基于onu和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法
【专利摘要】基于ONU和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法，属于通信网络【技术领域】。过程如下：首先每产生一个业务就使用带有权重的和跳数补偿的路由方法为业务计算路由，如果路由不存在则唤醒所有休眠的接口，重新计算，然后按照计算结果转发业务。同时，当ONU的报告时间到时，每个ONU向OLT发送报告包，OLT收到报告包之后根据ONU报告的内容进行决策，控制ONU的工作模式。当无线射频接口的优化时间到时，就为接口分配优先级，按照优先级顺序转移接口业务，休眠业务为0的接口，达到节能的目的。采用本发明中基于ONU和无线射频接口休眠的光纤-无线混合接入网节能方法，能降低网络能耗，提高网络设备能效。
【专利说明】基于ONU和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信网络【技术领域】，特别涉及一种基于0NU和无线射频接口休眠的光 纤-无线混合接入网节能方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于交互式游戏、远距离视频会议及其他多媒体应用业务的出现，导致用 户对网络带宽的需求不断增长。而骨干网的带宽和可靠性都由于光网络技术的进步和发展 而得到很大提升。同时，传统的几种接入方式（如数字用户线DSL、同轴电缆等）由于带宽 和灵活性等因素的限制已经日益无法满足用户不断增长的需求。因此，在接入网中，如何实 现向用户提供灵活的宽带接入这一问题亟待解决。同时，随着越来越多的个人电脑等通信 终端进入人们的生活，接入网的规模逐渐扩大，网络系统的能量消耗也在快速增长。调查显 示，每年全球网络系统能耗占总电力能耗的8%。作为网络系统十分重要的组成成分之一， 接入网占用70%的网络系统总能耗。因此，接入网能耗过度的问题已经成为限制网络发展 的首要问题。
[0003] 作为接入网的新兴技术之一，光纤-无线混合接入网（Fiber-Wireless Access Network, FiWi接入网）将光接入网（如无源光网络（Passive Optical Network, PON)与 无线网状接入网（Wireless Mesh Network, WMN)相结合，它既具有WMN灵活性高、成本低、 自愈性好的优点，又继承了 Ρ0Ν高带宽、远距离、高可靠性的优势，满足用户宽带灵活接入 的需求，因此是一种极具发展前景的"最后一公里"解决方案。图1为FiWi接入网的网络 架构示意图，后端Ρ0Ν是由位于中心端局的光线路终端（0LT)、分光器（Splitter)和光网络 单元（0NU)组成，分光器是一种连接一个0LT与多个0NU的无源器件。前端WMN是一种由 多个无线路由器组成的网状网，每个无线路由器都可以直接与用户终端相连。无线网关是 连接Ρ0Ν和WMN的无线路由器。树形的Ρ0Ν拓扑保证了网络具有大容量的特征，同时，随着 网络设备的改进，具有多射频接口、支持接口信道切换的无线路由器的应用越来越广泛，大 大提高了 WMN的网络容量，也成为FiWi接入网的优势所在。
[0004] 0NU和无线路由器作为FiWi接入网的重要设备，其能耗和能效也是不可忽视的。 由于网络负载是随时间动态变化的，因此拓扑固定的网络就会产生一些弊端。如果设计的 网络拓扑是满足通信尖峰时刻的容量要求，则网络负载较低时，就会有许多设备处于空闲 状态，从而导致网络能效降低。因此，可以通过将低负载的设备休眠来达到节能的目的。当 前的FiWi接入网节能方法中，大都只考虑Ρ0Ν的节能，其休眠时间固定、自唤醒的0NU也 无法很好地适应业务量的动态变化；或者，只研究和设计WMN为单射频接口的方案，使网络 的容量大大受限。因此，在提高网络容量和QoS的基础上，优化设备工作状态，设计动态的 FiWi接入网节能方法具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于0NU和无线射频接口休眠的光 纤-无线混合接入网节能方法EFORS，用于降低网络能耗，解决FiWi接入网能效过低问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :初始化网络拓扑，设定每条链路的容量为其链路的权重；设置0NU休眠的 高门限和低门限值，以及0NU状态报告周期和无线射频接口的优化周期；
[0008] 步骤2 :每当网络中有业务到达，计算从该节点到0LT满足业务转发最大跳数限制 的权重之和并添加跳数补偿因子之后的最短的一条路径；如果路径存在，则作为业务的转 发路径，将业务按照该路径转发；否则，如果网络中存在休眠的射频接口，开启所有休眠的 射频接口重新计算路由，进行转发；
