本發(fā)明屬于光無線混合寬帶接入網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種帶有自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取的低能耗網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

近年來，高帶寬應(yīng)用的爆炸式增長，給需要具有低成本、高容量、接入靈活特性的“最后一公里”寬帶接入網(wǎng)帶來了很大的挑戰(zhàn)。作為當(dāng)今主流接入網(wǎng)技術(shù)，無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network，PON)具有卓越的高帶寬和穩(wěn)定性特性，被廣泛地認(rèn)為是一種完美的解決方案。然而，PON并不能保證用戶隨時隨地的接入，并且其部署成本比較大。作為另一種選擇的無線接入網(wǎng)，由于其接入靈活和開銷經(jīng)濟(jì)，越來越受到大家的歡迎。然而，稀缺的頻譜資源嚴(yán)重地限制了無線接入網(wǎng)的帶寬容量。為了充分利用PON和無線接入網(wǎng)各自的優(yōu)勢，給用戶提供高帶寬并且確保用戶靈活接入，研究人員提出了光無線融合寬帶接入網(wǎng)絡(luò)(Hybrid Optical-Wireless Broadband Access Network，HOWBAN)。

與其他接入網(wǎng)類似，能耗問題是HOWBAN要解決的關(guān)鍵問題之一。統(tǒng)計結(jié)果表明，信息與通信技術(shù)(Information and Communication Technology，ICT)的能量消耗已經(jīng)占到了全球能量消耗的8％，預(yù)計這個數(shù)字在未來幾年會急劇增加。同時，作為整個網(wǎng)絡(luò)中的重要部分，接入網(wǎng)消耗的能量占到了ICT消耗能量的大約70％。作為接入網(wǎng)的一種，HOWBAN由大量的接入設(shè)備組成，并且這些設(shè)備長時間處于開機狀態(tài)，消耗了大量能量，因此有必要在HOWBAN中采取節(jié)能措施來降低其能量消耗。研究表明ONU消耗的能量占到了PON能量消耗的60％，因此，HOWBAN中廣泛采用控制ONU休眠的方式來實現(xiàn)節(jié)能。

目前，針對HOWBAN的特點，國內(nèi)外研究人員提出了多種ONU休眠機制，主要研究重點集中于光域ONU的休眠，其核心思想為使低負(fù)載ONU休眠來降低網(wǎng)絡(luò)能耗，或者讓ONU休眠時間為固定值。但上述思想均未考慮在設(shè)定ONU休眠時間時，充分考慮不同服務(wù)等級，以及同時結(jié)合數(shù)據(jù)包在光域和無線域的時延，這勢必會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能效率不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種帶有自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取的低能耗網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法，能夠在滿足數(shù)據(jù)包時延要求的同時，有效降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種帶有自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取的低能耗網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法，包括以下步驟：

1)基于上行中心調(diào)度機制，設(shè)計基于綠色動態(tài)帶寬分配方案，對休眠以及活躍狀態(tài)的時間點進(jìn)行計算，并依據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行休眠和喚醒；

2)對于上行數(shù)據(jù)包，通過對數(shù)據(jù)包排隊時延、傳輸時延和傳播時延的分析，得到數(shù)據(jù)包在光域的時延；

3)上行數(shù)據(jù)包根據(jù)時延要求和不同服務(wù)等級計算出ONU的最佳休眠時間，轉(zhuǎn)至步驟5)；

4)對下行數(shù)據(jù)包分情況進(jìn)行時延分析，并設(shè)計自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取策略，選擇出時延最小的ONU來轉(zhuǎn)發(fā)下行數(shù)據(jù)；

5)ONU進(jìn)行休眠控制。

進(jìn)一步的，所述綠色動態(tài)寬帶分配方案為：OLT在收到所有ONU的Request消息后，開始為每一個ONU計算休眠時間并分配傳輸時隙，然后給所有ONU發(fā)送Grant消息，以告知ONU具體的休眠時間和為其分配的時隙，ONU在傳輸時隙內(nèi)處于活躍狀態(tài)并傳輸上行數(shù)據(jù)；反之ONU進(jìn)入休眠狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述休眠以及活躍狀態(tài)的時間點計算方法為：

