CN103595561A

CN103595561A - 一种宽带接入网的节能方法

Info

Publication number: CN103595561A
Application number: CN201310544830.6A
Authority: CN
Inventors: 张崇富; 肖能武; 江宁
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: CN103595561B

Abstract

本发明公开了一种宽带接入网的节能方法，光线路终端OLT接收各光网络单元ONU发送的上报帧，根据下行缓存大小和上报帧中各优先级业务的带宽请求值判断ONU为深度休眠模式或普通休眠模式。对普通休眠模式的ONU，为其各优先级业务分配上行带宽并设置各上/下行数据的参数；OLT根据各ONU上行带宽分配值降序排列，为各个ONU分别生成授权帧并发送，之后发送下行数据。普通休眠模式的ONU接收到GATE帧后即开始发送上行数据和新的上报帧，再根据下行数据的开始接收时间接收下行数据；深度休眠模式的ONU只发送上行数据和接收下行数据，不发送新的上报帧，各ONU根据休眠模式设置休眠唤醒时间。本发明通过减少ONU发送机和接收机的不必要工作时间来实现节能。

Description

一种宽带接入网的节能方法

技术领域

本发明属于宽带接入网技术领域，更为具体地讲，涉及一种宽带接入网的节能方法。

背景技术

结合OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术）和PON（Passive Optical Network，无源光纤网络）的OFDM-PON技术是下一代光网络的主流技术。OFDM-PON位于业务网络接口(Service NetworkInterface,SNI)和用户网络接口(User Network Interface,UNI)之间，它主要由三部分构成：光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)、光网络单元(Optical NetworkUnit,ONU)和光分配网络(Optical Distribution Network,ODN)。对于OFDM-PON网络，国内外一些研究机构做了大量的工作，如NEC公司Wei W等人最早提出了基于OFDM调制的100Gbps光接入网（“MAC protocols for Optical OrthogonalFrequency Division Multiple Access(OFDMA)-based passive Optical Networks”一文中体现），之后英国班戈大学的JINX,GIDDINGSP等人又相继研制了3Gbps的实时OFDM-PON系统验证平台（“Real-Time3Gbps QAM-Encoded OpticalOFDM Transmission over75km MetroCor SMFs with Negative Power Penalties”一文中体现）。但是，以上这些研究都是针对OFDM-PON系统的整体性研究，并没有具体到其内部资源的调度及其能耗问题。

现有的PON技术的动态带宽分配算法主要都是基于TDMA（Time DivisionMultiple Access，时分多址）而设计的，例如基于EPON（Ethernet Passive OpticalNetwork，以太网无源光网络)架构的自适应周期间插轮询(IPACT，InterleavedPolling with Adaptive Cycle Time)算法，恒定比特流(CBR，Constants Bit Rate)算法等。而相应的PON休眠节能控制机制主要体现在以下几个方面：

a）上行中心调度机制与下行中心调度机制

Yan等人在EPON中引入了EMM（Energy Management Mechanism）机制并比较了两种不同的控制休眠机制，即上行中心调度机制（UCS,UpstreamCentric Scheduling）和下行中心调度机制（DCS,Downstream Centric Scheduling），该思想在“Energy management mechanism for ethernet passive optical networks(EPONs)[C]”、“Analysis of Sleep-Mode Downlink Scheduling Operations in EPONSystems[C]”、“Energy efficiency in ethernet passive optical networks(EPONs):Protocol design and performance evaluation[J]”等文中均有体现。

b）实时休眠控制机制（JIT-SC,Just-In-Time Sleep Control）

在考虑休眠节能的EPON系统中，当ONU（Optical Network Unit，光网络单元）从休眠状态到工作状态不断转换时，网络必须要进行OLT（OpticalLine Terminal，光线路终端)与ONU之间的时钟同步，Wrong等人针对这一问题，通过在ONU中设计具有快速时钟恢复能力的电路来减少ONU状态转换的时间开销来达到节能的目的，这一思想在“Demonstration of Energy ConservingTDM-PON with Sleep Mode ONU Using Fast Clock Recovery Circuit”一文中体现。

c）休眠和周期性唤醒机制

KuBo.R等人提出了在PON中具有可变睡眠周期的休眠和周期性唤醒机制（SPW,Sleep andPeriodic Wake-up）机制来实现对休眠周期的控制SPW机制已经在无线传感器网络的节能技术研究中得到了广泛的应用，该思想在“Adaptive power saving mechanism for10gigabit class PON systems[J]”一文中体现。