[0009] 步骤3 :业务的传输会占用链路容量，修改链路的权重，其值为链路的剩余容量；
[0010] 步骤4 :当0NU状态报告周期到达，每个0NU都向0LT发送一个数据包，报告本0NU 的当前负载，并判断其负载与高门限和低门限的关系，报告模式请求；当本0NU处于活跃状 态且其负载低于低门限时，发送休眠请求；当本0NU活跃且其负载高于高门限时，发送唤醒 请求；否则无请求；
[0011] 步骤5 :0LT判断接收本周期内所有0NU的报告包后，根据每个0NU的负载和模式 请求，决策0NU的状态；如果某个0NU请求休眠，则判断（1)网络中其他活跃的0NU负载都 不高于高门限；（2)网络中其他活跃0NU的剩余容量之和大于本0NU的负载；如果上述两个 条件成立，则该0NU休眠；如果某个0NU请求唤醒，则找到网络中某个休眠的0NU，向其发送 唤醒命令；0LT将以上决策结果写入数据包发送给0NU ;
[0012] 步骤6 :0NU受到0LT的命令包，更新当前状态；
[0013] 步骤7 :休眠0NU的当前负载通过步骤2中的路由方法重路由；
[0014] 步骤8 :当无线射频接口的优化周期到达，将接口按照负载大小分配优先级，负载 小的接口具有更高的优先级；
[0015] 步骤9 :按照接口的优先级顺序，使用步骤2中的路由方法将接口上的业务转移到 其他接口上去；
[0016] 步骤10 :如果接口的所有业务都可以被转移，则执行转移，休眠该接口；否则，不 执行转移，接口保持开启；如果所有接口优化完成，结束，等待下一周期，否则转移到步骤9 优化下一接口。
[0017] 一种基于0NU和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法，包括以下步骤：
[0018] 步骤1 :在lkmXO. 5km的方形网络区域中部署网络设备，设置0NU状态转换的低 门限WlOT = 0. 05,和高门限Whigh = 0. 8 ;初始化每条链路的权重为其当前容量，跳数补偿参 数m= 1 ;设置0NU报告周期为10ms，无线射频接口优化周期为0. 5s ;初始化后系统进入等 待状态；
[0019] 步骤2 :网络中随机50%的无线路由器按照按照包到达率500、550、555、588、600、 625、650、666、700、750、769、800、833、850、900、909、950、1000 个 /s 产生数据包；每十个数 包代表一个业务请求；
[0020] 步骤3 :当路由器检测到有业务到达，就为业务计算从该路由器到0LT的一条权重
【权利要求】
1. 基于ONU和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1 :初始化网络拓扑，设定每条链路的容量为其链路的权重；设置0NU休眠的高门 限和低门限值，以及0NU状态报告周期和无线射频接口的优化周期； 步骤2 :每当网络中有业务到达，计算从该节点到0LT满足业务转发最大跳数限制的权 重之和并添加跳数补偿因子之后的最短的一条路径；如果路径存在，则作为业务的转发路 径，将业务按照该路径转发；否则，如果网络中存在休眠的射频接口，开启所有休眠的射频 接口重新计算路由，进行转发； 步骤3 :业务的传输会占用链路容量，修改链路的权重，其值为链路的剩余容量； 步骤4 :当0NU状态报告周期到达，每个0NU都向0LT发送一个数据包，报告本0NU的 当前负载，并判断其负载与高门限和低门限的关系，报告模式请求；当本0NU处于活跃状态 且其负载低于低门限时，发送休眠请求；当本0NU活跃且其负载高于高门限时，发送唤醒请 求；否则无请求； 步骤5 :0LT判断接收本周期内所有0NU的报告包后，根据每个0NU的负载和模式请求， 决策0NU的状态；如果某个0NU请求休眠，则判断（1)网络中其他活跃的0NU负载都不高于 高门限；（2)网络中其他活跃0NU的剩余容量之和大于本0NU的负载；如果上述两个条件成 立，则该0NU休眠；如果某个0NU请求唤醒，则找到网络中某个休眠的0NU，向其发送唤醒命 令；0LT将以上决策结果写入数据包发送给0NU ; 步骤6 :0NU受到0LT的命令包，更新当前状态； 步骤7 :休眠0NU的当前负载通过步骤2中的路由方法重路由； 步骤8 :当无线射频接口的优化周期到达，将接口按照负载大小分配优先级，负载小 的接口具有更高的优先级； 步骤9 :按照接口的优先级顺序，使用步骤2中的路由方法将接口上的业务转移到其他 接口上去； 步骤10 :如果接口的所有业务都可以被转移，则执行转移，休眠该接口；否则，不执行 转移，接口保持开启；如果所有接口优化完成，结束，等待下一周期，否则转移到步骤9优化 下一接口。