在綠色動態(tài)寬帶分配方案中，ONU在一個輪詢周期內(nèi)最多可以進(jìn)入休眠階段兩次，第一次休眠階段T_i^s,1為ONU收到其Grant消息到其開始傳輸接收到的上行數(shù)據(jù)包，第二次休眠階段T_i^s,2為ONU發(fā)送了Request消息直到收到新的Grant消息；

ONU_i第一次休眠開始時刻為：

ONU_i第一次休眠結(jié)束時刻為：

活躍狀態(tài)開始時刻為：

活躍狀態(tài)的結(jié)束時刻為：

第二次休眠開始時刻為：

第二次休眠結(jié)束時刻為：

其中為第n次輪詢中第一個被輪詢的ONU收到Grant消息的時刻，則為Grant消息的處理時間，為兩個Grant消息之間的保護(hù)時間，T_i^o,1為ONU_i結(jié)束第一次休眠后由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活躍狀態(tài)所用時間，UB_i為分配的上行帶寬，R為下行傳輸速率。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)包在光域的時延的分析計算方法為：

采用M/G/1模型來分析光域的總時延，在此模型中，總空閑時間v_i＝v_c+T_i^s+T_i^o；其中T_i^o為ONU_i從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活躍狀態(tài)所用的總開銷時間，T_i^s為ONU_i總的休眠時間；令為Request消息的處理時間，為Grant消息的處理時間，為Request消息的傳輸時間；

用c表示數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，令c＝1，2，3分別對應(yīng)ONU中維護(hù)三個優(yōu)先級隊列EF、AF、BE等級，第i個ONU中等級為c的數(shù)據(jù)包ξ經(jīng)歷的總時延D_c,i(ξ)為：D_c,i(ξ)＝W_c,i(ξ)+T_i^prop+X_c,i(ξ)，

其中W_c,i(ξ)為排隊時延，其值為：

其中T_i^prop為傳播時延，其值為d_i為光纖長度，C_light為光纖上的傳輸速率；

X_c,i(ξ)為傳輸時延，其值為

得到一個數(shù)據(jù)包在光域的總時延期望值為：

其中λ代表ONU中數(shù)據(jù)包到達(dá)率，μ代表ONU中數(shù)據(jù)包的服務(wù)率，ρ＝λ/μ。

進(jìn)一步的，所述計算出ONU的最佳休眠時間方法為：

數(shù)據(jù)包在光域和無線域的總時延不能超過相應(yīng)的時延要求，表達(dá)為其中為服務(wù)等級為c的數(shù)據(jù)包的時延要求，E[P]為無線域的平均時延；

可得休眠時間：

為了使ONU休眠時間應(yīng)盡可能長，進(jìn)而可得：

由于每個ONU中有三個優(yōu)先級隊列，為了滿足所有優(yōu)先級的時延要求，則ONU_i的最佳休眠時間應(yīng)該為：

進(jìn)一步的額，所述自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取策略為：記錄下行數(shù)據(jù)包Q到達(dá)OLT的時刻t，然后分情況進(jìn)行分析：

(a)若令t時刻OLT中各ONU緩存隊列中的下行數(shù)據(jù)包個數(shù)為可得數(shù)據(jù)包Q在OLT中的時延為：

其中C_olt為OLT的下行速率，L為數(shù)據(jù)包平均長度，表示在OLT中的排隊時間為，τ_onu代表在OLT的傳輸時間，

在ONU中的時延為：

其中代表在ONU中的排隊時間、τ_onu代表在在ONU的傳輸時間，C_onu代表ONU的下行速率；

進(jìn)而可得數(shù)據(jù)包Q在光域的時延t_pon：

其中t_fber代表數(shù)據(jù)包Q在光纖上傳播時延；

因此到達(dá)用戶終端所消耗的總時延：

其中d_w為無線域平均時延，P_k表示第k條路徑，E[T_o]為鏈路o上的平均時延；

若i,j∈(1,N)，為了使下行數(shù)據(jù)包Q的總時延最小，應(yīng)選擇ONU_j來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，也就是說，OLT應(yīng)該將數(shù)據(jù)包Q分發(fā)到OLT中的ONU_j緩存隊列；