但是以上这些算法都不能够很好地适应OFDM-PON带宽粒度小、多载波等特点，更重要的是无法达到一定的节能效果，所以开发一种新型的、能耗低的、能够良好的适配OFDM-PON系统的并且能够满足多业务接入服务质量(QoS，Quality of Service)需求的绿色带宽分配算法势在必行。此外，OFDM-PON技术具有大容量、大带宽、大分光比的特性，由于这样的特性，在可预期的未来，OFDM-PON将大范围地进行商用的测试以及商用的部署。并且随着网络规模的不断扩大，网络中的有源设备OLT和ONU的数量也会随着增大。OFDM-PON系统消耗的能量可能较现今的GPON/EPON大得多，因此非常有必要针对OFDM-PON的新特点和新特性研究该类系统的节能技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带接入网的节能方法，通过控制ONU发送机和接收机的开闭，从而控制ONU的整体功耗，实现宽带接入网的节能。

为实现上述发明目的，本发明宽带接入网的节能方法，包括以下步骤：

S1：OFDM-PON宽带接入网的MAC控制子层协议配置为多点控制协议，OFDM-PON宽带接入网正常运行；

S2：光线路终端OLT接收每个光网络单元ONU的上报帧，上报帧中包括不同优先级业务的带宽请求值，优先级的级数为P，其中第1级表示必须满足的业务，第n级业务的带宽请求值记为B_n；OLT统计各ONU的总带宽请求值以及所有ONU中各优先级业务的总带宽请求值；

S3：进入新一个轮询周期，OLT将步骤S2接收到上报帧的ONU个数记为N，OLT检测下行缓存大小Cache，如果Cache＜C_th，C_th为预设的下行缓存阈值，进入步骤S4，如果Cache≥C_th，将N个ONU均设置为普通休眠模式，进入步骤S5；

S4：对于每个ONU，判断其各优先级业务的带宽请求值是否已经累计m次满足：

\{\begin{matrix} B_{n} = 0, & n = 1 \\ B_{n} < {Th}_{n}, & n = 2, . . ., P \end{matrix}

其中，m为预设参数，取值范围为m＞0，Th_n表示第n级业务的带宽请求阈值，如果满足，则该ONU设置为深度休眠模式，如果不满足，则该ONU设置为普通休眠模式，进入步骤S5；

S5：OLT根据步骤S2统计得到的N个ONU的总带宽请求值以及N个ONU中各优先级业务的总带宽请求值，为各个ONU上每个优先级业务分配上行带宽，并为每个优先级业务分配上行子信道；并根据当前下行缓存大小及预测下行数据情况，计算每个ONU的下行数据长度，为每个ONU分配下行子信道，预计下行数据的发送时间，根据下行数据发送时间为每个ONU设置下行数据开始接收时间；

S6：OLT为N个ONU分别生成授权帧，包括休眠模式标志以及给各优先级业务所分配的上行数据的上行带宽和子信道编号，下行数据的接收时间、子信道编号和下行数据长度；

S7：OLT将N个ONU根据分配得到的各ONU总的上行带宽分配值进行降序排列，依次向每个ONU发送授权帧，授权帧全部发送结束之后发送下行数据；

S8：在步骤S3进入新一个轮询周期的同时，休眠时间结束的ONU从休眠模式唤醒，如果该ONU是自深度休眠模式唤醒的，则自行向OLT发送上报帧，如果该ONU是自普通休眠模式唤醒的，则监听来自OLT的GATE帧，当ONU检测到有授权帧到来时，开启接收机接收授权帧，接收后关闭接收机；从授权帧中提取出各项数据，根据授权帧中的休眠模式标志判断该ONU采用的休眠模式：

