Proposta de um Mecanismo de Eficiência Energética em Redes Ópticas Passivas de Próxima Geração

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1 Proposta de um Mecansmo de Efcênca Energétca em Redes Óptcas Passvas de Próxma Geração Lus G. T. Zula e Taufk Abrão Departamento de Eng. Elétrca Unversdade Estadual de Londrna Londrna PR Brasl taufk@uel.br Fábo Renan Durand Departamento de Eng. Elétrca Unversdade Tecnológca Federal do Paraná Cornélo Procópo PR Brasl fabodurand@utfpr.edu.br Abstract Neste trabalho é proposto e analsado um mecansmo de efcênca energétca em redes óptcas passvas WDM-OCDM-TDM-PON que são baseadas nas redes 0GEPON. O mecansmo híbrdo proposto emprega o esquema de hbernação das ONUs prevsto para o padrão 0GEPON em conjunto com o controle/alocação de potênca dos lasers, baseado na otmzação por enxame de partículas (PSO). Os resultados mostram que a energa consumda por bt em cada ONU pode dmnur 0-7 para 0-2 quando emprega-se o mecansmo proposto. Anda, verfcou-se que o algortmo proposto é robusto, apresentando elevada taxa de convergênca (>0,95) em função da varação de potênca na rede. Keywords Redes óptcas, 0GEPON, enxame de partículas. I. INTRODUÇÃO As redes óptcas passvas (PON Passve Optcal Network) se consoldaram como uma das prncpas tecnologas de redes de acesso de banda larga [], sendo empregadas para conectar usuáros resdencas ou comercas com redes metropoltanas. As PONs possuem arqutetura ponto-multponto que permte que uma únca fbra óptca seja compartlhada por múltplos usuáros, não empregando elementos atvos entre os equpamentos das operadoras de telecomuncações ( Optcal Lne Termnal) e os equpamentos dos usuáros (ONU Optcal Network Unt) [][2]. As PONs podem ser utlzadas soznhas ou em conjunto com outras tecnologas como Dgtal Subscrber Lne (DSL), Hybrd Fber Cable (HFC), Fber- Wreless (F-W), entre outros []. Neste contexto, a evolução das redes PONs vem aumentando o seu alcance de 20 km para aproxmadamente 00 km, e podendo substtur as redes metropoltanas (MAN Metropoltan Area Network) [2]. Os padrões atuas de PONs, IEEE 802.3ah Ggabt Ethernet PON (GE-PON) e ITU-T G.984 Ggabt PON (GPON), utlzam a tecnologa de dvsão de tempo (TDM Tme Dvson Multplexng) para compartlhamento de largura de banda e suportam até 32 ONUs []. O padrão GE-PON é o padrão domnante na Asa e o GPON é o padrão largamente empregado nos EUA e Europa [3]. Estes padrões empregam a transmssão por dfusão (broadcastng) com taxa de 2,5 e,25 Gbps no sentdo da para as ONUs (downstream) para GPON e GE-PON, respectvamente. Por outro lado, é utlzada a transmssão por rajadas com taxa de,25 Gbps na dreção das ONUs para a (upstream) em ambos os padrões. A próxma etapa de evolução dos padrões de PONs é baseada em tecnologas TDM com taxa de transmssão de 0 Gbps (XG- PON e 0GE-PON) [][3]. As redes XG-PON e 0GE-PON já são comercas atualmente, porém a evolução destes padrões com ntuto de amplar o alcance, taxa de transmssão e número de ONUs está em dscussão pelos grupos de padronzação, vsto que a lmtação tecnológca apresentada pela técnca TDM está sendo alcançada. Assm, a tendênca de evolução das PONs é baseada no emprego de tecnologas como a multplexação por dvsão de comprmentos de onda (WDM Wavelength Dvson Multplexng), multplexação por dvsão de freqüênca ortogonal (OFDM Orthogonal Frequency Dvson Multplexng) e multplexação por dvsão de códgos óptcos (OCDM Optcal Code Dvson Multplexng), sendo estas tecnologas utlzadas de forma soladas ou em conjunto []-[3]. Uma tecnologa promssora para evolução das PONs é a utlzação do esquema híbrdo WDM-TDM-OCDM-PON que é baseado no aprovetamento das redes legadas 0GE-PON com taxa de 0 Gbps bdreconal, demonstrado por meo de smulação e expermentos em [2 ][3]. As vantagens das WDM- TDM-OCDM-PON são a amplação do alcance ( ~00 km), da taxa de transmssão (> 0 Gbps) e do