[发明专利]一种基于网络编码的PON中的节能调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于网络编码(Network Coding, NC)的无源光网络(Passive Optical Network, PON)中的节能调度方法。涉及到OLT与ONU节能和服务质量（Quality of Service, QoS）等问题，针对实际网络中对QoS与节能的需求进行设计，属于光纤接入网技术领域。

 

背景技术

近年来，随着环境问题的不断恶化，节能减排已经成为许多领域的重要研究内容。光接入网以其广泛的部署和庞大的设备数量，能耗占整个网络系统总能耗的21.3%，已经成为了节能减排中的重要节能研究对象。PON是当今世界上主要的接入方案之一，具有覆盖面积大、传输速率高、成本低和易于维护等优点，有关PON的节能研究主要集中于网络单元的睡眠机制方面。光网络单元(Optical Network Unit, ONU)休眠机制已经被广泛研究，上行集中式调度(Upstream Centric Scheduling, UCS)与下行集中式调度(Downstream Centric Scheduling, DCS)被认为是最常见的节能调度机制，并已经被证明具有良好的节能效果。光线路终端(Optical Line Terminal, OLT) 占整个PON能耗的50%以上，但因其处于网络中心而无法将其休眠。

与此同时，随着对等(Peer-to-peer，P2P)网络文件共享、视频点播、高清电视和社区网络服务等业务的发展，网络业务本地化趋势已经日趋明显，为网络编码技术在PON的引入提供了条件。NC技术已经被应用于PON，即在内部业务的传输过程中，结合PON中光分路器的组播特性，可以通过网络编码技术实现OLT的节能，提升网络传输性能。PON中NC的实现上无需硬件扩展与开发，只需扩展已有的传输协议，最大可以实现50%的下行吞吐量。

目前，可以通过将包汇聚思想以及下行带宽预留的UCS应用于基于NC的PON中，来实现能量管理与节能调度。可以有效地将NC技术在PON中实现，并有一定的节能效果。

 

发明内容

目前，基于NC的PON中，现有节能调度算法主要存在以下缺点：

1）已有节能调度机制主要面向普通PON，主要针对PON中OLT与ONU之间的单播传输，即数据包的目的节点为单一ONU。而引入NC技术后，网络中加入了组播传输，同一数据包可以被多个ONU接收。已有节能调度机制并没有加入组播考虑，会造成能源与带宽的浪费；

2）已有节能调度机制中只有对于ONU节能的考虑，在引入了NC技术后，NC技术导致了OLT的节能，增加对NC技术的利用，使更多业务可以通过NC传输，可以加强OLT的节能效果。已有节能调度机制无法实现对于OLT节能的考虑与优化，无法达到NC技术利用的最佳效果；

3）在已有的节能调度机制中，仅仅考虑了QoS与节能指标，引入NC技术后，缺少对于NC传输的有效控制及网络实际需求的考虑，对QoS造成了影响。

鉴于此，如何在引入NC技术的PON中考虑节能和QoS，提高网络资源利用率并进行NC的合理控制已成为该领域的研究重点。本发明的主要目的是在基于NC的PON中设计一种节能调度方法，该调度方法同时考虑了OLT与ONU的节能问题以及QoS，将ONU节能技术、网络编码技术和双向集中式调度（Bidirectional Centric Scheduling，BCS）相结合，提高网络资源的利用效率，更适应实际网络传输需求，能在网络低负载条件下实现更好的节能效果，在中高负载情况下，提升网络带宽利用率与网络的服务质量。

本发明采用下述的技术方案：

一种基于网络编码的无源光网络（PON）中的节能调度方法，包括节能控制和时隙调度。所述PON为时分复用PON，包括一个OLT、n个ONU和一个光分路器，支持精确时钟同步唤醒与NC功能；ONU可以切换到TRx或Tx两种节能模式；PON系统通过Gate与Report包来实现网络传输和网络编码的控制与管理。控制过程如下：OLT不直接参与ONU模式的切换控制，而是通过为ONU分配上下行传输时隙来影响ONU的休眠时间。

进一步地，下行数据被缓存在OLT中按规定的下行时隙发送；OLT分配好时隙后生成Gate包向ONU授权带宽，ONU根据自身的时隙分配情况在指定的时间选择自身最节能的模式进行切换；各个时隙的工作模式确定以后，ONU建立起一个工作状态表来管理接收机与发射机模块以保证工作模式的按时切换。