无线光宽带接入网中基于能效环的节能算法设计与仿真实现

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无线光宽带接入网(Wireless-Optical Broadband Access Network, WOBAN)融合了光纤接入网容量大、可靠性强和无线接入网成本低、灵活性高的技术优势,是一种极具应用前景的最后一公里解决方案。然而,由于近年来宽带接入网能耗占据整个网络能耗的很大部分,因此有必要研究绿色无线光宽带接入网。目前,绿色无线光宽带接入网的研究主要集中在两方面。一方面,采用休眠低网络负载的光网络单元(Optical Network Unit, ONU)的方法节能,并在网络层设计路由算法,重路由无线前端受影响的业务。另一方面,在媒体访问控制层(Media Access Control, MAC)通过帧控制和调度来实现ONU的休眠/唤醒模式转换。然而,这些现有研究大都是针对具有一个光线路终端(Optical Liner Terminal, OLT)的单网段(segment)的无线光宽带接入网的节能策略,很少考虑有多个segment的无线光宽带接入网的节能策略。为此,本文提出了一种基于能效环的节能算法,该算法是针对多segment的无线光宽带接入网络提出的节能方案,旨在节省无线光宽带接入网中光后端部分,即无源光网络(Passive Optical Network, PON)部分的能耗。该方案包括不同segment之间光纤环的构建和节能算法设计两个步骤。第一步,首先建立了segment分簇问题的整数线性规划(Integer Linear Programming, ILP)模型,然后采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)寻找具有最小簇内segment全连接距离的分簇方案,接着采用回溯法确定具有最小簇内光纤铺设长度的光纤部署方案,进而构建出多个连接不同segment的光纤环路。第二步,针对多segment情景下的三种不同业务分布图,提出了启发式的基于休眠机制的节能算法,确定出能够休眠的低负载segment,并将相应的业务通过光纤转移到其它活跃的segment上,进而通过休眠这些低负载segment的主要耗能部件(即OLT和ONU),达到在不影响业务与网络连接的情况下最小化PON部分能耗的目的。为了评估和测试算法性能,本文通过VC++6.0软件和CPLEX 11.0分别对所设计的算法和ILP模型进行了仿真和求解。结果表明,本文所提的节能算法是有效的,不仅能有效地降低无线光宽带接入网PON部分的能耗,且付出的额外光纤部署代价较小。本文的研究为未来实现绿色无线光宽带接入网提供了一定的参考。
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