número de ONUs (> 3000). Além de aprovetar a nfraestrutura da tecnologa das redes 0GE-PON, o emprego das WDM-TDM-OCDM-PON permte a expansão do número de ONUs sem sacrfcar a taxa de transmssão entre as ONUs e [2]. Apesar das vantagens apresentadas por estas redes, anda não foram nvestgados os seus aspectos de efcênca energétca []-[3]. Portanto, consderando que as redes de acesso apresentam elevado consumo de energa e que exste a tendênca de expansão deste tpo de rede, é fundamental o estudo dos aspectos de efcênca energétca das arquteturas de PONs de próxma geração []. Neste contexto, o objetvo deste trabalho é a proposta de um mecansmo que possblte a economa de energa em redes WDM-TDM-OCDM-PON. O mecansmo proposto é baseado no emprego de esquemas de economa de energa das redes 0GEPON prevstas em [4] para a tecnologa TDM, em conjunto com o controle e otmzação de alocação de recursos para as tecnologas OCDM [5]. Os recursos que podem ser controlados são a potênca transmtda e a taxa de transmssão. Neste sentdo, o controle e otmzação dos recursos será realzado por meo da otmzação por enxame de partículas (PSO Partcle Swarm Optmzaton)

2 OCDM- n OCDM- n OC 2 2 m Tempo WDM - k OCDM- n 2 m Tempo OC 2 2 m Tempo 2 m Tempo 2 m TDMA - m Tempo OC 2 2 m Tempo TDMA - m ONU 2 m TDMA - m Tempo Dvsor Dvsor ONU ONU Dvsor OC n Codfcador/ Decodfcador AWG OC n Codfcador/ Decodfcador AWG Dvsor ONU Fg.. Arqutetura da rede WDM-TDM-OCDM-PON. em função da relação custo-benefíco quando comparado com outras técncas de otmzação que empregam nversão de matrzes, métodos numércos e outros algortmos heurístcos. O restante deste artgo está organzado da segunte forma: Na Seção 2 é apresentada a arqutetura da rede WDM-TDM- OCDM-PON e, na Seção 3 são dscutdos os mecansmos de economa de energa e apresentado o mecansmo de efcênca energétca proposto neste trabalho. A Seção 4 lustra a metodologa empregada para obter o desempenho do mecansmo proposto e, na Seção 5 são dscutdos os prncpas resultados obtdos. Fnalmente, na Seção 6 lustram-se as conclusões obtdas. II. ARQUITETURA DA REDE PON A arqutetura da PON empregada neste trabalho é baseada na proposta de WDM-TDM-OCDM-PON apresentada na Fg. que fo desenvolvda em [2][3]. Nesta arqutetura são utlzados dos codfcadores/decodfcadores multportas baseados em arranjo de guas de onda (AWG Arrayed Wavegude Gratngs) para a codfcação OCDM [3] do snal TDM. Assm, aumento de escala é obtdo por meo da ntrodução de comprmentos de onda da tecnologa WDM [2]. Desta forma, o custo das ONUs é menor, pos não são nstalados codfcadores/decodfcadores em cada ONU. O ntervalo entre os comprmentos de onda é dsposto de acordo com a faxa espectral lvre (FSR Free Spectral Range) do AWG para aprovetar a perodcdade espectral do codfcador. Assm, é permtda a reutlzação dos códgos óptcos em todos os comprmentos de onda. Esta arqutetura apresenta um número de m pacotes TDM, n códgos OCDM e k comprmentos de onda. Neste contexto, a taxa de transmssão agregada das ONUs para a (upstream) em uma 0GE- PON será 0 Gbps n k, sendo a taxa de transmssão ndvdual de upstream de cada ONU gual a (0 Gbps/m). Por exemplo, para uma arqutetura com 6 ONUs (m = 6), 8 códgos óptcos (n = 8) e k comprmentos de onda apresentará taxa agregada de k 80 Gbps com taxa ndvdual de 600 Mbps. O codfcador/decodfcador multportas OCDM empregado na rede é baseado em dspostvos AWG em fabrcado em crcutos óptcos passvos planares (PLC - Passve Planar Lghtwave Crcut) vem sendo largamente estudado e testado [2][3]. Este dspostvo consste de N guas de onda de entrada/saída acoplados a dos guas de onda planares que formam dos acopladores em estrela. Estes acopladores em estrela estão nterlgados por meo do AWG. Cada gua de onda do AWG possu um comprmento constante que dfere em L dos outros guas adjacentes. A luz que é lançada na entrada do dspostvo excta