边缘云增强光无线融合网络能效研究
发布时间：2021-01-20 11:03
针对边缘云增强光无线融合网络中节点能耗高的问题,提出一种协作休眠与调度的资源管理方案。在光域利用信令帧交互获取业务请求与云服务器缓冲区积压,采用负载水平感知的带宽分配方式制定保证业务共存的休眠时隙;同时,联合带宽配置与无线节点能耗优化,在光域节点分配时隙的过程中调度无线域节点功率状态,降低网络能耗。仿真结果表明,所提出的方案能有效降低整个网络的能量消耗。
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020,48(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
边缘云增强FiWi网络
图2示出了所提出的协作休眠与调度资源管理方案。图中Ai、Bi表示终端设备STAi的上行FiWi业务子时隙、上行MEC卸载业务子时隙,DSFiWi和DSMEC分别为ONU-MPP下行FiWi数据传输时隙和下行MEC卸载数据传输时隙,而上行FiWi数据传输时隙和上行MEC卸载数据传输时隙分别由USFiWi和USMEC呈现。管理方案通过2个TDMA层进行设计,以统一的方式对整个网络进行轮询,OLT依次服务于范围中的N个ONU-MPP,MEC服务器为ONU-MPP提供边缘云服务。不同于只实现MEC业务与FiWi共存功能的资源管理方案,文中提出的协作休眠与调度资源管理方案中,ONU-MPP在轮询周期内拥有休眠时隙,而且无线节点调度凭借时隙分配得以实现。如图2所示,MEC业务时隙以TDMA方式与FiWi业务时隙共存,OLT通过多点控制协议REPORT帧与GATE帧为ONU-MPP分配FiWi时隙。ONU-MPP一方面提取VEC帧与GATE帧信息为自身制定考虑上下行MEC流量条件的卸载活跃时隙,并根据PS-POLL帧中所请求的带宽为M台STA分配子时隙,由Beacon携带子时隙信息进行广播;另一方面,利用PS-POLL帧获取无线节点负载信息,执行联合带宽分配与功率调度,睡眠调度信息附加在Beacon帧上传输至无线节点,而WON帧被定义为用于开启节点发送机的信令帧。如此,网络中ONU-MPP与STA将在制定的活跃时隙外切换到休眠模式,而无线节点在ONU-MPP配置子时隙过程中实现功率调度,达到光域与无线域节能的目的。1.2 基于负载感知的带宽分配算法
图3描述了能耗效率随MEC业务负载的变化。由图可知,随着MEC业务负载的增加,文中算法的能耗效率呈下降趋势,其主要原因是:在MEC业务负载较低时,下周期开始时间只需要保证所有ONU-MPP传输完自身的FiWi数据,使得ONU-MPP的睡眠时间较长,能耗效率也较高;随着MEC负载增大,更多的睡眠时间被用于传输MEC数据,ONU-MPP的活跃时间变长,能耗效率降低。另外,由于文中算法在光节点休眠过程中调度无线节点功率,使得在负载较高时依然存在较明显的节能效率。从图3还可看出,较高的FiWi业务负载可以提高能耗效率,其主要原因在于:ONU-MPP自身MEC时隙与休眠时隙的总时隙也是其余ONU-MPP的FiWi总时隙,FiWi业务负载增大时FiWi总时隙变长,在MEC负载不变的前提下,休眠时隙变长,能耗效率也随之变高。不同REPORT信令帧持续时间的网络能耗变化情况如图4所示。从图中可以看出,随着REPORT信令帧持续时间的增加,文中算法与HART算法的网络能耗均呈上升趋势,且HART算法能耗较高,其主要原因在于:REPORT帧持续时间主要作用于FiWi时隙长度与周期长度,随着REPORT信令帧持续时间的增加,ONU-MPP活跃时长增加,网络能耗随之变大。HART算法在实现不同流量共存的前提下为STA制定活跃子时隙,以此降低STA的能耗。而文中算法不仅为STA配置子时隙,还为ONU-MPP制定总活跃时隙,使其可以在活跃时隙之外关闭发送机与接收机来节约能耗;同时,文中算法通过ONU-MPP集中调度无线节点功率,以此减少整个网络能耗。另外,VNE算法需要无线终端始终保持开启状态,以此与虚拟网络控制器进行信令交互,所以能耗较高。由图4还可观察到,随着REPORT信令帧持续时间的增加,VNE算法的能耗保持恒定状态,这主要是因为VNE算法由虚拟网控制器来控制链路嵌入,不受物理层传输协议的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二分图最大匹配的RV减速器选配方法[J]. 贡林欢,左健民. 机械设计与研究. 2019(02)
[2]Invited Paper: The Audacity of Fiber-Wireless（FiWi） Networks: Revisited for Clouds and Cloudlets[J]. Martin Maier,Bhaskar Prasad Rimal. 中国通信. 2015(08)