2. -种基于0NU和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法，其特征在于包括以下步 骤： 步骤1 :在lkmXO. 5km的方形网络区域中部署网络设备，设置0NU状态转换的低门限 WlOT = 0. 05,和高门限Whigh = 0. 8 ;初始化每条链路的权重为其当前容量，跳数补偿参数m =1 ;设置ONU报告周期为10ms，无线射频接口优化周期为0. 5s ;初始化后系统进入等待状 态； 步骤2 :网络中随机50%的无线路由器按照按照包到达率500、550、555、588、600、625、 650、666、700、750、769、800、833、850、900、909、950、1000 个 /s 产生数据包；每十个数包代 表一个业务请求； 步骤3 :当路由器检测到有业务到达，就为业务计算从该路由器到0LT的一条权重之和
和跳数补偿后代价最小且满足最大条数Η限制的路径，S卩 +〃xw .如果该 * 路径存在，则按照该路径对业务实施转发，否则开启所有网络中休眠的射频接口，重新计算 路径； 步骤4 :如果到达ONU报告时间，每个ONU检测其当前负载，并与W1()w和Whigh比较；对于 〇_，如果其当前为活跃模式且负载&< ，则发送休眠请求，如果: ，则发 送唤醒请求，否则，不发送请求；将其当前负载和请求一起写入数据包，发送给0LT ; 步骤5 :0LT收到本周期内所有0NU的请求包，逐个判断0NU的模式，发送命令包控制 0NU的模式切换； 步骤5-1 :如果0叫发送了休眠请求，且其他0NU满足，且 其他0NU能够承载当前0NU的负载
2 ^则向ON%发送休眠请求； 步骤5-2 :如果ON%发送了唤醒请求，则0LT寻找网络中是否有休眠的0NU，如果存在， 则唤醒该0NU，否则，不处理； 步骤5-3 :0NUi没有发送请求，不作处理； 步骤6 :0NU收到0LT的模式命令包，按照其命令切换或者保持其工作模式；对于切换 后休眠的0NU，其当前所有负载，通过步骤3中的路由算法进行重路由和转发； 步骤7 :如果到达无线射频接口的优化时间，则进行无线射频接口优化，通过业务转移 和汇聚关闭负载为零的接口； 步骤7-1 :按照接口当前负载大小为接口分配优先级，负载小的接口具有更高的优先 级； 步骤7-2 :按照接口优先级顺序，使用步骤3中描述的路由方法将接口的业务转移到其 他活跃的接口上去，如果能够转移，则实施转移，关闭接口；否则，不进行任何操作； WlOT :0NU检测时的负载低门限； Whigh :0NU检测时的负载高门限； A :源节点到目的节点路径上第i段链路的剩余容量，i e (1，n)，n为总跳数； m :跳数补偿参数； ON% :第 i 个 0NU ; 々勝/厂：0NUi的负载； ON%的容量。 Η :业务路由最大跳数。
3.根据权利要求2所述基于0NU和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法，其特征 在于所述步骤1 :在lkmXO. 5km的方形区域内设置一个FiWi接入网，0LT与Splitter之间 距离约为0. 5km，splitter连接4个0NU，每个0NU下行各有两个网关，网关附近分布着41 个无线路由器，部署成网格状；0LT与Splitter、Splitter与0NU之间都是lGbps的光纤连 接，0NU与网关之间为54Mbps电缆连接，网关与无线路由器和无线路由器之间为54Mbps无 线链路，无线链路的候选信道为802. 11a协议的11个正交信道；0NU活跃模式和休眠模式 的功率分别为10W和2W ;无线路由器有2个射频接口，每个发射机功率为3. 63W，每收机功 率为0. 825W，休眠模式的发射机和接收机都为0. 132W ;每个无线路由器到其目的0NU的无 线接入跳数不超过Η = 10跳。
4.根据权利要求3所述基于ONU和无线射频接口休眠的混合接入网节能方法，其特征 在于各所述无线路由器有相同的传输范围，只有位于彼此传输范围内的两个无线路由器之 间才存在可用的双向无线链路；每个无线路由器负责聚合来自其覆盖范围内的用户业务， 并通过无线多跳路径将业务传递到目的节点0LT ;在无线路由器与0LT之间至少存在一条 长度小于Η跳的无线路径实现业务接入，确保无线路由器到0LT的端到端时延要求。
【文档编号】H04W52/02GK104301972SQ201410541701
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】赵宏昊, 孟凡博, 吴迪英, 黄国辉, 李然, 王忠波 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司, 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司