os guas de onda do AWG. Neste momento há a nterferênca construtva da luz em determnado ponto do segundo gua de onda planar. O local onde ocorre esta nterferênca construtva depende do comprmento de onda, pos o atraso de fase em cada gua de onda do AWG é dado por 2π L λ [3]. Assm, cada códgo PSK (Phase Shft Keyng) é obtdo por meo da combnação de N pulsos de luz com dferença de fase. O ntervalho de chp (T c ), ou seja, o ntervalo de tempo entre dos pulsos consecutvos em cada códgo óptco é dado por =, sendo n s o índce de refração dos guas de onda e c a velocdade da luz. O ntervalo de chp é gual ao nverso da FSR e o número de códgos gerados (cardnaldade) depende da combnação de pulsos na entrada do dspostvo, entretanto empregando uma combnação conservadora N/2, pode-se obter uma cardnaldade dada pelo bnômo. O comprmento do 2 códgo será N e a máxma correlação cruzada dada por (N ) 2 e máxma autocorrelação dada por N 2 [2][3].

3 III. MECANISMOS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA A. Mecansmos da 0GEPON Os mecansmos de efcênca energétca das redes baseadas na tecnologa TDM são classfcadas de acordo com a camada de rede em que são realzados, entretanto esta classfcação não pode ser consderada rígda. Desta forma, os mecansmos podem ser classfcados como mecansmos de camada físca, de camada de enlace ou híbrdo [4]. Os mecansmos da camada físca tem o ntuto de aumentar a efcênca energétca dos aspectos construtvos dos dspostvos e equpamentos das redes, neste aspecto se destaca o elevado nível de ntegração eletrônca. Por outro lado, os mecansmos da camada de enlace utlzam técncas de gerencamento do consumo de energa para aumento da efcênca energétca, sendo a técnca mas promssora a hbernação (sleep) de dspostvos ou de parte de equpamentos que estão ocosos nas ONUs. Os mecansmos híbrdos combnam ambas as propostas. De uma forma geral, a efcênca energétca em PONs é obtda por meo do deslgamento de funções não essencas ou de componentes dentro das ONUs, sempre que estver natvo [4]. Em funconamento padrão uma ONU está totalmente lgada, porém consdera-se natva, quando o tráfego em downstream é destnada para outras ONUs e esta ONU não está transmtndo nada em upstream. B. Mecansmos da Tecnologa OCDM O controle, alocação e otmzação de recursos, como potênca transmtda dos lasers e taxa de transmssão, vem sendo empregado recentemente como uma forma de obter efcênca energétca em redes que empregam tecnologa OCDM [5]. Nestas redes, controle de potênca é utlzado elmnar a restrção do efeto near-far, em que o snal recebdo dos nós próxmos ao receptor apresenta menor nterferênca em função da maor potênca recebda. Assm, o balanço de potênca realzado tem ntuto de garantr que a potênca recebda por todos nós seja equalzada, porém a penaldade de potênca exstente em função da nterferênca de múltplos usuáros (MAI Multple Access Interference) vara de acordo com o número de nós que estão transmtndo nstantaneamente [2]. Desta forma, o controle de potênca tem o ntuto de garantr que a equalzação da potênca recebda ocorra de forma dnâmca e ndependente do número de nós que estejam transmtndo nstantaneamente [5]. Por outro lado, o controle de potênca pode ser empregado para defnr níves dstntos de qualdade de servço (QoS Qualty of Servce), ou seja, os códgos que forem recebdos com um nível maor de potênca apresentarão menor BER. C. Mecansmo Proposto Os aspectos de efcênca energétca anda não foram nvestgados na rede WDM-OCDM-TDM-PON, entretanto como esta rede é baseada na evolução da 0GEPON o mecansmo proposto para obtenção de energa consste no emprego de um esquema de economa de energa das redes 0GEPON. Assm, será empregado o modo de hbernação quando a ONU estver fora do seu período de transmssão que é defndo pelo algortmo de alocação de banda (DBA Dynamc Bandwdth Allocaton) [4]. Por outro lado, a varação dnâmca