如果是普通休眠模式，则开启发送机根据上行数据参数开始发送其上行数据，并发送新的上报帧，每个ONU上报帧的发送时间各不相同，发送完后关闭发送机，根据下行数据参数在下行数据的开始接收时间到来时开启接收机接收下行数据，接收完毕后关闭接收机，设置唤醒定时器，其唤醒时间为下一个轮询周期开始时间；

如果是深度休眠模式，则开启发送机根据上行数据参数开始发送其上行数据，发送完后关闭发送机，根据下行数据参数在下行数据的开始接收时间到来时开启接收机接收下行数据，接收完毕后关闭接收机，设置唤醒定时器，其唤醒时间为本次轮询周期之后第Q个轮询周期开始时间，其中Q≥2；

各ONU在休眠期间保留用户侧接口和用户上行数据的缓存；返回步骤S2。

其中，步骤S2中优先级业务包括3级，第1级为加速转发型业务，第2级为确保转发型业务，第3级为尽力转发型业务。

其中，步骤S6中集合H中第j个ONU设置的下行数据接收时间R_{down_j}＝T_{down_j}+Δt_j，其中T_{down_j}为OLT预计安排的该ONU的下行数据发送时间，Δt_j为OLT发送下行数据到该ONU的传输时间。

其中，步骤S7中第i个ONU授权帧的发送时间T_{G_i}为：

T_{G_i} = \{\begin{matrix} T_{G_set}, & i = 1 \\ T_{G_(i - 1)} + t_{G} + t_{g}, & i = 2, . . ., N \end{matrix}

其中，T_{G_set}为设置的第1个授权帧开始发送时间，t_G为一个授权帧发送的持续时间，t_g为保护间隔。

其中，步骤S8中，普通休眠模式的ONU上报帧的开始发送时间为上行数据的开始发送时间。

其中，步骤S8中，普通休眠模式的ONU上报帧的开始发送时间T_re＝T_up+t_up-t_re，其中T_up为上行数据的开始发送时间，t_up为上行数据发送的持续时间，t_re为上报帧发送的持续时间，如果上报帧发送时控制子信道被占用，则延迟t_re再次尝试发送。

本发明宽带接入网的节能方法，采用多点控制协议作为OFDM-PON宽带接入网的MAC控制子层协议，光线路终端OLT接收各光网络单元ONU发送的上报帧，根据OLT的下行缓存大小和上报帧中各优先级业务的带宽请求值判断将对应的ONU设置为深度休眠模式或普通休眠模式。对普通休眠模式的ONU，为其各优先级业务分配上行带宽并设置各上/下行数据的参数；OLT为各个ONU分别生成授权帧，并根据各ONU上行带宽分配值降序排列，OLT向各ONU发送授权帧，之后发送下行数据。普通休眠模式的ONU接收到GATE帧后即开始发送上行数据，并发送新的上报帧，再根据GATE帧中的下行数据的开始接收时间接收下行数据，深度休眠模式的ONU只发送上行数据和接收下行数据，不发送新的上报帧，各ONU根据休眠模式设置休眠唤醒时间。

本发明通过授权帧中的参数设置，控制ONU发送机、接收机的开启时间和关闭时间，从而减少发送机、接收机的不必要工作时间，降低能耗，实现宽带接入网的节能。

附图说明

图1是OFDM-PON宽带接入网示例图；

图2是本发明中GATE帧的帧结构示例图；

图3是本发明中REPORT帧的帧结构示例图；

图4是本发明宽带接入网的节能方法的一种具体实施方式流程图；

图5是图1所示OFDM-PON宽带接入网采用本发明实例的时序图；

图6是本发明的节能效果图；

图7是本发明上/下行数据包端到端时延随ONU负载的变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是OFDM-PON宽带接入网示例图。如图1所示，OFDM-PON宽带接入网在下行传输方向(从OLT到ONU方向)，OLT将所有的下行数据调制在一个OFDM光载波上，到达ODN之后经过无源光分配器(Splitter)将下行信号进行复制发送给各个ONU。此时，OFDM-PON系统在OLT至ODN范围内是一个共享物理介质的广播网络，这与点到点光拓扑网络相比节省了大量光纤铺设成本。在上行传输方向(从ONU到OLT)，OFDMA技术将上行的带宽资源划分为了一个时隙/子载波二维复用的资源模式，各个ONU按照OLT动态分配或者静态指定的子载波/时隙向OLT发送用户的数据帧。由于无源光耦合器(Coupler)的方向属性，ONU发送的上行数据帧只能到达OLT，而无法通过ODN发送到其它ONU，所以上行方向是一个多点到点的拓扑形式。

