Eficiência Energética em Redes Ópticas Passivas de Próxima

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Eficiˆencia Energ´etica em Redes ´

Opticas Passivas de Pr´oxima

Gerac¸˜ao

Raisa O. C. Hirafuji1, Divanilson R. Campelo2

1_{Departamento de Engenharia El´etrica - Universidade de Bras´ılia (UnB)} Caixa Postal 4386 – 70910-900 – Bras´ılia – DF – Brasil

2_{Centro de Inform´atica (CIn), Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)} Caixa Postal 7851 – 50732-970 – Recife – PE – Brasil

raisaohana@ieee.org, dcampelo@cin.ufpe.br

Abstract. Existing passive optical networks (PONs) may support two standar-dized power saving modes, Doze and Cyclic Sleep, which are protocol-based mechanisms for optical network unit (ONU) power management. However, des-pite the fact that these two modes have been standardized, there is no technical reason to maintain the separation between them. Recently, we have proposed a new and single power management mode for time division multiplexed (TDM) PONs, named Unified or Watchful Sleep mode, which combines the advantages of both Doze and Cyclic Sleep modes into a unique and simpler framework. In this paper, the performance of the Watchful Sleep mode is evaluated for next-generation PONs, namely TWDM PONs (time - and wavelength division multi-plexed PONs), whose transmission convergence layer will be inspired in those of the existing PON standards. Simulation results show that the Watchful Sleep mode outperforms the other two modes in energy efficiency for TWDM PONs. Resumo. Redes ópticas passivas (passive optical networks, PONs) existentes podem dar suporte a dois modos de economia de potência padronizados, Doze e Cyclic Sleep, que são mecanismos baseados em protocolos para o gerencia-mento de potência nas unidades de rede óptica (optical network units, ONUs). Porém, apesar de estes dois modos terem sido padronizados, não há razão técnica para manter a separação entre eles. Recentemente, propusemos um novo e único modo de gerenciamento de potência para PONs multiplexadas por divisão de tempo (time division multiplexed, TDM), chamado de Unified ou Watchful Sleep mode, que combina as vantagens dos modos Doze e Cyclic Sleep em um framework único e mais simples. No presente trabalho, o desem-penho do Watchful Sleep é avaliado nas redes PON de próxima geração, as TWDM PON (time - and wavelength division multiplexed PON), cuja camada de convergência de transmissão será inspirada nas camadas dos padrões PON existentes. Resultados de simulação mostram que o Watchful Sleep supera os outros dois modos em eficiência energética para TWDM PONs.

1. Introduc¸˜ao

O projeto das Redes Ópticas Passivas de Próxima-Geração Estágio-2 (Next-Generation Passive Optical Networks stage-2, NG-PON2) foi iniciado em 2011 pelo grupo Full Access Network (FSAN). Os principais requisitos para as redes NG-PON2 foram: (1)

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alcançar uma taxa total de pelo menos 40 Gbps no sentido downstream ou upstream, (2) ter um alcance de 40 km, (3) razão de divisão (split ratio) de 1:64, (4) um alcance diferen-cial de 40 km, (5) e pelo menos uma taxa de 1 Gbps por unidade de rede óptica (optical network unit, ONU) [Luo et al. 2013].

As PONs Multiplexadas por Divisão de Tempo e Comprimento de Onda (Time and Wavelength Division Multiplexed, TWDM) cumprem todos esses requisitos e pos-suem uma grande aceitação por parte dos fabricantes devido a sua compatibilidade com as redes PON Multiplexadas por Divisão de Tempo (Time Division Multiplexing, TDM) já instaladas [Yang et al. 2013]. As TWDM-PON conseguem alcançar uma taxa total de 40 Gbps mediante a agregação, em quatro pares de comprimentos de onda, de quatro redes 10-Gigabit-capable-PON (XG-PON).

Além de taxas de dados elevadas, um outro aspecto relevante no projeto de arqui-tetura de redes de comunicação é a eficiência energética. Considerando que uma ONU t´ıpica localizada nas premissas do usuário de uma PON pode consumir aproximadamente 10 W e que o número de equipamentos de PONs no mundo pode chegar a centenas de milhões em um futuro próximo, a economia de potência se torna uma questão cr´ıtica na arquitetura de uma PON. Técnicas de economia de potência em sistemas PON existen-tes, tais como as 10 Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON), foram padro-nizadas recentemente [ITU-T G.987.3 2010]. Os dois modos de economia de potência padronizados, Doze e Cyclic Sleep, são mecanismos baseados em protocolos para o ge-renciamento de potência nas ONUs.