do número de ONUs atvas, ou seja, njetando potênca óptca na rede altera fortemente o desempenho da rede com tecnologa OCDM. Esta varação pode elevar o nível de MAI e dmnur muto a vazão da rede [3][5]. Desta forma, deve ser empregado o controle de potênca, de forma semelhante a tecnologa CDMA sem fo. Neste sentdo, o algortmo que realzará o controle de potênca pode ser empregado para otmzar a potênca transmtda, de acordo com os requstos de QoS e restrções de efcênca energétca. A proposta deste trabalho é empregar um algortmo de controle e alocação de recursos baseado no PSO. O PSO fo escolhdo em função da relação custo-benefíco quando comparado com outras técncas de otmzação que utlzam nversão de matrzes, métodos numércos e outros algortmos heurístcos [5]. IV. METODOLOGIA DE ANÁLISE A análse de desempenho do mecansmo proposto consste em três aspectos: ) Modelamento do consumo de energa dos transmssores/receptores, ) Modelamento do consumo de energa das ONUs no modo de hbernação com DBA e, ) Controle e alocação de recursos empregando o PSO. A. Consumo de Energa de Transmssores/Receptores Os transmssores das s e ONUs consstem de lasers com modulação dreta ou modulação externa dependendo da taxa de transmssão e alcance requerdo. De uma forma geral, a potênca consumda nos transmssores é dada por [6]: P (W) = P + V I + L P () T drver laser laser mod CW sendo P drver a potênca consumda pelo crcuto do drver de aconamento do laser, V laser a tensão méda do laser, I laser a corrente méda do laser, L mod são as perdas do modulador externo e P CW é a potênca contínua do laser. Se o laser empregar modulação dreta o últmo termo (L mod P CW ) é desconsderado. Por outro lado, Os receptores empregados são compostos de crcutos eletrôncos e amplfcador EDFA (Erbum Doped Fber Amplfer) na confguração de préamplfcador. Desta forma, a potênca consumda nos receptores é dada por [6]: Vn PR (W) = V pol + + Pamp (2) Rn ηr sendo V n a tensão de entrada no receptor que depende da potênca óptca recebda, R n a restênca de entrada, V pol a tensão para a polarzação (bas) dos crcutos eletrôncos, η a efcênca de conversão e R a responsvdade, P amp é a potênca consumda no pré-amplfcador EDFA. Se for empregado um receptor com amplfcador de transmpedânca o últmo termo (P amp ) será desconsderado. A relação entre a potênca (P) e a energa consumda por bt (E b ) é dada por E b = P/R, sendo R a taxa de transmssão. B. Consumo de Energa no Modo de Hbernação As PONs que empregam DBA podem operar com pequeno consumo de potênca quando estão fora do período de transmssão. A relação entre o tempo de hbernação, tempo atvo, potênca de hbernação (P off ) e potênca de operação atva (P on ) são largamente estudadas com ntuto de obter a

4 melhor relação custo-benefíco, pos a ONU necessta de tempo para entrar em sncronsmo com as janelas de tempo empregadas [4]. Assm, a energa consumda por uma ONU sem mecansmos de efcênca energétca é dada por [4]: E = TDBAPon (3) sendo T DBA o tempo entre duas transmssões ou recepções consecutvas da mesma ONU. Por outro lado, a energa consumda por uma ONU com mecansmos de efcênca energétca é dada por [4]: ( ) ( ) E = T + T P + T T + T P (4) ef s w on DBA s w off sendo T s o período alocado para transmssão/recepção de cada ONU (T s = T DBA /m), T w o tempo necessáro para a ONU retornar ao modo atvo e recuperar o sncronsmo. C. Controle e alocação de recursos O controle de potênca transmtda em uma rede OCDM é um problema de otmzação. Denomnando-se Γ a razão entre a potênca da portadora pela potênca da nterferênca (CIR) desejada na entrada do decodfcador de nteresse, tendo em vsta obter uma certa QoS assocada a BER máxma tolerada para o nó, e defnndo-se o vetor-coluna K-dmensonal da potênca óptca transmtda P = [P, P 2,... P K ] T, então o problema do controle de potênca óptco centralzada consste em encontrar