图1中在上行方向，将ONU1中的信息调制于子载波f1中，将ONU2中的信息调制于子载波f2中，ONU3中的信息调制于子载波f3中，与此同时将控制信息调制于子载波f0中，此时各个子载波相应的占用一个子通道，ODN收到各个ONU的OFDM调制的光信号后，通过无源光耦合器耦合为一个上行光波信号，并将该信号发送至OLT；在下行方向将要发送到各个ONU的下行数据调制于子载波f4中，然后广播到各子通道中，最后由各ONU提取出属于自己的信息，这样就完成了OFDM-PON系统中子载波的分配。

由于OFDMA技术将带宽资源划分为了一个时隙/子载波二维复用的资源模式,相比传统PON系统仅以时隙一维作为带宽调度粒度，极大地减小了系统的带宽粒度。本发明采用多点控制协议(Multi-Point Control protocol,MPCP)作为OFDM-PON系统MAC控制子层的协议，以此为基础来实现对ONU进行功率控制。本发明主要是利用MPCP协议中的两个控制帧：授权（GATE）帧和上报（REPORT）帧。为了消除MPCP中控制帧由于帧长过小而被系统作为碎片帧的风险，本实施例中所使用的控制帧在除去前导码和帧起始定界符以后均是64字节，与以太帧的长度相同。本实施例中控制信息使用的是MPCP数据保留填充处的字节，共40字节。

图2是本发明中GATE帧的帧结构示例图。如图2所示，本实施例使用的GATE帧包括：

Num of GATES:本字段长度为1个字节，是对本控制帧控制信息的总体性描述字段，该字段中采用1位来表示ONU的休眠模式，如采用“0”表示普通休眠模式，采用“1”表示深度休眠模式；

GATES#n Starttime:第n个优先级业务上行数据的开始发送时间，其大小为4个字节；

GATES#n Length:第n个优先级业务所分配的带宽大小，其大小为2个字节；

GATES#n Sub_channelNo.:第n级业务授权的上行数据发送时所分配的子信道编号，本实施例中，对于同一个ONU发送上行数据时其不同优先级业务所占用的子信道相同，其大小为2个字节；

Receive time:本轮询周期中下行数据的接收时间，其大小为4个字节；

Receive Length:本轮询周期中要接收的下行数据长度，其大小为2个字节；

Receive Sub_channelNo.:发送给某ONU的下行数据所占用子信道的编号,其大小为2个字节；

SyncTime:同步时间标签，占用2个字节；

Reserved:保留位，暂无定义。

本实施例中，优先级业务包括3级，第1级为加速转发型业务，第2级为确保转发型业务，第3级为尽力转发型业务，因此在GATE帧中只有三级优先级业务的参数。

图3是本发明中REPORT帧的帧结构示例图。如图3所示，本实施例使用REPORT帧包括：

Num of Queuesets:本字段长度为1个字节，是对本控制帧控制信息的总体性描述字段，标示该REPORT帧请求组的个数，最多可以有8个请求组，也即可以定义8个优先级业务，该部分占用1个字节，本实施例中有3个优先级业务；

Report Bit Map:各优先级的Report消息指示位，从0到7比特位分别对应了0至7八个优先级业务队列是否存在；

Queue#n Report:第n级业务的队列的长度，即带宽请求大小；

Reserved:保留域，暂无定义。

图4是本发明宽带接入网的节能方法的一种具体实施方式流程图。如图4所示，本发明宽带接入网的节能方法包括以下步骤：

S401：OLT接收各ONU的REPORT帧：

OLT接收每个ONU的REPORT帧，REPORT帧中包括不同优先级业务的带宽请求值，优先级的级数为P，其中第1级表示必须满足的业务，第n级业务的带宽请求值记为B_n。OLT统计各ONU的总带宽请求值以及所有ONU中各优先级业务的总带宽请求值。