Contudo, apesar de os modos Doze e Cyclic Sleep terem sido padronizados, não há razão técnica para manter a separação entre eles. Recentemente, propusemos um único modo de gerenciamento de potência, chamado de modo Unified ou Watchful Sleep, que combina as vantagens dos modos Doze e Cyclic Sleep em um único modo [Khotimsky et al. 2013]. Argumentamos que em vez de aplicarmos restrições operacio-nais individuais a dois modos diferentes (Doze e Cyclic Sleep), pode-se aplicar o con-junto completo de restrições operacionais em um único modo unificado. Mostramos que o Watchful Sleep possui um desempenho superior aos dois modos padronizados em ter-mos de eficiência energética para redes multiplexadas por divisão de tempo (time division multiplexed, PONs). Em dezembro de 2013, o grupo de estudo 15 (SG15) da ITU-T decidiu que o modo Watchful Sleep se tornará um padrão mundial de gerenciamento de potência em ONUs de PONs TDM. O modo será incorporado às recomendações existen-tes [ITU-T G.984.3 2008] (G-PON) e [ITU-T G.987.3 2010] (XG-PON). Até o momento, discussões indicam que a redes PON de próxima geração (G.989, TWDM) poderão dar suporte apenas ao modo Watchful Sleep.

Neste trabalho, o desempenho do Watchful Sleep é avaliado nas redes TWDM PON, cuja camada de convergência de transmissão deverá ser inspirada nas camadas dos padrões PON existentes. Resultados de simulação apresentados neste trabalho mostram que o Watchful Sleep possui um desempenho superior ao dos modos padronizados Doze e Cyclic Sleep.

2. Modos Doze e Cyclic Sleep

A recomendação [ITU-T G.987.3 2010] introduziu dois modos de economia de potência em PONs: os modos Doze e Cyclic Sleep. Em ambos os modos, a ONU pode alternar

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entre per´ıodos de consumo pleno de potência e fases de economia de potência, como mostrado na Figura 1. Nos per´ıodos de economia de potência, a ONU pode alternar entre um estado ativo e um estado de baixo consumo de potência, até que um indicador local da ONU ou um est´ımulo externo finalize esta fase.

Taware Tsleep t P t Fase Ativa Fase de Economia

de Potência Fase_Ativa Fase de Economia _{de Potência} Fase_Ativa

Figura 1. Fase de economia de pot ˆencia para os modos Cyclic Sleep e Doze.

A diferença entre estes dois modos está na semântica do estado de baixo consumo de potência de cada modo. No modo Cyclic Sleep, a ONU desliga tanto o transmissor quanto o receptor; por esta razão, torna-se incapaz de receber ou enviar tráfego no estado de baixo consumo de potênca. No modo Doze, a ONU desliga o seu transmissor, mas mantém o receptor ligado; pode, portanto, receber tráfego no estado de baixo consumo de potência. Em ambos os modos, a ONU mantém a capacidade de detectar e processar est´ımulos locais, que podem advir, por exemplo de uma ação do usuário de retirar um telefone do gancho. O tempo de permanência no estado de baixo consumo de potência é definido por Tsleep, enquanto que o tempo no estado ativo é definido por Taware. A escolha do valor de Tsleep é de extrema importância, principalmente para o Cyclic Sleep, na medida em que longos per´ıodos de sleep podem levar a degradação da qualidade de certos serviços oferecidos pela rede de acesso. A faixa de valores aceitáveis de Tsleep nunca foi determinada. Em [Hood and Trojer 2012], sugere-se que Tsleepseja da ordem de 10–100 ms para o Cyclic Sleep. O valor de Tsleeppara o modo Doze pode ser várias vezes maior do que aquele do modo Cyclic Sleep. Os modos Cyclic Sleep e Doze são executados na ONU através de máquinas de estado nas ONUs e na OLT, conforme ilustradas nas figuras 2(a) e 2(b). [ITU-T G.987.3 2010]. Cada ONU possui a sua respectiva máquina de estado. Na OLT, há uma máquina de estado independente para cada ONU da rede.