(b)若ONU_i已服務(wù)時間為則可得數(shù)據(jù)包Q在OLT中的時延為：

在ONU中的時延為：

進(jìn)而可得到達(dá)用戶終端所消耗的總時延為：

上述計算是基于ONU_i仍有下行傳輸時隙，也即ONU_i已經(jīng)接收的下行數(shù)據(jù)小于UB_i，若ONU_i已經(jīng)沒有下行傳輸時隙，則不再考慮ONU_i，而從ONU_i+1,ONU_i+2,…,ONU_N中選擇出轉(zhuǎn)發(fā)ONU；

若計算出數(shù)據(jù)包Q從ONU_i轉(zhuǎn)發(fā)所消耗的總時延后，需要計算數(shù)據(jù)包Q從ONU_i+1,ONU_i+2,…,ONU_N轉(zhuǎn)發(fā)所消耗的總時延其計算方法同情況(a)中的計算方法一樣，可得數(shù)據(jù)包Q所消耗的最小總時延為：i,j∈(1,N)，則OLT應(yīng)該將數(shù)據(jù)包Q分發(fā)到OLT中的ONU_j緩存隊列中；

(c)若此時所有ONU已經(jīng)完成第n次輪詢周期內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，并且所有ONU的第n+1次輪詢均未開始，數(shù)據(jù)包Q只能在第n+1次輪詢周期內(nèi)傳輸，為了使下行數(shù)據(jù)包的時延最小，需要對下行數(shù)據(jù)包分別經(jīng)過ONU₁,ONU₂,…,ONU_N情況下的時延進(jìn)行分析；此時將情況(a)計算中的替換成可得數(shù)據(jù)包Q自從t時刻到達(dá)OLT，經(jīng)過ONU_i轉(zhuǎn)發(fā)，直到最終到達(dá)用戶終端所消耗的總時延為：

若i,j∈(1,N)，OLT應(yīng)該將數(shù)據(jù)包Q分發(fā)到OLT中的ONU_j緩存隊列。

本發(fā)明的有益效果在于：通過對數(shù)據(jù)包排隊時延、傳輸時延和傳播時延的分析，進(jìn)一步得到了數(shù)據(jù)包在光域的時延，然后根據(jù)數(shù)據(jù)包的時延要求和不同服務(wù)等級，計算出了ONU的最佳休眠時間?？紤]到ONU休眠導(dǎo)致下行數(shù)據(jù)包時延增加的問題，設(shè)計了自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取策略。本發(fā)明能夠在滿足數(shù)據(jù)包時延要求的同時，有效降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明中HOWBAN的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明中基于時延感知的帶有自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取的節(jié)能機制流程圖；

圖3為本發(fā)明中綠色動態(tài)帶寬分配過程；

圖4為本發(fā)明中一個輪詢周期的抽象圖；

圖5為本發(fā)明中OLT的部分結(jié)構(gòu)；

圖6為本發(fā)明中自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取策略流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

HOWBAN結(jié)合了PON和無線接入網(wǎng)各自的優(yōu)點，能夠給用戶提供高帶寬和確保用戶靈活接入。如圖1所示，它由后端的以太PON(Ethernet Passive Optical Network，EPON)和前端的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network，WMN)組成。在后端的EPON部分，放置在中心局(Central Office，CO)的光線路終端(Optical Line Terminal，OLT)通過光纖與分光器(splitter)相連，然后一個分光器通過光纖與多個光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit，ONU)相連。HOWBAN的前端是由多個無線路由器組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中與ONU直接相連的為無線網(wǎng)關(guān)，它完成了無線網(wǎng)絡(luò)與光網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸。分布于住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)的用戶端(User End，UE)通過與其距離最近的無線路由器建立連接來接入HOWBAN。在下行方向上，OLT將來自Internet的數(shù)據(jù)包以點到多點的方式廣播給所有的ONU，然后ONU根據(jù)數(shù)據(jù)包上的邏輯鏈路標(biāo)識判斷數(shù)據(jù)包是否是發(fā)給自己的。如果數(shù)據(jù)包是發(fā)送給該ONU的，則該ONU接收數(shù)據(jù)包；反之，該ONU丟棄數(shù)據(jù)包。下行數(shù)據(jù)包到達(dá)無線網(wǎng)關(guān)后，根據(jù)具體的路由算法，沿多跳鏈路傳輸至UE；在上行方向上，UE將數(shù)據(jù)包發(fā)送給距離其最近的無線路由器，然后這些數(shù)據(jù)包沿?zé)o線路徑從無線路由器到達(dá)ONU，最后這些數(shù)據(jù)包向上到達(dá)OLT并最終進(jìn)入Internet。