本实施例中采用的是3个优先级业务，其中第1级加速转发型业务是现有QOS技术中所要求必须满足的业务。

S402：OLT统计ONU和下行缓存：

当进入新一个轮询周期，OLT将步骤S401中接收到REPORT帧的ONU个数记为N，OLT检测下行缓存大小Cache。

可见，如果在轮询周期没有向OLT上传REPORT帧的ONU，例如处于深度休眠中的ONU，或者OLT没有接收到REPORT帧的ONU，例如掉线的ONU，OLT不会为其分配带宽，也不会向其发送GATE帧进行控制，从而为其他业务量较大的ONU提供更为充足的带宽资源。本发明中，轮询周期的长度保持不变，可以根据系统中ONU的数量进行设置，轮询周期在OLT和ONU中是同步的。

OLT检测其自身的下行缓存，主要是为了步骤S403的ONU休眠模式的判断，本发明中深度休眠模式的ONU不管是上行数据还是下行数据都非常少，并且上行数据中没有第1级业务，因此可以暂停该ONU的服务来节约能耗。如果下行缓存数据量很大，那么就不需要再判断ONU的上行数据量了。

S403：设置ONU的休眠模式：

S3.1：根据步骤S402中得到的下行数据缓存大小Cache，如果Cache＜C_th，C_th为预设的下行缓存阈值，进入步骤S3.2，如果Cache≥C_th，将N个ONU均设置为普通休眠模式，进入步骤S404。

S3.2：对于每个ONU，判断其各优先级业务的带宽请求值是否已经累计m次满足：

\{\begin{matrix} B_{n} = 0, & n = 1 \\ B_{n} < {Th}_{n}, & n = 2, . . ., P \end{matrix}

其中，m为预设参数，取值范围为m＞0，Th_n表示第n级业务的带宽请求阈值，如果满足，则该ONU设置为深度休眠模式，如果不满足，则将该ONU设置为普通休眠模式；进入步骤S404。

S404：对各ONU进行带宽分配、设置各项参数

对于上行数据，统计N个ONU的总带宽请求值以及N个ONU中各优先级业务的总带宽请求值，计算各个ONU上每个优先级业务的上行带宽分配值，并为每个优先级业务分配上行子信道。

对于下行数据，根据当前OLT中的下行缓存大小及预测下行数据情况，计算每个ONU的下行数据长度，为每个ONU分配下行子信道，预计下行数据发送时间，并根据预计的下行数据发送时间为每个ONU设置下行数据开始接收时间。各ONU下行数据的开始接收时间可以直接简便地设置为下行数据发送时间，如果需要更为精确地对ONU的接收机进行控制，那么第j,j＝1,2,?,N个ONU设置下行数据接收时间R_{down_j}＝T_{down_j}+Δt_j，其中T_{down_j}为OLT预计安排的该ONU的下行数据发送时间，Δt_j为OLT发送下行数据到该ONU的传输时间。OLT到各ONU的传输时间可以预先检测得到，也可以在OFDM-PON系统的运行过程中进行实时检测，其检测技术为现有技术。

S405：对所有ONU生成GATE帧并发送：

OLT为N个ONU分别生成授权帧，包括休眠模式标志以及上行数据参数和下行数据参数，上行数据参数包括各优先级业务所分配的上行数据的上行带宽和子信道编号，下行数据参数包括下行数据的接收时间、子信道编号和下行数据长度。OLT将N个ONU根据分配得到的各ONU总的上行带宽分配值进行降序排列，依次通过ODN向每个ONU发送GATE帧，GATE帧全部发送结束之后发送下行数据。可见，在步骤S404进行下行数据发送时间的预计时，是根据GATE帧的发送开始时间和所有GATE帧发送所需要的时间来计算的。

因此各ONU采用不同的子载波进行上行数据的发送，因此上行数据可以同时发送，而且上行数据是接收到GATE帧之后即发送，因此按照上行带宽分配值进行降序排列可以节约上行数据发送的总时间，提高系统时效。

第i个ONU的GATE帧具体发送时间T_{G_i}为：

T_{G_i} = \{\begin{matrix} T_{G_set}, & i = 1 \\ T_{G_(i - 1)} + t_{G} + t_{g}, & i = 2, . . ., N \end{matrix}

