圖1. 電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

其次，核心網(wǎng)中的IP路由是主要耗能設(shè)備，其能耗約占全網(wǎng)能耗的90%，如何減小路由耗能也是核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)能要考慮的一個重要方面。

核心路由的線卡和機箱耗能是不可忽視的，線卡和機箱的配置不同導致能耗不同。一般機箱填充級別越高，節(jié)能越明顯，也就是，高填充率的機箱比低填充率機箱每比特消耗能量少。

第三，核心網(wǎng)中呈現(xiàn)出多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故其節(jié)能應考慮多層網(wǎng)絡(luò)的綜合耗能情況。由于大部分交換和傳送設(shè)備的耗能在一定程度上取決于業(yè)務負載，因此涉及到多層流量疏導，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務的最優(yōu)化處理，以減小使用波長和ADM用量。目前流量疏導主要集中于靜態(tài)業(yè)務方案下的WDM環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，通過建立普遍的流量疏導模型，利用啟發(fā)算法來解決流量疏導以達到網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化。另外，經(jīng)路由傳輸?shù)腎P包大小對其耗能也存在影響。即恒定比特業(yè)務傳輸時，IP包越大，耗能越小。

圖2 長距離PON結(jié)構(gòu)圖

第四，傳統(tǒng)的最佳路徑選擇依據(jù)為最小跳數(shù)，但最小跳數(shù)路徑的節(jié)點被過度使用可能性大，因而造成網(wǎng)絡(luò)耗能增加并影響網(wǎng)絡(luò)壽命。因此，人們提出了能量感知路由，它將路徑剩余能量也作為最佳路徑選擇的指標，以此降低網(wǎng)絡(luò)耗能并延長網(wǎng)絡(luò)壽命。能量感知路由有兩種設(shè)計：一種是功率效率設(shè)計，即整合路由 ASICs/FPGAs并提出一種可升級中心結(jié)構(gòu)，使得路由耗能減小50%。另一種為功率節(jié)約設(shè)計，即減小額外的能耗，包含靜態(tài)性能控制和動態(tài)性能控制兩方面。靜態(tài)性能控制可實現(xiàn)10%~20%的節(jié)能，動態(tài)性能控制可以根據(jù)到達業(yè)務量動態(tài)改變路由性能，是下一代路由發(fā)展的趨勢。

城域網(wǎng)因地制宜

城域網(wǎng)界于局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間，它覆蓋一個城市的地理范圍，連接用戶的業(yè)務聚合設(shè)備并和核心網(wǎng)直接相連。不同城域網(wǎng)所采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不同。在城域網(wǎng)的主要技術(shù)有SONET、WDM環(huán)、以太網(wǎng)等。其中城域WDM環(huán)形結(jié)構(gòu)應用廣泛。

圖3 未來綠色光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

針對單向WDM環(huán)形網(wǎng)絡(luò)考慮3種結(jié)構(gòu)：FG(First-Generaion)光網(wǎng)絡(luò)，SH(single-hop)網(wǎng)絡(luò)，MH(multi- hop)網(wǎng)絡(luò)。在FG光網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點流入流出業(yè)務都是電處理，包括中繼業(yè)務;在SH網(wǎng)絡(luò)中，當節(jié)點為源節(jié)點或是目的節(jié)點的時候才進行電處理;MH網(wǎng)絡(luò)介于兩者之間。當單向WDM環(huán)形網(wǎng)有著均勻的業(yè)務時，且連接速率接近波長容量，MH網(wǎng)絡(luò)耗能比FG低 。當連接速率較低時，MH網(wǎng)絡(luò)比SH網(wǎng)絡(luò)更好，因為MH網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務復用方面更為靈活。

以太網(wǎng)節(jié)能問題的研究重點，主要在于降低以太網(wǎng)接口的能耗問題。在IEEE 802.3az工作組的工作中，為減小以太網(wǎng)能耗，工作組對高效以太網(wǎng)各種電子接口，包括1000BASE-T和10GBASE-T，進行了標準化處理。這方面研究的主要思路是：在負載較小時，通過降低端口速率甚至關(guān)閉端口來降低能耗。關(guān)于以太網(wǎng)能耗問題的研究將進一步削減以太網(wǎng)的運營成本，使得以太網(wǎng)逐步成為一項綠色技術(shù)。

