Ανάπτυξη Σχήματος Μείωσης Κατανάλωσης Ενέργειας για Παθητικά Οπτικά Δίκτυα τύπου 10G-EPON

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία στο βιβλιογραφικό της μέρος εστιάζει στην παρουσίαση λύσεων για την μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα και κυρίως στα παθητικά οπτικά δίκτυα (Passive Optical Networks - PONs) και στο ερευνητικό της μέρος, στην ανάπτυξη ενός νέου σχήματος μείωσης κατανάλωσης ενέργειας στα δίκτυα 10G-EPON. Οι λύσεις που παρουσιάζονται και το νέο σχήμα που προτείνεται, χρησιμοποιούν με αποδοτικό τρόπο την αλληλουχία καταστάσεων ύπνωσης, πλήρους ή μερικής και κανονικής, ώστε να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας των μονάδων οπτικού δικτύου (Optical Network Units - ONUs), όταν υπάρχει έλλειψη δικτυακής κίνησης ή υπολειτουργία των συσκευών. Το περιβάλλον μελέτης σε ότι αφορά το νέο σχήμα είναι ένα μονο-καναλικό 10G-EPON με μεταβαλλόμενο ρυθμό υποστηριζόμενων ONUs στην online έκδοση διαμοίρασης εύρους ζώνης. Οι στόχοι της εργασίας συνοψίζονται στα εξής: - Μελέτη και παρουσίαση της βιβλιογραφίας στο επιστημονικό πεδίο της μείωσης ενέργειας στα παθητικά οπτικά δίκτυα. - Ανάπτυξη ενός νέου σχήματος μείωσης κατανάλωσης ενέργειας στα δίκτυα 10G-EPON. - Αποτίμηση του προτεινόμενου σχήματος με προσομοίωση. - Συγκριτικά συμπεράσματα και προτάσεις. Η αποτίμηση της αναλυτικής προσέγγισης επιτεύχθηκε μέσω ενός εργαλείου προσομοίωσης που κατασκευάστηκε από την αρχή σε γλώσσα προγραμματισμού MATLAB, με τη χρήση γεγονοδηγούμενου προγραμματισμού (event-driven programming). Τα συγκριτικά συμπεράσματα προκύπτουν μέσα από γραφικές παραστάσεις απόδοσης με βάση τα αποτελέσματα συγκεκριμένων σεναρίων προσομοίωσης. Οι μετρήσεις απόδοσης περιλαμβάνουν: μέση κατανάλωση ισχύος των ONUs, αποδοτικότητα ενέργειας, μέση καθυστέρηση πακέτου και ρυθμοαπόδοση. Η εργασία αυτή περιλαμβάνει συνολικά πέντε κεφάλαια: το πρώτο κεφάλαιο περιλαμβάνει μια αναφορά στα τηλεπικοινωνιακά οπτικά δίκτυα και την απόδοση ενέργειας σε αυτά, το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στα PONs, στους τρόπους εξοικονόμησης ενέργειας σε αυτά και στην ανάλυση του κόστους και της κατανάλωσης ενέργειας στα WDM-PONs, το τρίτο κεφάλαιο έχει σαν θέμα την εξέλιξη από το 1G-EPON στο 10G-EPON και την εξοικονόμηση ενέργειας σε αυτά, στο τέταρτο κεφάλαιο και σημαντικότερο γίνεται η ανάπτυξη και η αποτίμηση με προσομοίωση καθώς και η μέτρηση της απόδοσης του νέου σχήματος μείωσης ενέργειας στα δίκτυα 10G-EPON και τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συγκριτικά συμπεράσματα και η μελλοντική εργασία.

This thesis in the bibliographic part focuses to the presentation of solutions to reduce energy consumption to the telecommunication networks and especially to the passive optical networks (PONs) and in the research part, in developing a new scheme to reduce energy consumption in networks 10G-EPON. The solutions presented and the new scheme proposed, use in an efficient way the sequence of sleep states, full or partial and normal, to reduce the energy consumption of optical network units (ONUs), when there is a lack of network traffic or underactive of the devices. The study environment in terms of the new scheme is a single-channel 10G-EPON with variable rate of the supported ONUs in the online version sharing bandwidth. The objectives of the work are summarized as follows: - Study and presentation of bibliography in the scientific field of energy reduction in passive optical networks. - Developing a new scheme to reduce energy consumption in networks 10G-EPON. - Evaluation of the proposed scheme with simulation. - Comparative conclusions and proposals. The evaluation of the analytical approach achieved through a simulation tool which was constructed from the beginning in MATLAB programming language, with the use of event-driven programming. The comparative results obtained through performance graphs based on the results of specific simulation scenarios. The performance metrics include: mean power consumption of ONUs, energy efficiency, mean packet delay and throughput. This thesis includes a total of five chapters: the first chapter includes a reference to the telecommunication optical networks and energy efficiency in these, the second chapter refers to the PONs, to the power saving modes in these and in the analysis of the cost and energy consumption in WDM- PONs, the third chapter has as theme the evolution from 1G-EPON to 10G-EPON and energy savings in these, in the fourth chapter and most important, becomes the development and evaluation by simulation as well as the measurement of the performance of the new scheme energy reduction in networks 10G-EPON and finally, in the fifth chapter are presented the comparative conclusions and the future work.