本文编号：2988927
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020,48(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
边缘云增强FiWi网络
图2示出了所提出的协作休眠与调度资源管理方案。图中Ai、Bi表示终端设备STAi的上行FiWi业务子时隙、上行MEC卸载业务子时隙,DSFiWi和DSMEC分别为ONU-MPP下行FiWi数据传输时隙和下行MEC卸载数据传输时隙,而上行FiWi数据传输时隙和上行MEC卸载数据传输时隙分别由USFiWi和USMEC呈现。管理方案通过2个TDMA层进行设计,以统一的方式对整个网络进行轮询,OLT依次服务于范围中的N个ONU-MPP,MEC服务器为ONU-MPP提供边缘云服务。不同于只实现MEC业务与FiWi共存功能的资源管理方案,文中提出的协作休眠与调度资源管理方案中,ONU-MPP在轮询周期内拥有休眠时隙,而且无线节点调度凭借时隙分配得以实现。如图2所示,MEC业务时隙以TDMA方式与FiWi业务时隙共存,OLT通过多点控制协议REPORT帧与GATE帧为ONU-MPP分配FiWi时隙。ONU-MPP一方面提取VEC帧与GATE帧信息为自身制定考虑上下行MEC流量条件的卸载活跃时隙,并根据PS-POLL帧中所请求的带宽为M台STA分配子时隙,由Beacon携带子时隙信息进行广播;另一方面,利用PS-POLL帧获取无线节点负载信息,执行联合带宽分配与功率调度,睡眠调度信息附加在Beacon帧上传输至无线节点,而WON帧被定义为用于开启节点发送机的信令帧。如此,网络中ONU-MPP与STA将在制定的活跃时隙外切换到休眠模式,而无线节点在ONU-MPP配置子时隙过程中实现功率调度,达到光域与无线域节能的目的。1.2 基于负载感知的带宽分配算法
图3描述了能耗效率随MEC业务负载的变化。由图可知,随着MEC业务负载的增加,文中算法的能耗效率呈下降趋势,其主要原因是:在MEC业务负载较低时,下周期开始时间只需要保证所有ONU-MPP传输完自身的FiWi数据,使得ONU-MPP的睡眠时间较长,能耗效率也较高;随着MEC负载增大,更多的睡眠时间被用于传输MEC数据,ONU-MPP的活跃时间变长,能耗效率降低。另外,由于文中算法在光节点休眠过程中调度无线节点功率,使得在负载较高时依然存在较明显的节能效率。从图3还可看出,较高的FiWi业务负载可以提高能耗效率,其主要原因在于:ONU-MPP自身MEC时隙与休眠时隙的总时隙也是其余ONU-MPP的FiWi总时隙,FiWi业务负载增大时FiWi总时隙变长,在MEC负载不变的前提下,休眠时隙变长,能耗效率也随之变高。不同REPORT信令帧持续时间的网络能耗变化情况如图4所示。从图中可以看出,随着REPORT信令帧持续时间的增加,文中算法与HART算法的网络能耗均呈上升趋势,且HART算法能耗较高,其主要原因在于:REPORT帧持续时间主要作用于FiWi时隙长度与周期长度,随着REPORT信令帧持续时间的增加,ONU-MPP活跃时长增加,网络能耗随之变大。HART算法在实现不同流量共存的前提下为STA制定活跃子时隙,以此降低STA的能耗。而文中算法不仅为STA配置子时隙,还为ONU-MPP制定总活跃时隙,使其可以在活跃时隙之外关闭发送机与接收机来节约能耗;同时,文中算法通过ONU-MPP集中调度无线节点功率,以此减少整个网络能耗。另外,VNE算法需要无线终端始终保持开启状态,以此与虚拟网络控制器进行信令交互,所以能耗较高。由图4还可观察到,随着REPORT信令帧持续时间的增加,VNE算法的能耗保持恒定状态,这主要是因为VNE算法由虚拟网控制器来控制链路嵌入,不受物理层传输协议的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二分图最大匹配的RV减速器选配方法[J]. 贡林欢,左健民. 机械设计与研究. 2019(02)
[2]Invited Paper: The Audacity of Fiber-Wireless（FiWi） Networks: Revisited for Clouds and Cloudlets[J]. Martin Maier,Bhaskar Prasad Rimal. 中国通信. 2015(08)
本文编号：2988927
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