Os estados da ONU são: Active Held (a ONU não pode entrar em um estado de economia de potência); Active Free (a ONU pode entrar em um estado de economia de potência); Sleep/Doze Aware (estado ativo que coleta poss´ıveis mensagens de wake-up da OLT e estado de transição para o Asleep/Listen); Asleep (estado de economia de potência onde a ONU desliga o receptor e o transmissor); e Listen (estado de economia de potência que a ONU desliga somente o transmissor). Cada transição é iniciada por um temporiza-dor, ou pela chegada de uma mensagem de controle, como Sleep Allow (SA) (ON/OFF), ou por uma indicação local de sleep/doze/wake-up (local sleep/doze/wake-up indication, LSI/ LDI/LWI) na ONU, ou com o recebimento de uma indicação forçada de wake-up (forced wake-up indication, FWI). As transições também podem estar associadas com o envio de mensagens de controle à OLT, tal como sleep request (SR) (Sleep/Doze/Awake).

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Active Held Active Free Sleep Aware Asleep Doze Aware Listen Thold expires & SA(ON) SA(OFF) or FWI LSI /SR(Sleep) LDI /SR(Doze) SA(OFF) or FWI or LWI /SR(A wake) LWI /SR(A wake) SA(OFF) or FWI or LWI /SR(Awak e) SA(OFF) or_FWI or LWI /SR(A wak_e) Taware

expires Texpiressleep

Taware expires Tsleep

expires

(a) M´aquina de estados da ONU

Awake Forced Awake Free Low Power Sleep Alerted Sleep Low Power Doze Alerted Doze .OLT-LWI /SA(ON) SR(Awake) OLT-LWI /SA(OFF) SR(Awake) SR(Sleep) SR(Doze) Miss. SR(Sleep) OLT-LWI /SA(OFF) SR(A wake) T_eri expires /SA(OFF) SR(Sleep) Miss. SR(A wake) or Talerted expires Teri expires /SA(OFF) SR(A wak_e) OLT-LWI /SA(OFF) Miss. SR(Doze) SR(A wak_e) or T_aler ted expires SR(Doze)Miss. FWI FWI

(b) M´aquina de estados da OLT

Figura 2. M ´aquinas de estados para os modos cyclic sleep e doze.

Os estado da OLT são: Awake Forced (a ONU não pode entrar em um estado de economia de potência); Awake Free (A ONU pode entrar em um estado de mia de potência); Low Power Sleep/Doze (a ONU se encontra em uma fase de econo-mia de potência); e Alerted Sleep/Doze (a OLT iniciou o processo de wake-up). Cada transição é iniciada por um temporizador, ou pela chegada de uma mensagem de controle SR (Sleep/Doze/Awake), ou por uma indicação local de wake-up da OLT (OLT-LWI) indicando se a OLT deve (OLT-LWI) ou não (!OLT-LWI) retornar a um estado ativo.

3. Modo Watchful Sleep

Recentemente, propusemos um novo modo de conservação de potência, chamado de modo Unified ou Watchful Sleep, que combina as vantagens dos dois modos padronizados em um framework único e mais simples [Khotimsky et al. 2013].

No modo Watchful Sleep, assim como nos modos Cyclic Sleep e Doze, a ONU pode alternar entre fases de consumo pleno de potência e de economia de potência. A diferença entre o modo Watchful Sleep e os modos Cyclic Sleep e Doze está na fase de economia de potência. Durante esta fase, o modo Watchful Sleep permite três n´ıveis diferentes de consumo de potência: um estado ativo ou de consumo pleno de potência, um estado intermediário, e um estado de baixo consumo de potência, ilustrados na Fig. 3. No estado ativo, a ONU mantém o receptor e o transmissor ligados, como nos estados Sleep/Doze Aware dos modos Cyclic Sleep e Doze. No estado intermediário, a ONU desliga o transmissor e mantém somente o receptor ligado, assim como no estado Listen do modo Doze. No estado de baixo consumo de potência, a ONU desliga o receptor e o transmissor, assim como no estado Asleep do modo cyclic sleep [Khotimsky et al. 2013]. Observe na Fig. 3 que, além de Tsleep e do Taware, existe um novo parâmetro de tempo, o Tlowpower. Enquanto que Tsleep determina quanto tempo a ONU passa sem receber e transmitir tráfego, Tlowpowerdetermina quanto tempo a ONU passa sem poder transmitir tráfego. Por isso, os valores que Tlowpowerpode assumir são bem semelhantes aos valores de Tsleep para o modo Doze, enquanto que os valores utilizados para Tsleep do modo

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Watchful sleep s˜ao bem semelhantes aos valores utilizados para Tsleep no modo Cyclic Sleep. Portanto, Tlowpowerpode ser v´arias vezes maior que Tsleep.