o vetor de potênca P que mnmza a função J p = p = p, sujeto as restrções [5]: custo ( ) = T Γ = P K j=, j K G p 2 j j + σ ASE G p mn p P max Γ =,.., K, sendo p a potênca transmtda, G j a atenuação entre o transmssor j e o receptor, K o número de nós da rede, P mn e P max, a potênca mínma e máxma permtda na rede, 2 respectvamente. σ ASE é o ruído em função do ruído de emssão espontânea (ASE - Amplfed Spontaneous Emsson) 2 σ = n hf G B, sendo nsp o fator de emssão dado por ( ) ASE SP o espontânea, h é a constante de Planck, f é a frequênca da portadora óptca, G é o ganho do amplfcador e Bo é a largura de banda óptca. Consderando que a MAI apresenta característcas Gaussanas (BER) é dada por P ) = erfc γ 2 * (5) b (, sendo erfc a função de erro complementar. A relação snalruído-nterferênca (SNIR) e a CIR é dada por γ ( N / σ ) 2 Γ, sendo σ a varânca aperódca méda Hammng da ampltude * de correlação cruzada. Γ é a CIR mínma para o QoS desejado. Desta forma empregando notação matrcal, pode-se reescrever (5) como * Ι Γ H p u, sendo I a matrz dentdade de dmensão K, H é matrz nterferênca normalzada, na qual os elementos podem ser obtdos por h = G G no caso de j e zero caso contráro. Assm, a a j j versão escalar da potênca de ruído é dada por * 2 2 σ ASE G u = Γ. Portanto, o vetor de potênca otmzada é obtdo por meo da substtução da desgualdade por uma gualdade e é realzada a nversão matrcal p * * = Ι Γ H u. Este vetor representa o equlíbro de potênca no nó receptor de acordo com a CIR requerda, entretanto se uma CIR maor for solctada deverá ocorrer um aumento de potênca transmtda. A potênca otmzada transmtda por cada nó obtda pela nversão matrcal representa o controle centralzado de alocação de potênca. Desta forma, o controle central deve obter atualzação de nformações sobre nós atvos na rede, tornando o controle centralzado um fator lmtador no desempenho da rede OCDM [3][5]. Neste contexto, com ntuto de realzar o controle de potênca de forma dstrbuída, ou seja, propcar que cada ONU estabeleça o controle de seus recursos de acordo com as condções da rede, será empregado o algortmo de controle de alocação de recursos baseado no PSO. O PSO é uma meta-heurístca baseado no movmento de uma população (enxame) de ndvíduos (partículas) dstrbuídos aleatoramente no espaço de busca, sendo que cada ndvíduo possu uma posção e velocdade. Neste trabalho a posção das partículas = b b b representa o vetor de potênca otmzada e = v v v o vetor com a velocdade de deslocamento de cada partícula. Assm, cada partícula armazena sua melhor posção encontrada no espaço de busca que verfcado em cada teração [t] por meo da função custo. A melhor posção entre todas as partículas é denomnada. O deslocamento das partículas no espaço de busca é dado por [5]: + = = + +, =,, (7) sendo ω o peso de nérca com relação a velocdade anteror, U p e U p2 são matrzes dagonas cujos elementos são varáves aleatóras unformemente dstrbuídas no ntervalo [0, ], e são os melhores vetor-posção global e local, C e C 2 são coefcentes de aceleração ndvdual e global respectvamente. é o número de partículas e a lmtação de velocdade é dada por ±. A função custo empregada no PSO para alocação de recursos com restrção de taxa de transmssão e efcênca energétca é dada por: =max F,0<, =, and =,2,, sendo L o número de taxas de transmssão permtdas e o úmero de ONUs no lth grupo com taxa de transmssão mínma (6) (8)

