日益严峻的能源危机以及环境问题已经成为全球关注的焦点,由此引发了一系列生态、经济、政治和社会议题的讨论。随着网络用户数量的激增和网络技术的飞速发展,通信网络的能耗正以每年15%~20%的速度在增长。因此,提高能源的利用效率,减少通信网络的能源消耗已经成为各国政府、网络运营商和用户公认的必由之路。绿色网络的概念应运而生。接入网作为通信网络重要组成部分,拥有巨大的设备数量,其能耗在整个通信网络能耗中占据了相当大的比例。因此,降低接入网的能耗是发展绿色网络的重点之一。在高速接入网中,PON技术由于快速发展和广泛应用奠定了它的关键地位。其中,基于时分复用和波分复用的无源光网(TWDM-PON)同时结合时分复用和波分复用的优点,大规模提高了接入网的传输容量。并且它可以和目前已经广泛部署的光纤分布式网络共存。鉴于此,ITU/FSAN在2012年开始研究制定NG-PON2的标准,同年将TWDM-PON被确定作为NG-PON2标准的主要方案。本论文旨在通过提高TWDM-PON能源利用效率,优化并减少硬件配置来推动绿色TWDM-PON系统的完善和发展。本论文针对TWDM-PON绿色方案的关键技术进行了深入研究,提出了ONU迁移机制、波长重定位机制以及ONU动态节能分组三种节能方案来实现降低系统能耗以及优化和减少硬件配置。具体而言,完成了以下几个方面的工作:1.TWDM-PON系统中ONU迁移机制。首先分析了目前无源光网络系统的绿色方案。针对新一代基于TWDM技术的无源光网络,我们利用TWDM-PON网络同时具备了时分复用和波分复用的特点,通过分析网络用户的在线模型,提出了新颖的ONU用户在不同波长间的迁移机制。它具备如下几个特点:1)通过ONU在TWDM-PON系统中不同波长间的迁移,可以实时实现网络系统中工作的波长数保持在最低值,从而实现降低网络系统能耗的目的。2)TWDM-PON系统间ONU迁移机制,其实现方式简单,可以复用当前标准中定义且已经广泛应用的关键消息和命令等。3)ONU迁移机制的关键参数配置灵活。网络运营商可以根据ONU网络业务实际状况,在兼顾服务水平协议的要求的同时,选择对ONU迁移机制的关键参数的配置,如迁移间隔等。2.基于TWDM Multiple PON系统的波长重定位机制Multiple PON系统的基本架构包含一个OLT和多个PON,其最大的特点是具备高度的可扩展性以及在多个PON间高度的交互性。因此,可以在多个PON间实现资源的共享,如波长和带宽等。我们进一步提出了基于TWDM技术的Multiple PON的结构。我们重点研究了基于TWDM Multiple PON系统的关键技术和绿色方案。在此基础上,我们提出了具有创新性的波长重定位机制(Wavelength Relocation):1)通过波长在不同PON间的重定位机制(Wavelength Relocation),可以实现波长以及相应的收发器在不同PON间的共享。在网络整体业务量处于非高峰时期,可以通过共享波长和收发器来实现系统节能的目的。2)通过波长重定位机制,实现波长以及相应的收发器在不同PON间的共享,不仅实现节能,还可以进一步降低整个Multiple PON系统的硬件配置成本。如OLT端的收发器,无需根据所有PON系统的高峰容量进行满载配置。因此,波长重定位机制可以在降低系统能耗以及减少系统硬件资源配置两方面大大推动TWDM Multiple PON系统的绿色化发展。3)波长重定位机制实现方式简单,主要通过复用当前标准中定义且已经广泛应用的关键消息和命令等以及无源AWGR来实现。3.TWDM-PON系统ONU动态分组节能机制由于无源光网络系统中的ONU数量巨大,因此ONU的能耗获得了广泛的关注。众多学术机构和全球网络运营商对此进行了深入研究,提出了大量的节能方案。我们综述了广泛报道的无源光网络系统ONU绿色方案,并尝试对其进行分析和归纳。在此基础上,我们实现的创新性工作主要包括:1)综合利用TWDM-PON系统波分复用和时分复用相结合的特点,提出了ONU动态节能分组的节能方案。其核心思想是,将具有类似网络业务类型的ONU迁移至某一个或者某几个的波长上进行动态编组。不同的ONU分组根据各自的网络业务类型选择与之相应的节能方案来实现最优的节能效果。2)通过灵活定义的动态节能工作组的进入和退出条件,动态节能分组机制可以实时适应TWDM-PON系统中ONU的网络业务动态变化的特点,在通过ONU休眠来实现节能的同时,兼顾了网络系统的性能。