其中，T_{G_set}为设置的第1个GATE帧的开始发送时间，t_G为一个GATE帧发送的持续时间，t_g为保护间隔。

S406：ONU根据GATE帧进行数据接收和发送，并设置休眠唤醒时间：

在步骤S402中进入新一个轮询周期的同时，休眠时间结束的ONU从休眠模式唤醒，如果该ONU是自深度休眠模式唤醒的，则自行向OLT发送上报帧，如果该ONU是自普通休眠模式唤醒的，则监听来自OLT的GATE帧，当每个ONU检测到有授权帧到来时，开启接收机接收授权帧，接收后关闭接收机；从授权帧中提取出各项数据，根据授权帧中的休眠模式标志判断该ONU采用的休眠模式：

各ONU在休眠期间保留用户侧接口和用户上行数据的缓存；返回步骤S401。

每个ONU在发送REPORT帧时，应该在不同时间发送，各ONU可以进行信道监测，当控制子载波没有被占用时，就发送REPORT帧。

对于自深度休眠模式唤醒的ONU，由于在上一个轮询周期并未上报REPORT帧，因此在本轮询周期中OLT不会向其发送GATE帧，因此需要自行上报REPORT帧。这类ONU在休眠结束时开始监测控制子信道，如果未被占用就直接发送REPROT帧，如果被占用就延迟发送。可见，自深度休眠模式唤醒的ONU，要等到唤醒后的第2个轮询周期，才能发送或接收数据。

对于其他自普通休眠模式唤醒且在本次休眠模式判断中仍然为普通休眠模式的ONU，可以在开始发送上行数据时就开始发送REPORT帧，即REPORT帧的开始发送时间为上行数据的开始发送时间。为了提高REPORT帧中用户带宽请求的实时性，也可以设置REPORT帧的开始发送时间T_re＝T_up+t_up-t_re，其中T_up为上行数据的开始发送时间，t_up为上行数据发送的持续时间，t_re为REPORT帧发送的持续时间，如果REPORT帧发送时控制子信道被占用，则延迟t_re再次尝试发送。延迟时间也可以根据实际网络分析进行设置，如设置为t_re2。在本轮询周期中被设置为深度休眠模式的ONU，不会上报REPORT帧，直到唤醒时间到来。

图5是图1所示OFDM-PON宽带接入网采用本发明实例的时序图。如图5所示，本实例中表现了4个轮询周期C1、C2、C3、C4，图5中以三角形表示发送机、接收机的开启或关闭，以G表示GATE帧、R表示REPORT帧、U表示上行数据、d表示下行数据。例如在C2周期，OLT根据C1周期得到3个ONU的REPORT帧，根据下行数据缓存和各ONU的带宽请求值判断各ONU的休眠模式，假设ONU1和ONU2为普通休眠模式，ONU3为深度休眠模式。OLT为3个ONU的各优先级业务进行上行带宽分配，根据各ONU的总上行带宽分配值对ONU进行降序排列，假设此处为ONU1>ONU2>ONU3，则按此顺序分别向3个ONU发送GATE帧，然后发送下行数据，下行数据经ODN复制3份分别发送给3个ONU。由于ONU1和ONU2处于普通休眠模式，则在收到GATE帧后即开启发送机，按照GATE帧中设置的上行带宽和上行子信道编号开始发送上行数据，在上行数据即将发送完毕时发送REPORT帧，发送完毕后关闭发送机，并按照GATE帧中设定的下行数据接收时间开启接收机，按照下行子信道编号和下行数据长度接收下行数据，接收完毕后关闭接收机，设置唤醒定时器，其唤醒时间为下一个轮询周期即C3开始时间。而对于ONU3，只发送上行数据和接收下行数据，不发送REPORT帧。下一个轮询周期C3中，OLT只接收到ONU1和ONU2的REPORT帧，则根据这两个REPORT帧中的信息进行处理。假定ONU3唤醒时间为本次轮询周期之后第Q＝2个轮询周期开始时间，那么ONU3将会在轮询周期C4开始时唤醒并向OLT自行发送REPORT帧。

