Sleep Mode for Energy Saving PONs: Advantages and Drawbacks
Autores:
Shing-Wa Wong, Luca Valcarenghi, She-Hwa Yen, Divanilson R. Campelo, Shinji Yamashita, y Leonid Kazovsky
Enlace:
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5360736
Antes de comenzar a resumir el artículo aquí hay una lista de abreviaciones que es necesario tener en cuenta:
Introducción
Un enfoque común para reducir el consumo de energía en redes de comunicación es permitir a los elementos de la red para cambiar al modo de reposo. Si bien esta técnica ha sido ampliamente utilizada en redes inalámbricas, los estudios recientes han propuesto explotar el modo de reposo en redes cableadas para conservar la energía también. En este trabajo se se centra en algunas implementaciones posibles de modo de espera en redes ópticas (PON). En particular, el modo de suspensión ONU es
considerado. En el documento se describe por primera vez el proceso de despertar ONU utilizando protocolos de multiplexación por división de tiempo (TDM actuales) PON.
Las ventajas en términos de ahorro de energía se calculan analíticamente bajo diferentes escenarios de tráfico. En el uso de las arquitecturas propuestas, los resultados analíticos muestran que más de 50% de energía se ahorro de tráfico TDM realista. Por último, los posibles inconvenientes en cuanto a los nuevos retos de programación también se discuten y se presentan soluciones potenciales.
Modo de reposo y sincronización en TDM-PON
En el actual TDM-PON, OLT transmite físicamente tráfico de bajada a todas las ONU que permanecen activas aunque no son el destino de los datos. Esto se muestra en la siguiente figura los ahorros potenciales de energía deben mantenerse activos sólo en los intervalos de tiempo de recepción (es decir, cuando los datos están destinados a ellos) (sombreado) y cambiar al modo de dormir en los intervalos de tiempo vacíos (blanco). Mediante la explotación de la propiedad multiplexación estadística del tráfico, lo que provocaría una reducción significativa en el consumo de energía.
Para activar el modo de suspensión en la corriente TDM-PON, la ONU debe despertar del modo de suspensión y recuperar la sincronización con la red, la siguiente figura muestra las fases necesarias para una ONU cuando se quita el modo de dormir: la ONU debe recuperar el reloj OLT (Trecovery) y recuperar la sincronización con la red (Tsync). Esto causa en una sobrecarga,
Toverhead = Trecovery + Tsync ,después de lo cual la ONU puede escuchar la asignación de ancho de banda y enviar o recibir datos de nuevo. El tiempo de sincronización, Tsync, depende de la formulación y el protocolo MAC utilizado. La subsección siguiente asume que el reloj se ha recuperado correctamente y detalla cómo una ONU podría recuperar la sincronización con la red del modo de suspensión, es decir, el proceso de sincronización.
Proceso de sincronización GPON
La transmisión GPON (GTC) especifica una marco GTC que dura 125μs , como se muestra en la figura siguiente al inicio de cada trama GTC, un bloque de control físico (PCB) se inserta, que incluye 4 bytes de sincronización física (Psync) y los bytes variables de asignación de ancho de banda ascendente. El ONU despierta el modo para ganar la sincronización de los primeros bytes del marco GTC. Cuando la ONU se despierta en medio de un GTC , que recibiría un encabezado Psync a más tardar 125μs más los 4 bytes para sincronizar con el marco GTC. Por lo tanto, el retardo máximo más largo que la sincronización no es 125μs.
Después de la sincronización de la trama GTC, la ONU podría reanudar el envío o recepción de datos en caso de que reciba un paquete o la asignación de ancho de banda. En GPON, esto podría ser
realizado utilizando el mapa de campo incrustado al final del PCB o el campo identificador de puerto de la encapsulación GPON.
Proceso de sincronización EPON
EPON tiene frames mucho más cortas que GPON. Cada EPON comprende solamente un paquete Ethernet, cuya unidad máxima de transmisión (MTU) de 1500 bytes, precedidos por un multi-punto de control (MPC) cabecea. Esta cabecera incluye un MPC que incluye una posición inicial fija delimitador (SPD) para permitir a la unidad ONU obtener la sincronización con el inicio del frame EPON. Por lo tanto, el tiempo de sincronización esperado en EPON es más corto que el tiempo de espera en GPON (125μs).
En EPON, multi-punto de protocolo de control (MPCP) se utiliza para reservas y asignar ancho de banda en la red. después sincronización con un marco de EPON, la ONU podría entonces aprender la asignación de aguas abajo de la capa de enlace subsiguiente campo de identificación (LLID). Para ancho de banda aguas arriba, la unidad ONU espera un mensaje de puerta que lleva sus donaciones de ancho de banda antes de enviar el tráfico.
Ahora se muestra el modo de dormir usando la arquitectura actual del receptor ONU. Enronces se proponen dos nuevas arquitecturas ONU de receptor que podría significativamente reducir el tiempo de recuperación de reloj en el proceso de despertador.