Taware Tsleep

Tlowpower

t P

Figura 3. Fase de economia de pot ˆencia para o modo watchful sleep.

O modo Watchful Sleep também funciona através de máquinas de estados na ONU e na OLT. As máquinas de estados utilizadas são uma simplificação das máquinas de es-tados dos modos Cyclic Sleep e Doze. Os indicadores da ONU LWI, LSI e FWI foram mantidos, enquanto que o LDI foi eliminado. Todos os indicadores da OLT foram manti-dos. As mensagens de controle trocadas entre a OLT e a ONU continuam as mesmas.

Active Held Active Free Aware Low Power LSI /SR(WSleep) SA(OFF) orFWI orLWI /SR(A wake) SA(OFF) or FWI or LWI /SR(Awake) Thold expires & SA(ON) SA(OFF)

or FWI _expiresTaware T_expireslowpower

(a) M´aquina de estados da ONU

Awake Forced Awake Free Low Power Watch Alerted FWI SR(A wak e) SR(WSleep) SR(A wake) SR(Awake) /SA(OFF) --Teri -expires Miss. SR(WSleep) SR(Awake) or

---Talerted-expires Miss.

SR(WSleep) IOLT-LWI

/SA(ON) /SA(OFF)OLT-LWI /SA(OFF)OLT-LWI

(b) M´aquina de estados da OLT

Figura 4. M ´aquinas de estados para o modo Watchful Sleep.

Na máquina de estados da ONU (Figura 4(a)) os estados Active Held e Active Free foram mantidos iguais aos da máquina de estados original (Figura 2(a)). Os estados de consumo pleno de potência, Sleep Aware e Doze Aware, foram unificados no estado Aware. As mensagens de controle do tipo SR(Sleep) e SR(Doze) foram substitu´ıdas por SR (WSleep). Os estados de economia de potência, Asleep e Listen, foram substitu´ıdos pelo estado Low Power. O estado Low Power possui dois n´ıveis diferentes de potência, um n´ıvel intermediário, com o receptor ligado (Rx On) e o transmissor desligado, e outro de baixo consumo de potência, com o transmissor e o receptor desligado (Rx Off). A transição de Rx ON para Rx Off ocorre após um intervalo de tempo de Tsleep, enquanto que a transição de Rx Off para Rx ON ocorre caso a ONU receba uma alocação de banda da OLT com o FWI configurado para false. A ONU sai do estado Low Power caso receba da OLT uma mensagem do tipo SA (OFF), ou um FWI configurado para true, ou que haja um est´ımulo local de LWI. A Figura 5 ilustra a semântica interna do estado Low Power.

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Rx Off Rx On

Para o estado Aware Para o estado Active Held

TsleepExpires No FWI Tlowpwr expires Taware expires SA(OFF) or FWI or LWI /SR(Awake) Low Power

Figura 5. Detalhamento da sem ˆantica interna do novo estado Low Power.

Na m´aquina de estados da OLT (Figura 4(b)), os estados Awake Forced e Awake Free foram matidos iguais aos da m´aquina de estados original (Figura 2(b)). Os estados Low Power Sleep e Low Power Doze foram unificados no estado Low Power Watch, e os estados Alerted Sleep e Alerted Doze foram unificados no estado Alerted.