为说明本发明的效果，采用仿真实验对本发明进行了验证。图6是本发明的节能效果图。如图6所示，本发明的节能效果采用ONU处于运行模式和休眠模式的功率和平均休眠时间计算出的平均节能比率，即每个ONU平均能够节能的比率，ONU负载量为ONU数量占系统最大负载量的比例。平均节能比率η采用以下公式计算：

η = (1 - \frac{E_{1}}{E_{2}}) \times 100 %

E_{1} = Σ_{i = 0}^{N} (T_{active}^{i} \times P_{active} + T_{sleep}^{i} \times P_{sleep})

E2_＝N×(T_active+T_sleep)×P_active＝N×T_总仿真×P_active

E₁表示在仿真过程中ONU采用休眠机制时所消耗的能量，E₂是指在仿真的时间间隔内，ONU不采用休眠机制所消耗的总能量。

表示第i个ONU的休眠时间，T_sleep表示平均休眠时间，即仿真时间内每个ONU平均能够休眠的时间。

表示第i个ONU的工作时间，即发送机和接收机正常开启时的运行时间，T_active表示平均工作时间。P_active表示ONU在正常模式下的运行功率，P_sleep表示ONU在休眠模式下的休眠功率，本仿真中休眠功率是运行功率的9%，即P_sleep＝9%×P_active。

如图6所示，本发明中，虽然节能比率随着负载的增加在逐渐的减小，但在小负载的情况下节能效果却相当显著，当ONU负载小于0.8时，平均节能比率达到了40%以上。

图7是本发明上/下行数据包端到端时延随ONU负载的变化图。如图7所示，在满负载的情况下，下行数据时延及各种业务的三种优先级业务的上行数据时延均都小于0.95ms,这完全满足IEEE802.1D（媒体存取控制(MAC)桥接器）对数据业务的时延所做的建议，此外对于EF业务其数据包的端到端时延最小，BE业务数据包的端到端的平均时延最大，AF业务居中，这也满足实际需求中对高优先级的业务保证了其数据高质量的传输。可见，本发明的数据包端到端时延可以满足实际应用需求。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种宽带接入网的节能方法，其特征在于，包括以下步骤：

\{\begin{matrix} B_{n} = 0, & n = 1 \\ B_{n} < {Th}_{n}, & n = 2, . . ., P \end{matrix}

如果是深度休眠模式，则开启发送机根据上行数据参数开始发送其上行数据，并发送新的上报帧，每个ONU上报帧的发送时间各不相同，发送完后关闭发送机，根据下行数据参数在下行数据的开始接收时间到来时开启接收机接收下行数据，接收完毕后关闭接收机，设置唤醒定时器，其唤醒时间为下一个轮询周期开始时间；

2.根据权利要求1所述的接入网的节能方法，其特征在于，所述步骤S2中优先级业务包括3级，第1级为加速转发型业务，第2级为确保转发型业务，第3级为尽力转发型业务。

3.根据权利要求1所述的宽带接入网的节能方法，其特征在于，所述步骤S6中集合H中第j个ONU设置的下行数据接收时间R_{down_j}＝T_{down_j}+Δt_j，其中T_{down_j}为OLT预计安排的该ONU的下行数据发送时间，Δt_j为OLT发送下行数据到该ONU的传输时间。

4.根据权利要求1所述的宽带接入网的节能方法，其特征在于，所述步骤S7中第i个ONU授权帧的发送时间T_{G_i}为：

T_{G_i} = \{\begin{matrix} T_{G_set}, & i = 1 \\ T_{G_(i - 1)} + t_{G} + t_{g}, & i = 2, . . ., N \end{matrix}

5.根据权利要求1所述的宽带接入网的节能方法，其特征在于，所述步骤S8中，普通休眠模式的ONU上报帧的开始发送时间为上行数据的开始发送时间。

6.根据权利要求1所述的宽带接入网的节能方法，其特征在于，所述步骤S8中，普通休眠模式的ONU上报帧的开始发送时间T_re＝T_up+t_up-t_re，其中T_up为上行数据的开始发送时间，t_up为上行数据发送的持续时间，t_re为上报帧发送的持续时间，如果上报帧发送时控制子信道被占用，则延迟t_re再次尝试发送。