5 dada por. A convergênca do algortmo pode ser calculada por meo da taxa de convergênca [5]: = (9) sendo J[t] o valor da função custo para teração t e J[p*] o valor da função custo para o valor de potênca otmzada. V. RESULTADOS Para obtenção dos resultados fo consderada a utlzação de fbras óptcas com 0,2 db/km de atenuação, codfcador/decodfcar (6 6) AWG com perdas de 4 db, nsp = 2, h = J/Hz, f = 93, THz, G = 20 db, B o = 30 GHz, P drver = 22 fj, p = V laser I laser defndo pelo PSO, R n = 50 Ω, R = 0,7 A/W, η = %, P amp = W (50 % dos canas utlzados), V pol V n / R n < 200 µw. Laser transmssor com taxa de repetção de 0 GHz com largura de pulso de 2 ps. Foram empregados 6 códgos PSK com comprmento de 6 chps e ntervalo de chp de 5 ps. Na confguração estudada serão consderadas 6 ONUs (m =6) e 6 códgos óptcos (n = 6) que resulta em 256 ONUs por comprmento de onda. No PSO foram empregadas = +2 partículas, C =,8 e C 2 =2,0, ω =,0 e V max = 0,2 (P max P mn ). A dstânca entre as s e ONUs é obtda por meo de uma dstrbução unforme de 2 a 00 km. A Fg. 2 lustra a energa consumda por bt de uma ONU em função da taxa de convergênca consderando três stuações: ) Tradconal - Nenhum mecansmo de efcênca energétca é empregado, ) Mecansmo de Hbernação - O mecansmo de hbernação emprega T w = 0,5T DBA e P off = 0,3P on, ) Algortmo proposto Algortmo de controle e alocação de recursos (PSO) com mecansmo de hbernação com mesmos valores do tem ). Energa consumda por bt (J/bt) E-5 E-6 E-7 E-8 E-9 E-0 E- E-2 E-3 Tradconal Mecansmo de hbernação Algortmo proposto E Taxa de convergênca Fg. 2. Energa consumda por bt de uma ONU em função da taxa de convergênca. Por meo da Fg. 2 se observa que a energa consumda por bt é aproxmadamente,5 0-7 J no caso de uma ONU sem nenhum mecansmo de efcênca energétca, por outro lado com o emprego do mecansmo de hbernação a energa consumda por bt será,0 0-9 J. Desta forma, verfca-se que é possível obter uma elevada economa de energa empregando os recursos de economa de energa prevstos para as 0GEPONs []. Porém, com a utlzação do algortmo proposto neste trabalho é possível alcançar um valor de energa consumda por bt de aproxmadamente 9,0 0-2 J para uma taxa de convergênca de 0,5 e 5,0 0-2 J para uma taxa de convergênca de,0. Esta economa de energa obtda por meo do algortmo proposto ocorre em vrtude do ajuste da potênca transmtda dos lasers. Este ajuste da potênca do laser apresenta uma economa méda em torno de 60% da potênca consumda [6]. Por outro lado, o mecansmo de hbernação resulta na dmnução de ONUs atvas, assm ocorre uma quantdade menor de MAI na rede, portanto a potênca transmtda pode ser anda menor. Com ntuto de aprmorar o algortmo proposto foram realzadas váras smulações para obter os valores ótmos das relações entre T w /T DBA e P off / P on. Neste sentdo, verfcou-se que a utlzação da seguntes relações T w = 0,2T DBA e P off = 0,P on resultam num menor valor de energa consumda por bt conforme lustra a Fg. 3. A Fg. 3 lustra a energa consumda por bt de uma ONU em função da taxa de convergênca consderando três stuações: ) Tradconal - Nenhum mecansmo de efcênca energétca é empregado, ) Mecansmo de Hbernação - O mecansmo de hbernação emprega T w = 0,2T DBA e P off = 0,P on, ) Algortmo proposto Algortmo de controle e alocação de recursos (PSO) com mecansmo de hbernação com mesmos valores do tem ). Energa consumda por bt (J/bt) E-5 E-6 E-7 E-8 E-9 E-0 E- E-2 Tradconal E-3 Mecansmo de hbernação Algortmo proposto E Taxa de convergênca Fg. 3. Energa consumda por bt de uma ONU em função da taxa de convergênca. Por meo da Fg. 3 se observa que a energa consumda por bt é aproxmadamente 5,0 0-0 J. Desta forma, verfca-se que exste uma varação de 50 % com relação ao resultado lustrado na Fg. 2. Neste contexto, com a utlzação do algortmo proposto neste trabalho é possível alcançar um valor de energa consumda por bt de aproxmadamente 2,0 0-2 J para uma taxa de convergênca de 0,5 e,0 0-2 J para uma taxa de convergênca de,0. Desta forma, verfca-se que exste uma varação de 77,8 e 80 % de economa de energa