A grande vantagem do modo Watchful Sleep sobre o modo Cyclic Sleep é que ao fi-nal de Tsleep, a ONU não precisa voltar a um estado de consumo pleno de potência; a ONU vai para um estado intermediário, onde permanece até se certificar que não há tráfego es-perando para ser enviado na OLT, e volta ao estado de baixo consumo de potência. A ONU só retorna ao estado de consumo pleno de potência após um intervalo de tempo de Tlowpower. Além disso, o modo Watchful Sleep pode emular os modos Cyclic Sleep e Doze configurando Tlowpowere Tsleepde forma adequada. Para emular modo Cyclic Sleep basta configurar o Tlowpowercom o mesmo valor do Tsleeputilizado no modo Cyclic Sleep. Para emular o modo Doze basta configurar o Tlowpowerpara o mesmo valor do Tsleep utilizado no modo Doze e Tsleep= 0.

4. Metodologia

Para avaliar o desempenho dos modos de conservação de potência para redes TWDM PON, foi desenvolvido um simulador no ambiente de software livre OMNeT++ [OMNeT++ 2013], com codificação em C/C++. O simulador é um adaptação do simula-dor de XG-PONs utilizado em [Gondim et al. 2012].

As redes TWDM-PON simuladas são compostas por uma OLT, um divisor óptico e 64 ONUs divididas igualmente entre 4 pares de comprimento de onda, isto é, 16 ONUs por par de comprimento de onda. Cada par de comprimento de onda possui uma taxa de 10 Gbps no sentido downstream e 2,5 Gbps no sentido upstream. Dessa forma, a taxa total da rede é de 40 Gbps no sentido downstream e 10 Gbps no sentido upstream. Considerou-se uma distância de 40 km entre a OLT e as ONUs, o que leva a um atraso de propagação de 200 µs. Adotou-se um algoritmo de alocação dinâmica de banda (dynamic bandwidth allocation, DBA) estático com um ciclo de 2 ms, isto é, cada ONU possui um intervalo de 125 µs para transmitir tráfego a cada 2 ms.

O gerador de tráfego utilizado é uma versão adaptada de [Kramer 2004]. O dor apresenta per´ıodos on-off que seguem uma distribuição de Pareto, e os pacotes gera-dos possuem tamanho distribu´ıdo uniformemente entre 64 e 1518 bytes. A intensidade do tráfego varia de acordo com a simulação desejada. O parâmetro de Hurst escolhido para a distribuição de Pareto do gerador de tráfego foi 0,8 [Crovella and Bestravos 1997].O intervalo de confiança utilizado nas simulações é de 95%, e cada simulação foi repetida 5 vezes para gerar cada ponto dos gráficos apresentados.

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Em [Khotimsky et al. 2013] verificou-se a influência dos parâmetros Tsleep, Tlowpower, TRxinit, TTxinit e TTransinit no desempenho de redes XG-PON. No presente trabalho, o foco está na variação dos indicadores locais LWI, LSI, LDI, OLT-LWI e !OLT-LWI, que não são exatamente parâmetros, mas requisitos necessários para certas transições de estado. Variando os parâmetros dos indicadores locais, dois casos são ex-plorados: (a) a ONU entra na fase de economia de potência assim que a fila se esvazia e sai desta fase imediatamente à chegada de um pacote (caso 1); (b) a ONU entra na fase de economia de potência seguindo o mesmo critério do caso 1, mas só sai desta fase 10 ms após a chegada de um pacote (caso 2). Em [Skubic and Hood 2011], os autores mencio-nam que a escolha dos indicadores ótimos ainda é um ponto de pesquisa em aberto. Por esta razão, a influência dos indicadores na economia de potência no modo Watchful Sleep em redes TWDM-PONs é investigada neste trabalho. A Tabela 1 mostra a implementação utilizada nos indicadores locais para os casos 1 e 2.

Tabela 1. Crit érios de ativaç ão dos indicadores locais.

Indicador Critério de ativação

Caso 1 Caso 2

LWI e OLT-LWI Assim que chega um pacote 10 ms ap´os a chegada de um pacote LDI e LSI Assim que a fila da ONU se esvazia Assim que a fila da ONU se esvazia !OLT-LWI Assim que a fila da OLT se esvazia Assim que a fila da OLT se esvazia

5. Resultados

A partir de simulações computacionais de TWDM PONs, foram obtidos resultados refe-rentes aos modos Cyclic Sleep, Doze e Watchful Sleep em termos de economia de energia e atrasos fim-a-fim médios. Como ainda não existem números para o consumo de potência em TWDM-PONs nos modos de economia de potência, utilizou-se a mesma proporção para o consumo de potência destes modos em redes G-PON [ITU-T 2009]. A Tabela 2 mostra os valores considerados para o consumo de potência em cada estado.

