论文总字数：22004字

摘 要

本文研究分析了在时分复用无源光网络中新兴的结合了周期睡眠模式和假寐模式的新的节能模式监视睡眠模式的性能，对其进行了最优化计算。监视睡眠模式同周期睡眠模式相同，能量消耗与业务延迟是两个相关矛盾的性能。为此我们对监视睡眠模式建立了一个数学模型，通过该模型计算了处在监视睡眠模式中的无源光网络系统在每个时间段离开监视睡眠模式恢复活跃的概率，并以此为基础计算出无源光网络中ONU在监视睡眠模式中消耗的平均功率以及离开监视睡眠模式时的平均延时，将两者通过加权的方法结合起来对监视睡眠模式所消耗的总成本进行评估。在监视睡眠模式中，很多变量如信息到达率、监视状态的周期及睡眠状态的周期等都会影响最终总成本的值。我们对总成本在不同条件下随着不同变量变化产生的曲线进行观察，并给出分析。最后考虑变量变化的可控性，我们放弃改变信息到达率的大小，而选择对睡眠状态的周期进行调整，通过文章中提出的数学模型计算出系统在不同信息到达率组合的条件下监视睡眠模式过程中消耗的总成本最低的点所对应的睡眠状态的周期，也就是我们所求该情况下的最优解。

关键词：时分复用无源光网络；监视睡眠模式；节能模式；睡眠状态周期

Research on the performance of energy-saving in Time Division Multiplexing Passive Optical Network

Abstract: This paper analyzes the performance of the watchful sleep mode in TDM-PON( Time Division Multiplexing Passive Optical Network ) and makes an optimization calculation. In the watchful sleep mode, power consumption and state transition delay are in a tradeoff relationship. To balance them, we set up a mathematical model. We calculate the probability of the PON leaves watchful sleep mode in each time period. Using this probability we calculate the average power consumption and the average state transition delay in each case. By the weighting factor, we combine this two values as the Cost and evaluate the watchful sleep mode. In the watchful sleep mode, many factors will influence the Cost such as arrival rates, the period of watch state and sleep state. We observe change of the Cost with the variables changes and the analysis of the change. Finally, we chose the controllable variable, the period of sleep state. By adjust the variable, we can get the lowest value of the Cost, and the corresponding period is the optimal solution.

Key Word: TDM-PON, the watchful sleep mode, power saving mode, sleep period

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 无源光网络节能模式的研究意义 1

1.2各类睡眠模式及其原理 2

1.2.1 周期睡眠模式 3

1.2.2 假寐模式 4

1.2.3 监视睡眠模式 5

1.2.4 三类睡眠模式的性能分析 7

1.3 本毕设论文的主要内容与安排 9

第二章 监视睡眠模式的数学模型 11

2.1 监视睡眠模式数学模型的建立 11

2.2 唤醒信号使得系统离开监视睡眠模式的概率分析 12

2.2.1 唤醒指示的概率分布 12

2.2.2 监视睡眠模式的状态分析 13

2.2.3 系统离开监视睡眠模式的概率 13

2.3 监视睡眠模式期间的成本计算 15

2.3.1 平均功率E[P] 15

2.3.2 平均延时E[D] 17

2.3.3 总成本数学表达式 18

2.4 本章小结 19

第三章 仿真结果及分析 20

3.1 信息到达率对E[P]及E[D]的影响 20

3.1.1 信息到达率对E[P]的影响 21

3.1.2 信息到达率对E[D]的影响 21

3.2 最佳睡眠状态周期 23

3.2.1 睡眠状态周期对E[P]及E[D]的影响 23

3.2.2 对于不同的信息到达率组合最佳的睡眠状态周期 24

3.3 本章小结 27

第四章 总结 28

致 谢 29

参考文献 30

第一章 引言

1.1 无源光网络节能模式的研究意义

无源光网络（Passive Optical Network）是一种一点对多点的网络拓扑结构，主要由光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光分配网络ODN（Optical Distribution Network）和光网络单元ONU（Optical Network Unit）组成，如图1.1所示^[1]。PON支持语音、视频和数据多业务，可以传输大于2km的距离，在PON的内部使用的光纤、光分路器等都为无源器件。

图 1.1 PON系统结构示意

而无源光网络PON有很多优点，它的容量大、成本低。因此无源光网络逐渐成为下一代宽带接入网的技术。随着信息技术的发展和人们对优质生活的需求，逐渐出现了如同互联网语音协议（VoIP）、高清视频（HDTV）和视频会议等需要高宽带的应用。为了满足更高的带宽来支撑这些新型的技术，无源光网络PON所传输的数据速率越来越大，而无源光网络传输速率的增大导致的后果便是会消耗更多的能量。在现今的世界中，绿色可持续成为了一个需要着重关注的主题。为了可持续的发展，必须大量减少全球温室气体GHG（Greenhouse Gases）的排放。在这其中，信息和通信技术ICT（Information and communication technologies）的排放占全球排放GHG的2%到4%，也是不可忽视的一部分。现如今互联网所消耗的能量是能保证其正常运行所需最小能量的10000倍，并且随着网络流量逐年的增长（每年大约20%），能量的消耗越来越多^[2]-[3]。尽管在文献^[4]中提到PON系统是所有接入网技术中耗能最小的技术，但随着网络技术的发展以及传输信号流量的增大它也会带来很大的能源消耗。因此，降低PON的能量消耗，寻找PON的节能方式是十分必要的。

举一个简单的例子可以使我们都能直观的感受节能模式的必要性。若PON在小区中进行部署，则在白天的大部分时间ONU都将处于空闲的状态，晚上信息的流量则大大增加；而若是将PON部署在公司中，则恰恰相反。由此也可见若是不存在节能模式的话整个系统会更多的消耗很多的能量。

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