接入網(wǎng)雙管齊下

作為連接用戶終端設(shè)備和某種業(yè)務網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，接入網(wǎng)是電信網(wǎng)絡(luò)的最后一公里設(shè)施，組成了電信網(wǎng)絡(luò)的大部分?，F(xiàn)代接入網(wǎng)的特點是綜合業(yè)務接入，特別是多媒體業(yè)務和IP業(yè)務的綜合接入。有研究表明，由于存在大量活躍節(jié)點，接入網(wǎng)消耗了全網(wǎng)的70%的能量。所以，降低接入網(wǎng)的能耗就可顯著降低全網(wǎng)絡(luò)能耗。

當前的接入網(wǎng)技術(shù)主要有有線接入和無線接入兩類。有線接入技術(shù)包括xDSL、CM、FTTx等，無線接入技術(shù)包括Wi-Fi、WiMAX和蜂窩數(shù)據(jù)服務(如LTE、2G、3G等)。

有線接入介紹當前廣泛使用的FTTx，作為FTTx主要技術(shù)的PON的節(jié)能主要從改進集成電路技術(shù)、節(jié)能芯片設(shè)計、設(shè)備改良幾個方面來考慮。新型網(wǎng)絡(luò)長距離無源光網(wǎng)絡(luò)LR-PON(Long-reach Passive Optical Network)的提出，如圖2所示，將傳統(tǒng)PON的傳輸距離由20km延伸到100km，可以為大量接入/城域地區(qū)的客戶提供寬帶接入，是一個有前途的未來接入網(wǎng)的方案。由于在中心局和用戶之間采用無源器件實現(xiàn)長距離傳輸，使得傳輸耗能大大減小;且合并多種光線路終端和中心局，簡化了網(wǎng)絡(luò)，減少設(shè)備接口和網(wǎng)絡(luò)元素，實現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能。

無線接入以蜂窩數(shù)據(jù)服務為例，在蜂窩數(shù)據(jù)服務中，由于ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點限制源功率和傳輸功率，所以通常采用一種基于蜂窩的路由感知協(xié)議，來實現(xiàn)能量感知和負載平衡。

未來節(jié)能網(wǎng)絡(luò)暢想

未來綠色光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，它應該具有五大特點。

其一，整個網(wǎng)絡(luò)為全光網(wǎng)絡(luò)，信號交換、選路、傳輸和恢復等所有功能都以光的形式進行，不但突破了電傳輸?shù)乃俾势款i，而且無需光/電、電/光轉(zhuǎn)換設(shè)備，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗。

其二，使用動態(tài)能量感知路由，根據(jù)業(yè)務量動態(tài)改變路由性能，即根據(jù)業(yè)務量調(diào)整發(fā)射器的功率及根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和鏈路剩余能耗實現(xiàn)最佳路徑選擇，從而減小某些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的過度使用，使數(shù)據(jù)流平均分布在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中。

其三，采取動態(tài)流量疏導，在不改變ADM和波長的數(shù)量及ADM分布的情況下，通過動態(tài)改變各個波長所承載的業(yè)務，調(diào)節(jié)業(yè)務在波長中的分布，靈活實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)化，達到用最少的ADM數(shù)量來支持動態(tài)改變的業(yè)務。

其四，根據(jù)節(jié)點和鏈路的業(yè)務量大小，對于未利用和低于閾值的節(jié)點和鏈路進入休眠，對于高利用率節(jié)點設(shè)置較低閾值，低利用率節(jié)點設(shè)置較高閾值，在業(yè)務達到閾值則開啟節(jié)點，低于閾值則選擇其它鏈路，達到動態(tài)高效利用節(jié)點和鏈路的目的。

其五，采用長距離接入網(wǎng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)城域網(wǎng)和接入網(wǎng)，其光線路終端到本地交換的90km饋線段和本地交換到ONU的10km下線段均采用無源器件傳輸，減小傳統(tǒng)方案有源器件的耗能。由于上行信息的突發(fā)模式，使得ONU存在大量空閑時間，可以設(shè)計業(yè)務觸發(fā)機制，即有信息傳輸才啟動OUN，無信息則進入休眠模式，以此減小ONU空閑時間能耗。

節(jié)能光網(wǎng)絡(luò)是一個近來較新的研究點，本文總結(jié)了光網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)能方案，為節(jié)能網(wǎng)絡(luò)研究有興趣的研究者提供了參考，希望有助于未來綠色光網(wǎng)絡(luò)的研究。

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