Um aspecto muito importante a ser considerado ao analisar o desempenho de mo-dos de economia de potência é o tempo de wake up, isto é, o tempo total de transição de um estado de economia de energia para um estado ativo. Arquiteturas de ONUs que consomem pouca potência, mas possuem elevados tempo de wake up, podem consumir mais energia do que ONUs com um consumo de potência maior, porém com um tempo de wake up menor [Wong et al. 2009]. Considerou-se nas simulações um tempo total de wake updo transmissor, TTxinit, e do transceptor, TTransinit, de 3 ms. O tempo de wake up utilizado para o receptor, TRxinit, foi de 2 ms [Mandin 2008].

Para todos os três modos, o valor de Thold utilizado foi de 2 ms, que é sufici-ente para a ONU avisar a OLT que voltou a um estado ativo, e o valor de Taware utili-zado foi 5 ms, pois Taware precisa ser maior que o tempo m´ınimo necessário para um handshake. O valor de Talertedconsiderado, para o modo Watchful Sleep, foi igual à soma entre Tlowpower, Taware, TTxinite TRxinit. Para os modos Cyclic Sleep e Doze, o valor uti-lizado para Talerted foi igual à soma entre Tsleep, Taware e, TTransinit para o modo Cyclic Sleep, ou TTxinit para o modo Doze. Estes valores foram escolhidos para Talerted, pois a OLT tem que passar um intervalo de tempo maior que o tempo que a ONU passa no estado de baixo consumo de potência mais o tempo total que ela demora para voltar ao estado

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ativo. O valor utilizado para Terifoi a soma de Talertedcom 2 ms. Esse valor foi escolhido porque Terirepresenta o tempo que máximo que a OLT passar sem receber mensagens da ONU sem declarar uma violação de handshake, portanto esse valor precisa ser maior que Talerted. A tabela 2 mostra resumidamente os parâmetros utilizados nas simulações dos casos 1 e 2.

Tabela 2. Par âmetros utilizados na simulaç ão dos casos 1 e 2

Parˆametro Modo Watchful Sleep Modo Doze Modo Cyclic Sleep

Tsleep 10 ms 10 s 10 ms Tlowpower 10 s – – Taware 5 ms 5 ms 5 ms PAware 100% 100% 100% PListen 40% 40% – PSleep 5% – 5% TTxinit 3 ms 3 ms – TRxinit 2 ms – – TTransinit 3 ms – 3 ms

A porcentagem da energia economizada foi obtida a partir da seguinte equac¸˜ao: η = 1 − EON U TObserve× PAware × 100% (1)

onde EON U ´e a energia consumida pela ONU em um determinado modo de economia de energia durante TObserve.

10− 5 ₁₀− 4 ₁₀− 3 ₁₀− 2 ₁₀− 1 ₁₀0 0 20 40 60 80 100

Carga na Rede (Erlang)

E ne rg ia E co no mi za da (D ) ModofWatchfulfSleep ModofCyclicfSleep ModofDoze

(a) Energia Economizada

10− 5 ₁₀− 4 ₁₀− 3 ₁₀− 2 ₁₀− 1 ₁₀0

10− 4

10− 3

10− 2

10− 1

A tr as o m édi o fim-a -fi m (s ) ModofWatchfulfSleep ModofCyclicfSleep ModofDoze

(b) Atraso fim-a-fim m´edio downstream 10− 5 ₁₀− 4 ₁₀− 3 ₁₀− 2 ₁₀− 1 ₁₀0 10− 4 10− 3 10− 2 10− 1

A tr as o m édi o fim-a -fi m (s ) ModofWatchfulfSleepModofCyclicfSleep ModofDoze

(c) Atraso fim-a-fim m´edio ups-tream

Figura 6. Energia economizada, atraso fim-a-fim m ´edio nos sentidos downstream e upstream pela carga na rede para o caso 1.