本發(fā)明基于上行中心調(diào)度機制，設(shè)計了綠色動態(tài)帶寬分配機制。圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖，首先對數(shù)據(jù)包在光域的時延進(jìn)行分析，然后根據(jù)不同服務(wù)等級的數(shù)據(jù)包的時延要求，計算出ONU的最佳休眠時間。之后，針對ONU休眠導(dǎo)致下行數(shù)據(jù)包時延增大的問題，設(shè)計了自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取策略，來降低下行數(shù)據(jù)包的時延。

具體包括以下步驟：

1.網(wǎng)絡(luò)初始化：

在網(wǎng)絡(luò)運行初始時刻，初始化ONU傳輸時刻以及負(fù)載，初始化無線域網(wǎng)絡(luò)路由。至此，網(wǎng)絡(luò)的初始化階段完成。

2.綠色動態(tài)帶寬分配：

為了使節(jié)能效率最大，采用上行中心調(diào)度機制。在此機制中，當(dāng)傳輸上行數(shù)據(jù)時，下行數(shù)據(jù)才能傳輸，而且下行傳輸要在上行傳輸結(jié)束之前完成。如下圖3所示，OLT在收到所有ONU的Request消息后，開始運行動態(tài)帶寬分配算法。基于上行中心調(diào)度機制，OLT為每一個ONU計算休眠時間，然后給所有ONU發(fā)送Grant消息，以告知ONU具體的休眠時間和為其分配的時隙。

ONU的休眠過程與動態(tài)帶寬分配密切相關(guān)。OLT收到所有ONU的Request消息后，給ONU分配帶寬，也即傳輸時隙。在ONU的傳輸時隙內(nèi)，ONU處于活躍狀態(tài)并傳輸上行數(shù)據(jù)；相反的，在傳輸時隙之外，為了節(jié)能，該ONU可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。若RB_i為ONU_i的請求帶寬，則OLT分配給ONU_i的帶寬為其中B_max是可以分配給ONU的最大上行帶寬。根據(jù)上行中心調(diào)度機制特性，下行傳輸帶寬受到上行帶寬的限制，若下行請求帶寬為RD_i,則OLT分配給ONU_i的下行帶寬DB_i為

在提出的綠色動態(tài)帶寬分配中，ONU在一個輪詢周期內(nèi)能夠進(jìn)入休眠模式最多兩次。第一次休眠階段為ONU收到其Grant消息到其開始傳輸接收到的上行數(shù)據(jù)包，如圖3中T_i^s,1；第二次休眠階段為ONU發(fā)送了Request消息直到收到新的Grant消息，如圖3中T_i^s,2。因此，ONU_i的休眠時間T_i^s為：T_i^s＝T_i^s,1+T_i^s,2。由圖3可知，OLT服務(wù)ONU_i所用的時間v_s,i為：其中為Request消息的處理時間，T_i^prop為OLT和ONU之間的傳播時間，T_gba為運行綠色動態(tài)帶寬分配機制所用時間，為Grant消息的處理時間，為兩個Grant消息之間的保護(hù)時間，為Grant消息的傳輸時間。

T_i^s,2為其他ONU活躍時間與ONU_i的服務(wù)時間之和，如圖3中所示，則可得：其中N為ONU的個數(shù)，UB_i是OLT為第i個ONU分配的帶寬，R為上行傳輸速率，為Request消息的傳輸時間，T_i^o,2為ONU_i從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到Doze狀態(tài)所需要的開銷時間。已知T_i^s,2，只要再求出T_i^s，就可以得到T_i^s,1，T_i^s的計算將會在后面進(jìn)行分析。求得T_i^s,1和T_i^s,2后，則可以計算出ONU_i休眠狀態(tài)及活躍狀態(tài)各自的開始時刻和結(jié)束時刻。如圖3所示，為第n次輪詢中，第一個被輪詢的ONU收到Grant消息的時刻，則ONU_i第一次休眠開始時刻為：第一次休眠持續(xù)時間為T_i^s,1，則可計算出ONU_i第一次休眠結(jié)束時刻為：ONU_i結(jié)束第一次休眠后，需要由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活躍狀態(tài)，所用時間為T_i^o,1，則ONU_i的活躍狀態(tài)開始時刻為：

