng nó thể hiện năng động
ONU đánh giá kỹ thuật tiết kiệm năng lượng: cả hai mô phỏng
kết quả và một người biểu tình thử nghiệm được trình bày. Các
hệ quả của nghiên cứu này và cơ hội cho các nghiên cứu trong tương lai
sau đó thảo luận.
Năng lượng hiệu quả trong các mạng truy nhập quang
Luca Valcarenghi, Shing-Wa Wong, Divanilson R. Campelo, Cô-Hwa Yên, Shinji Yamashita, Pier
Giorgio Raponi, Leonid Kazovsky, và Piero Castoldi
"G
2
II. ONU KỸ THUẬT ĐIỆN TIẾT KIỆM VÀ SÁNG KIẾN
hình. 1 cho thấy một cây dựa trên phổ biến PON topo. Tất cả
truyền trong PON xảy ra giữa các thiết bị đầu cuối đường quang
(OLT) và các ONU. Trong hướng hạ lưu, lưu lượng được
gửi qua một kết nối point-to-đa điểm từ OLT đến
nhiều ONUs. Trong hướng thượng nguồn, lưu lượng được gửi từ
nhiều ONUs để một OLT trong một thời trang đa-point-to-point.
Hiện nay, Pons là phân chia thời gian ghép (TDM) và
lưu lượng thượng nguồn được phân xử bởi các OLT thông qua các động
phân bổ băng thông ( DBA) quá trình. DBA sử dụng thông cấp
từ OLT để phân bổ khe thời gian ngược dòng để đấu nối, và ONU
cung cấp các OLT với trạng thái của bộ đệm thượng nguồn của nó bằng cách sử dụng
tin báo cáo. DBA dựa trên thời gian được đồng bộ chính xác
trong số tất cả ONUs để tránh va chạm phía thượng lưu. Để đạt được và
duy trì đồng bộ hóa, ONUs tục trích xuất OLT
đồng hồ từ giao thông hạ lưu hoặc khung nhàn rỗi.
A. Tổng quan về kỹ thuật ONU Power Saving
Mục tiêu chung của tất cả các điện đấu nối kỹ thuật tiết kiệm là
để đưa ONU vào trạng thái điện năng thấp hơn. ITU-T G.sup 45 Gigabit
có khả năng PON (GPON) tiêu chuẩn bảo tồn năng lượng [5]
phân loại sự tiết kiệm điện quốc gia thành ba loại:
điện đổ, tỉnh táo, và ngủ. Các phương pháp chủ yếu là
có sự khác biệt trong hành vi của máy phát ONU và người nhận. Trong
chung, các máy phát ONU đã được bật chế độ có khả năng,
tức là nó có thể bật và tắt một cách nhanh chóng trong các khe thời gian nhàn rỗi để
tránh thêm các đóng góp tiếng ồn về phía thượng lưu ONU khác
dữ liệu. Mặt khác, biến thu ONU và tắt là xa
khó khăn hơn vì các hoạt động sẽ yêu cầu
đồng bộ hóa nguyên cần thiết để phục hồi đồng hồ từ
dữ liệu tải xuống.
Trong trạng thái điện năng thấp hơn, các ONU cũng phải đối mặt với sự lựa chọn để
chọn những gì một phần của các chức năng và dịch vụ tắt. Trong
chế độ năng lượng phát tán, sử dụng khi các ONU hoạt động dưới
pin, quyền hạn ONU tắt hoặc làm giảm sức mạnh để
phần không cần thiết của các chức năng và dịch vụ chỉ. Trong tỉnh táo
chế độ, các ONU giữ tất cả các chức năng hạ lưu
hoạt động, nhưng tắt máy phát và bỏ qua OLT DBA
yêu cầu băng thông khi ONU không có lưu lượng thượng nguồn
để gửi. Trong chế độ ngủ, mặt khác, các ONU
tắt hầu như tất cả các chức năng và dịch vụ để đạt được
tiềm năng tiết kiệm năng lượng nhất. G.sup 45 chia thêm
chế độ ngủ thành hai tiểu loại: giấc ngủ sâu và nhanh chóng
ngủ. Trong chế độ ngủ sâu, tất cả các chức năng ONU được tắt
và bất kỳ giao thông hạ lưu hay thượng nguồn đến được mất. Trong
chế độ ngủ nhanh ONU duy trì thời gian (chạy tự do
và không đồng bộ để OLT) và chức năng phát hiện lưu lượng
để duy trì khả năng thức dậy từ chế độ ngủ
bất cứ khi nào mới đến giao thông. Trong thức dậy chuyển tiếp
thời gian, OLT sẽ đệm giao thông hạ lưu cho đến ONU
là hoàn toàn tỉnh táo. Bảng 1 tóm tắt sự khác biệt quan trọng giữa
những phương pháp tiếp cận. Trong bảng một chế độ mới được gọi là
điện năng động tiết kiệm. Trong sức mạnh năng động chế độ tiết kiệm, các
cổ phiếu ONU truyền tương tự và hành vi nhận để
chế độ tỉnh táo nhưng các hoạt động của các chức năng và ONU
dịch vụ tương tự như chế độ ngủ nhanh. Chi tiết về
sức mạnh năng động tiết kiệm kỹ thuật sẽ được giải thích sau này trong
giấy.
B. Tiêu chuẩn và Công nghiệp
G.sup45 xem xét một số vấn đề thực tế để
kết hợp một hoặc nhiều tiết kiệm điện ONU đề xuất
kỹ thuật trong mạng của nhà điều hành. Ví dụ, công ty viễn thông được
yêu cầu duy trì dịch vụ E911 bất kể điều hành
bang ONU. Kết quả là, sửa đổi là cần thiết, ví
dụ, để đảm bảo rằng các dịch vụ cuộc sống hàng vẫn sẵn có
trong giấc ngủ sâu.
G.sup 45 cũng ghi nhận sự tác động của sức mạnh đề xuất
kỹ thuật tiết kiệm thông số kỹ thuật hiện có. Đặc biệt,
phân biệt được thực hiện giữa các kỹ thuật mà sẽ yêu cầu hoặc
tránh những thay đổi tại hội tụ GPON truyền (GTC)
lớp. Khung GPON GTC có độ trễ rất thấp và được
truyền đi mỗi 125μs. Các kỹ thuật được đề cập trong phần
A hoặc là sẽ điều khiển nhúng trong các hoạt động độ trễ thấp và
bảo dưỡng (OAM) tin nhắn hoặc trong OAM lớp vật lý
(PLAOM) lĩnh vực. Các điều khiển sẽ tương ứng với một trong hai một
trường ánh xạ hoặc chuyên dụng (s) trong tiêu đề của một khung GTC.
Do đó, những thay đổi ở lớp GTC sẽ yêu cầu phần cứng
thay đổi cấp độ. Mặt khác, một số kỹ thuật có thể
sử dụng thông điệp điều khiển với yêu cầu thời gian thoải mái hơn.
Ví dụ, để thực hiện chế độ ngủ sâu trong GPON nó là
đủ sử dụng quản lý ONT và giao diện điều khiển
(OMCI); Thay đổi OMCI yêu cầu f