As Figuras 6(a) e 7(a) mostram a porcentagem de energia economizada como função carga oferecida à rede. A carga na rede, medida em Erlang, é a razão entre a taxa de chegada de pacotes total e a taxa de serviço da TWDM-PON. Pode-se perceber nas Figuras 6(a) e 7(a) que o modo Watchful Sleep economiza mais energia que os outros dois modos, principalmente em cargas mais baixas. Isso ocorre pois para cargas mais baixas têm-se um tempo entre chegadas maior, e a ONU consegue se manter na fase de economia de potência durante per´ıodos mais longos. Conforme a carga aumenta, e o tempo entre pacotes fica menor que Tsleep, o modo Watchful Sleep apresenta praticamente

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10− 5 ₁₀− 4 ₁₀− 3 ₁₀− 2 ₁₀− 1 ₁₀0 0 20 40 60 80 100

E ne rg ia E co no mi za da (D ) ModofWatchfulfSleep ModofCyclicfSleep ModofDoze

(a) Energia Economizada

10− 5 ₁₀− 4 ₁₀− 3 ₁₀− 2 ₁₀− 1 ₁₀0

10− 4

10− 3

10− 2

10− 1

A tr as o m édi o fim-a -fi m (s ) ModofWatchfulfSleep ModofCyclicfSleep ModofDoze

(b) Atraso fim-a-fim m´edio downstream 10− 5 ₁₀− 4 ₁₀− 3 ₁₀− 2 ₁₀− 1 ₁₀0 10− 4 10− 3 10− 2 10− 1

A tr as o m édi o fim-a -fi m (s ) ModofWatchfulfSleepModofCyclicfSleep ModofDoze

(c) Atraso fim-a-fim m´edio ups-tream

Figura 7. Energia economizada, atraso fim-a-fim m ´edio nos sentidos downstream e upstream pela carga na rede para o caso 2.

a mesma economia de energia que o modo Cyclic Sleep. Para cargas mais baixas, o modo Dozeconsegue economizar mais energia que o modo Cyclic Sleep, porém, à medida que a carga na rede aumenta, o modo Cyclic Sleep começa a economizar mais energia. Isso se deve ao fato de que o Tsleep utilizado para o modo Doze foi muito maior do que para o modo Cyclic Sleep. No caso 1 tem-se que por volta de uma carga na rede de 10−2 a energia economizada para todos os modos é zero. Já no caso 2 ainda há economia de energia para cargas mais baixas.

As Figuras 6(c) e 7(c) mostram o atraso fim-a-fim médio no sentido upstream. Como para o caso 1 (Figura 6(c)) a ONU começa o processo de wake up com a chegada de um pacote, o aumento no atraso médio upstream causado pelos modos de economia de energia é influenciado principalmente pelos parâmetros Ttransinit e TRxinit. Para o caso 2 (Figura 7(c)), o processo de wake up só começa após 10 ms desde a chegada do pacote. Então além dos parâmetros Ttransinit e TRxinit o aumento do atraso médio causado pelos modos de economia de energia também é influenciado por esses 10 ms.

As Figuras 6(b) e 7(b) mostram o atraso fim-a-fim médio no sentido downstream. Na implementação dos modos Cyclic Sleep, Doze e Watchful Sleep, considerou-se que a OLT, durante o estado Low Power Sleep/Doze/Watch, guarda os pacotes em uma fila até que ela retorne a um estado ativo. Isso ocorre até mesmo para o modo doze. Os atrasos médios do caso 2 (Figura 7(b)) são maiores que os do caso 1 (Figura 6(b)) mesmo quando a energia economizada é a mesma, pois no caso 2 o OLT-LWI só é ativado após 10 ms a partir da chegada de um pacote (Tabela 1).

6. Conclus˜oes

Neste trabalho, o desempenho do modo Watchful Sleep foi avaliado para redes TWDM PON. Foram analisados dois casos distintos para os modos de economia de potência Cy-clic sleep, Doze e Watchful Sleep. A partir dos resultados obtidos neste trabalho, foi poss´ıvel perceber a importância dos critérios utilizados na implementação dos indicado-res locais. O caso 2 mesmo tendo apindicado-resentado uma eficiência energética superior para cargas mais altas, trouxe um aumento significativo nos atrasos fim-a-fim. Além disso, pôde-se constatar que o modo Watchful Sleep se mostrou bastante promissor para ser uti-lizado em redes TWDM PON, apresentando uma economia de energia superior e atrasos fim-a-fim bem próximos aos do modo Cyclic Sleep.

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