ONU_i在活躍狀態(tài)期間，在上行方向上，需要在分配的時隙內(nèi)將上行數(shù)據(jù)發(fā)送給OLT，同時需要發(fā)送一個Request消息，來為下一次輪詢申請所需帶寬；下行方向上，ONU接收來自O(shè)LT的下行緩存數(shù)據(jù)。ONU_i的活躍狀態(tài)持續(xù)時間也就是OLT分配給其的傳輸時隙UB_i/R，所以，活躍狀態(tài)的結(jié)束時刻為：ONU_i活躍狀態(tài)的結(jié)束時刻也即其第二次休眠的開始時刻，所以第二次休眠開始時刻為：如前所述，ONU_i第二次休眠持續(xù)時間為T_i^s,2，則可得其第二次休眠結(jié)束時刻為：

OLT收到所有ONU的Request消息后，為所有ONU計算要分配的帶寬，并且將上述時間點包含在Grant消息中，然后給每個ONU發(fā)送Grant消息。ONU收到發(fā)送給其的Grant消息后，依據(jù)里面的時間點來休眠和喚醒。

3.光域時延分析：

由圖3過程可知，ONU_i在一個周期內(nèi)的時間包括休眠時間、空閑時間和活躍時間T_i^a，如圖4(a)所示，其中T_i^o,1為ONU_i從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活躍狀態(tài)所用的開銷時間。若T_i^o為總的開銷時間，則有：T_i^o＝T_i^o,1+T_i^o,2。令v_c為控制消息的傳輸時間和處理時間的和，則有：因此，圖4(a)可進(jìn)一步抽象為4(b)?？梢钥闯觯粋€周期內(nèi)，ONU_i的周期包含繁忙階段和空閑階段。在繁忙階段，ONU_i傳輸上行數(shù)據(jù)。因此，采用M/G/1模型來分析光域的時延。在此模型中，ONU_i的繁忙時間為T_i^a，總空閑時間v_i為：v_i＝v_c+T_i^s+T_i^o。

每個ONU中維護(hù)三個優(yōu)先級隊列，分別為EF、AF、BE隊列。如果用c表示數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，令c＝1，2，3分別對應(yīng)于EF、AF、BE等級。第i個ONU中等級為c的數(shù)據(jù)包ξ經(jīng)歷的總時延D_c,i(ξ)如下式：D_c,i(ξ)＝W_c,i(ξ)+T_i^prop+X_c,i(ξ)，其中W_c,i(ξ)為排隊時延，其值為：T_i^prop為傳播時延，其值為X_c,i(ξ)為傳輸時延，其值為最終可得一個數(shù)據(jù)包在光域的總時延的期望值為：

4.ONU休眠時間計算：

為了保證服務(wù)質(zhì)量，滿足業(yè)務(wù)的時延要求，數(shù)據(jù)包在光域和無線域的總時延不能超過相應(yīng)的時延要求。若服務(wù)等級為c的數(shù)據(jù)包的時延要求為當(dāng)ONU中只有服務(wù)等級為c的數(shù)據(jù)包時，ONU_i能夠休眠的時間為則有：其中E[P]為無線域時延，E{D_c,i}為光域時延，進(jìn)行公式代入可得：為了使節(jié)能最多，則ONU休眠時間應(yīng)盡可能長，所以：

由于每個ONU中有三個優(yōu)先級隊列，為了滿足所有優(yōu)先級的時延要求，則ONU_i的休眠時間應(yīng)該為：

5.自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取策略：

OLT的部分結(jié)構(gòu)如圖5所示，下行數(shù)據(jù)到達(dá)下行調(diào)度器后，下行調(diào)度器根據(jù)下行調(diào)度算法將數(shù)據(jù)包緩存在相應(yīng)的ONU緩存隊列中。當(dāng)ONU_i處于活躍狀態(tài)時，ONU_i緩存隊列中的數(shù)據(jù)包只能被發(fā)送給ONU_i。所以，OLT選擇哪個ONU的實質(zhì)就是下行調(diào)度器將下行數(shù)據(jù)發(fā)送到哪個ONU緩存隊列，而決定下行調(diào)度器行為的是其中的下行調(diào)度算法。如前所述，OLT中的下行調(diào)度算法需要考慮ONU的狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)的時延，來決定將下行數(shù)據(jù)發(fā)送給哪一個ONU。接下來，將對下行調(diào)度算法進(jìn)行詳細(xì)的分析。