En esta arquitectura, la señal óptica recibida es convertida primero en señal de energía eléctrica señal (es decir, la corriente) por un fotodiodo. Hay dos etapas de amplificadores eléctricos, incluyendo transimpedancia amplificador (TIA) y amplificador limitador (LA), amplifican la señal eléctrica antes de enviarla en el modo continuo Circuito CDR (CM-CDR). El CM-CDR envía la recuperación datos y de reloj para el deserializador (DMUX). El DMUX manda salidas paralelizadas de datos a la velocidad más baja, back-end digital de circuito para su posterior procesamiento. El circuito digital de fondo comprende principalmente la memoria y diversos datos digitales de procesamiento de bloques. Los detalles específicos del back-end digital de circuito se omiten debido a que sus implementaciones varían.
En esta arquitectura, cuando la ONU cambia al modo de dormir, todo el circuito analógico "front-end" y parte del "back-end" del circuito digital se apaga. Algunas partes del "back-end" digital de
circuito, tales como la memoria y reloj volátil, no se puede encender fuera y por lo tanto la ONU sigue consumiendo energía durante el modo de suspensión. Utilizando los datos de consumo de energía de una lista de PON bien conocida de proveedores de componentes, los consumos de energía previstos durante modo activo y el sueño por la opción 1 se resumen en la siguiente tabla:
Propuesta de Arquitectura del Receptor, opción 2
Para reducir el tiempo de recuperación de reloj experimentado por la primera opción, la unidad ONU receptor tendrá una arquitectura sobre la base de unidad ONU de un circuito de auto-actualización y un modo de ráfaga CDR (BM-CDR) es propuesto como opción 2. Se muestra el BM-CDR y el modo de dormir en el circuito de control que sustituye el circuito de CDR en la opción 1.
Propuesta de Arquitectura del Receptor, opción 3
Una desventaja de menor importancia de la opción 2 de la unidad ONU es que la arquitectura requiere la adición de un reloj preciso. Si bien no se espera que el coste de tales relojes sea alta, a menudo es deseable mantener el coste de la unidad ONU tan bajo como sea posible. Por lo tanto, se propone una arquitectura ONU alternativa que no añade ningún nuevo componente a la ONU de la opción pasada.
El análisis anterior no considera la pérdida de tráfico y retrasos de cola como resultado de la conmutación de una ONU de modo activo a modo dormir. Cuando los nuevos paquetes llegan a una ONU durante el modo de suspensión, ONU podría poner en cola los paquetes antes de que se quiten del modo dormir y recuperar la sincronización con la OLT, este proceso puede durar más de un tiempo de ciclo. Para resolver estos problemas, el OLT deben adoptar una programación más avanzada y un protocolo para asignar paquetes o subvenciones de ancho de banda ascendente cuando una ONU cambia al modo de suspensión. Un ejemplo de dicha programación avanzada y protocolo es el enfoque multi-poll eficiencia energética propuesto para las redes de área local inalámbricas.
Sin embargo, la amortiguación aumenta el retardo de paquetes. En TDM-PON, también ha demostrado notable reducción de almacenamiento en búfer de retardo cuando se utilizan modelos avanzados de predicción de tráfico.
Aunque minimiza el retardo es muy importante eliminar los efectos de la técnica de modo de suspensión sobre el tráfico.
El experimento sugiere que la opción 1, permite un ahorro de energía significativo cuando la ONU entra en modo de sueño para un largo período de tiempo. Esta característica podría ser útil cuando una ONU entra en un modo de stand-by en que la ONU sabe a ciencia cierta que va a estar fuera de línea para un cierto período de antemano. En muchos casos, sin embargo, una ONU no sabe acerca de su futura demanda de tráfico y la ONU tendría que despertar más a menudo para aprender acerca de la posibles asignaciones de tráfico. Las ONU son mucho más deseables. Por ejemplo, en la opción 2 y la opción 3 las unidades ONU proporcionan más de 10% de ahorro de energía que la opción 1 cuando el tiempo de sueño se encuentra entre 1 ms a 10 ms.
En este trabajo se presentan las posibles implementaciones de modo de dormir en las ONU para el ahorro de energía en redes PON. Se proponen arquitecturas que puede reducir significativamente los gastos de recuperación de reloj frente a arquitecturas ONU. Los resultados analíticos muestran que el ONU actual no logra un ahorro energético eficaz realista de tráfico TDM-PON. Por otra parte, se observan ahorros de energía, es decir, más del 50% de ahorro de energía, cuando se utilizan las dos arquitecturas propuestas.
Referencias
Referencias
- Shing-Wa Wong, Luca Valcarenghi, She-Hwa Yen, Divanilson R. Campelo, Shinji Yamashita, Leonid Kazovsky, (2002). Sleep Mode for Energy Saving PONs: Advantages and Drawbacks. Photonics and Networking Research Laboratory. (), pp.6
Extraños paréntesis ahí en la referencia. No se pone la asociación laboral de los autores, sino en qué se publicó (memorias de congreso, revista o qué) el artículo. Casi está en el formato correcto, pero falta afinar. A la próxima quito un punto se persigue el problema. 7 pts.
ResponderEliminar