6 para uma taxa de convergênca de 0,5 e,0, respectvamente, com relação ao resultado lustrado na Fg. 2. A utlzação do mecansmo de hbernação pelo algortmo proposto resulta na varação do número de ONUs com transmssão atva, portanto ocorre uma varação da potênca transmtda e, por consequênca uma varação do MAI. A Fg. 4 lustra a taxa de conversão em função do número de terações.0 Fg. 5. Potênca transmtda por comprmento de onda. Por meo da Fg. 5 se verfca a convergênca da potênca transmtda obtda por meo do algortmo proposto e os valores de potênca obtdos por meo do controle centralzado (nversão matrcal). Anda, se observa que o aumento da dstânca méda resulta no aumento da potênca transmtda. Neste contexto, com ntuto de dmnur a potênca transmtda e evtar os efetos não lneares que são exctados por potêncas elevadas (> 0 mw) é necessáro prever a nstalação de EDFAs no caso das redes PONs de longo alcance. 0.9 Taxa de convergênca Fg. 4. Taxa de convergênca em função do número de terações para varação de potênca nos enlaces de 0, 20, 30 e 40%. Por meo da Fg. 4 observe que o aumento do número de terações resulta no aumento da taxa de convergênca. Por outro lado, o aumento da varação de potênca resulta na dmnução da taxa de convergênca, entretanto se verfca que mesmo com uma varação de potênca de 40% nos enlaces da rede a taxa de convergênca será maor que 0,95. Portanto, o algortmo proposto é robusto não sendo afetado pela varação da potênca em função da hbernação das ONUs. A Fg. 5 lustra a potênca transmtda por comprmento de onda em função do número de terações obtda por meo do algortmo proposto e por meo da nversão de matrcal para uma dstânca méda entre ONUs e de 20, 50 e 60 km. Potênca por comprmento de onda (W) E-3 E-4 Sem varação Varação de potênca: 0 % 20 % 30 % 40 % Número de terações Dstânca méda entre ONUs e : 20 km 50 km 60 km Lnhas pontlhadas: Obtdas por nversão matrcal (Controle Centralzado) E Iterações VI. CONCLUSÕES Neste trabalho fo proposto e analsado um mecansmo de efcênca energétca em redes óptcas passvas WDM- OCDM-TDM-PON que são baseadas nas redes comercas 0GEPON. Desta forma, busca-se amplar o alcance, taxa de transmssão e número de ONUs das redes 0GEPON. O mecansmo de efcênca energétca híbrdo proposto emprega o mecansmo de hbernação prevstos para o padrão 0GEPON em conjunto com o controle e alocação de potênca dos lasers baseado na otmzação por enxame de partículas (PSO). Portanto, procura-se aprovetar as característcas do TDM e OCDM que são o modo de hbernação e o controle de potênca para obter o aumento da efcênca energétca. Os prncpas resultados mostram que a energa consumda por bt por ONU pode dmnur aproxmadamente de 0-7 para 0-2 quando emprega-se o mecansmo proposto. Anda, verfcouse que o fato de colocar as ONUs em hbernação, ou seja, com o laser sem potênca de transmssão, não afeta a taxa de convergênca do PSO. Fnalmente, fo demonstrado que os valores de potênca transmtda obtdos pelo PSO convergem para os valores de potênca obtdos por meo da nversão matrcal. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [] E. Wong, Next-Generaton Broadband Access Networks and Technologes, J. Lghtw. Technol., vol. 30, no. 4, pp , Feb., 202. [2] T. Kodama, Y. Tanaka, S. Yoshma, N. Kataoka, J. Nakagawa, S. Shmzu, N. Wada, and K. Ktayama, Scalng the system capacty and reach of a 0G-TDM-OCDM-PON system wthout an en/decoder at an ONU, J. Opt. Commun. Netw., vol. 5, no. 2, pp , Feb [3] S. Yoshma, Y. Tanaka, N. Kataoka, N. Wada, J. Nakagawa, and K. Ktayama, Full-duplex, extended-reach 0G-TDM-OCDM-PON system wthout En/decoder at ONU, J. Lghtw. Technol., vol. 3, no.,pp , Jan [4] L. Valcarengh et al, Energy Effcency n Passve Optcal Networks: Where, When, and How?, IEEE Network, pp. 6 68, November/December 202. [5] F. Durand and T. Abrão, Energy-Effcent Power Allocaton for WDM/OCDM Networks Wth Partcle Swarm Optmzaton, J. Opt. Commun. Netw., vol. 5, no. 5, pp , May [6] Rodney S. Tucker, "Green Optcal Communcatons - Part I: Energy Lmtatons n Transport", J. Sel. Quantum Electron., vol. 7, no. 2, pp , March-Aprl 20.