如圖3所示，定義ONU的一個輪詢周期為收到Grant消息到下一次開始接收Grant消息之間的這段時間。該綠色動態(tài)帶寬分配中，OLT輪詢每個ONU的順序是固定的。第n次輪詢開始時，OLT依次輪詢ONU₁,ONU₂,…,ONU_N，ONU_N被輪詢之后，開始第(n+1)次輪詢，仍然首先輪詢ONU₁。在ONU_i的第n次輪詢中，ONU_i有兩種狀態(tài)：傳輸狀態(tài)和非傳輸狀態(tài)。在分配的傳輸時隙內(nèi)，ONU_i傳輸上行數(shù)據(jù)并且接收下行數(shù)據(jù)，為傳輸狀態(tài)；在休眠時間、ONU狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間和控制消息時間內(nèi)，ONU_i不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，為非傳輸狀態(tài)。

第n次輪詢周期已經(jīng)開始，根據(jù)前面的綠色動態(tài)帶寬分配機制，ONU_i的第一次休眠開始時間為傳輸狀態(tài)開始時刻為則ONU_i的第n次輪詢周期開始時刻為假設(shè)新的下行數(shù)據(jù)包Q在時刻t到達(dá)OLT，則需要分情況進(jìn)行分析，自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)選取策略流程如圖6所示：

(1)若此時所有ONU的傳輸狀態(tài)都未開始，為了選擇出合適的ONU，以使下行數(shù)據(jù)包的時延最小，需要對下行數(shù)據(jù)包分別經(jīng)過ONU₁,ONU₂,…,ONU_N情況下的時延進(jìn)行分析。下行數(shù)據(jù)包在時刻t到達(dá)OLT，與ONU_i傳輸狀態(tài)開始時刻之間的時間為t時刻,令OLT中各ONU緩存隊列中的下行數(shù)據(jù)包個數(shù)為數(shù)據(jù)包Q需要等待前面緩存的個數(shù)據(jù)包被傳輸完，所以其在OLT中的排隊時間為：其中為一個數(shù)據(jù)包的傳輸時間，L為一個數(shù)據(jù)包的平均比特數(shù)，C_olt為下行傳輸速率。

數(shù)據(jù)包Q在OLT中的時延包含排隊時延和傳輸時延，則數(shù)據(jù)包Q在OLT中的時延為：OLT與ONU_i之間為光纖連接，若光纖長度為d_i，光纖上傳播速率為C_light，則數(shù)據(jù)包Q在光纖上傳播時延為：ONU休眠喚醒后，接收來自O(shè)LT的緩存下行數(shù)據(jù)，ONU中數(shù)據(jù)包到達(dá)率為λ＝C_olt/L，服務(wù)率為μ＝C_onu/L，C_onu為ONU下行速率，則ρ＝λ/μ＝C_olt/C_onu，由于C_olt＞C_onu，所以ρ＞1。ONU剛喚醒時，其中的下行隊列為空，也即，下行數(shù)據(jù)包個數(shù)為0。由于ρ＞1，則ONU的下行隊列中數(shù)據(jù)包個數(shù)逐漸增加。當(dāng)數(shù)據(jù)包Q到達(dá)ONU_i時，ONU_i已服務(wù)時間為此時，ONU_i中的數(shù)據(jù)包個數(shù)為：則數(shù)據(jù)包Q在ONU中的排隊時間為：其中τ_onu＝L/C_onu，為ONU中一個數(shù)據(jù)包的服務(wù)時間。

由上述可得數(shù)據(jù)包Q在ONU中的時延為：數(shù)據(jù)包Q在光域的時延t_pon包括OLT中時延、光纖上時延和ONU中時延，因此可得：綜合前面對無線域時延的分析，可得數(shù)據(jù)包Q自從t時刻到達(dá)OLT，經(jīng)過ONU_i轉(zhuǎn)發(fā)，直到最終到達(dá)用戶終端所消耗的總時延為：若i,j∈(1,N)，為了使下行數(shù)據(jù)包Q的總時延最小，應(yīng)選擇ONU_j來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，也就是說，OLT應(yīng)該將數(shù)據(jù)包Q分發(fā)到OLT中的ONU_j緩存隊列。

