随着“信息化”社会建设的进一步加快以及宽带业务需求的进一步增加,通信网的能耗问题日趋严峻。通信网大量的电力需求不仅给各大网络运营商带来了额外的运营成本,也使得网络“提速降费”工程的推进变得更为艰难,阻碍了社会“信息化”与“智能化”的发展。接入网作为通信网中的“最后一公里”,其能耗占到了整个通信网能耗的80%。因此,开展接入网节能降耗研究对降低整个通信网的能耗具有重要意义。本文以光接入网为背景,讨论了光接入网节能降耗研究的现状,开展了光接入网节能降耗机制的研究。通过优化网络结构和动态资源调度机制,结合未来光接入网的需求和新兴光接入网先进技术,设计并提出了多种光接入网节能降耗方案。论文的主要研究和创新工作如下:1.基于光网络单元(ONU)分组互联的电子开关光接入网能效研究在基于电子开关的光接入网基础上,提出了ONU分组互联的光接入网方案。该方案通过将ONU分组,并对每个ONU组内的所有ONU进行两两互联,实现了在低负载下ONU流量的汇聚,减少了工作的电子开关端口数量。研究结果表明,该方案可在低负载下明显地降低网络功耗。其次,利用用户网络流量模型,研究了在不同ONU分组规模下该方案的日常节能表现,并综合建设成本探讨了最佳ONU分组规模。此外,针对非对称上下行流量的情景,进一步提出了上下行独立的ONU分组互联光接入网方案,实现了对电子开关光接入网在非对称上下行流量情景下网络功耗的优化。同时,对非对称上下行流量、上行链路速率以及ONU分组规模对上下行独立的ONU分组互联光接入网方案功耗的影响进行了深入探讨。2.基于动态资源调度的时分复用光接入网能效提升研究针对基于ONU轮询机制的10 Gbps以太无源光网络(10G-EPON),提出了两种基于动态资源调度的网络节能降耗方案,分别称为负载自适应轮询顺序调度(LASA)方案和轮询周期压缩(PCC)方案。a)LASA方案通过根据网络负载情况动态地控制每一轮询周期内ONU的轮询顺序,增加了在连续两个轮询周期内所有ONU可获得的总睡眠时间。相对于传统固定轮询顺序方案,LASA方案在保证网络时延性能的前提下,实现了ONU能效的有效提升。此外,针对低负载时轮询周期过短而LASA方案无法有效节能的问题,提出了固定最小传输时间(FMT)机制,改善了LASA方案在低负载时的能效。b)PCC方案通过将连续的数个轮询周期作为一个轮询周期重置循环,并设置压缩系数来动态地压缩和扩张每一个轮询周期重置循环内的轮询周期,增加了ONU在一个轮询周期重置循环内可获得的睡眠时间。研究结果表明,PCC方案有效提升了ONU的能效。此外,通过分析压缩系数和一个轮询周期重置循环中包含的轮询周期数目对系统能效和时延的影响,对压缩系数和一个轮询周期重置循环中包含的轮询周期数目的选择进行了讨论。3.多环结构的高生存性高能效光接入网方案在时-波分复用无源光网络(TWDM-PON)的基础上,提出了一种基于多环结构的高生存性高能效光接入网方案。该方案将光接入网分为4层,并在除了光链路终端(OLT)组层外的每一层内,将同一层的网络设备互联成一个环状结构,以此在实现同层设备之间相互保护的同时,增强了ONU接入OLT路径选择的灵活性。通过该方案,不仅网络备用设备的数量得到减少,而且在低负载下,ONU流量也可以得到更好地聚汇聚,使得大量网络设备能够关闭来实现节能。研究结果表明,该方案可在有效保证光接入网生存性的同时极大地降低网络建设成本和运行功耗。此外,受益于该方案的流量汇聚功能,其联合LASA方案可获得更为突出的网络节能降耗效果。4.基于数字滤波多址接入(DFMA)技术的高能效光接入网研究在数字滤波多址接入无源光网络(DFMA-PON)的基础上,提出了一种基于数字域子带分组分配的光接入网方案。该方案通过将多个数字域子带组合成一个子带组,并将一个子带组以时分复用的方式分配给多个ONU使用,提升了每个ONU的传输速率,增加了每个ONU可获得的空闲时间,以此进一步通过结合ONU睡眠唤醒节能机制,实现了ONU能耗的有效降低。其次,研究并讨论了该方案中一个子带组所含数字域子带数目对系统能效的影响。进一步地,结合工艺技术提升对器件功耗的影响,比较了该方案与传统光接入网方案平均传输每比特数据的能耗随工艺技术发展的变化,对网络升级换代可带来的能效提升进行了讨论。