(2)若也即下行數(shù)據(jù)包Q在ONU_i的傳輸狀態(tài)內(nèi)到達(dá)，此時，ONU₁,ONU₂,…,ONU_i-1已經(jīng)完成第n次輪詢周期內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，它們下一次的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在第n+1次輪詢周期。ONU_i傳輸狀態(tài)結(jié)束之后，ONU_i+1,ONU_i+2,…,ONU_N依次進(jìn)入第n次輪詢周期內(nèi)的傳輸狀態(tài)。為了降低下行數(shù)據(jù)包的時延，t時刻應(yīng)從ONU_i,ONU_i+1,…,ONU_N中選擇一個來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。首先計算下行數(shù)據(jù)包Q從正處于傳輸狀態(tài)的ONU_i轉(zhuǎn)發(fā)所消耗的總時延。t時刻,OLT中ONU_i緩存隊列中的下行數(shù)據(jù)包個數(shù)為ONU_i中下行隊列中的數(shù)據(jù)包個數(shù)為t時刻,ONU_i已經(jīng)處于傳輸狀態(tài)，ONU_i已服務(wù)時間為則可得：同之前分析類似，數(shù)據(jù)包Q在OLT中的排隊時間為：數(shù)據(jù)包Q在OLT中的時延為：

數(shù)據(jù)包Q到達(dá)OLT時，ONU_i中下行隊列中的數(shù)據(jù)包個數(shù)為當(dāng)數(shù)據(jù)包Q到達(dá)ONU_i時，ONU_i又經(jīng)歷服務(wù)時間為此時，ONU_i中的數(shù)據(jù)包個數(shù)為：則數(shù)據(jù)包Q在ONU中的排隊時間為：進(jìn)一步可得數(shù)據(jù)包Q在ONU中的時延為：可得數(shù)據(jù)包Q在光域的時延t_pon：t_pon＝t_olt+t_fiber+t_onu。

數(shù)據(jù)包Q自從t時刻到達(dá)OLT，經(jīng)過ONU_i轉(zhuǎn)發(fā)，直到最終到達(dá)用戶終端所消耗的總時延為：上述計算是基于ONU_i仍有下行傳輸時隙，也即ONU_i已經(jīng)接收的下行數(shù)據(jù)小于UB_i；若ONU_i已經(jīng)沒有下行傳輸時隙，則不再考慮ONU_i，而從ONU_i+1,ONU_i+2,…,ONU_N中選擇出轉(zhuǎn)發(fā)ONU。若計算出數(shù)據(jù)包Q從ONU_i轉(zhuǎn)發(fā)所消耗的總時延后，需要計算數(shù)據(jù)包Q從ONU_i+1,ONU_i+2,…,ONU_N轉(zhuǎn)發(fā)所消耗的總時延其計算方法同情況(1)中的計算方法一樣。數(shù)據(jù)包Q所消耗的最小總時延為：i,j∈(1,N)，則OLT應(yīng)該將數(shù)據(jù)包Q分發(fā)到OLT中的ONU_j緩存隊列中。

(3)若此時所有ONU已經(jīng)完成第n次輪詢周期內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，并且所有ONU的第(n+1)次輪詢均未開始。數(shù)據(jù)包Q只能在第n+1次輪詢周期內(nèi)傳輸。為了使下行數(shù)據(jù)包的時延最小，需要對下行數(shù)據(jù)包分別經(jīng)過ONU₁,ONU₂,…,ONU_N情況下的時延進(jìn)行分析。此時，計算方法同情況(1)一樣，不同的地方就是需要將CASE 1計算中的替換成可得數(shù)據(jù)包Q自從t時刻到達(dá)OLT，經(jīng)過ONU_i轉(zhuǎn)發(fā)，直到最終到達(dá)用戶終端所消耗的總時延為：若i,j∈(1,N)，OLT應(yīng)該將數(shù)據(jù)包Q分發(fā)到OLT中的ONU_j緩存隊列。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。