網路模型

我們在這邊假設網路的各個部位所使用的儀器設備，以及接入網路的架構，

以方便計算每個光網絡單元在使用網路時所消耗的功率。

而在此之前，我們在此先介紹一個參數 α，α 為每年科技進步率(technology improvement rate per year)。路由器或交換器的容量和消耗功率跟 α 之間的關係式

為：

(

) (

0

0 t

R R

C P C

P = −α

)

P0、C0是現在路由器或交換器的容量和功率，P0/C0 則是設備傳輸每一位元所耗

的能量；而PR、CR 在t 年後的情況，P0/C0即是估算t 年後設備傳輸每一位元所 耗的能量，Neilson 觀察過去 10 年的路由器或交換器的容量和功率消耗的關係，

推算出α～0.2(實際上為 0.1~0.2)[17]。從過去的觀察網路的流通量每兩年成長一 倍[1]，所以現在的接觸速度(access rate) A0和t 年後的接觸速度 A 的關係式可表

成：

PCEP (CEP : customer premises equipment)是光網絡單元所消耗的功率 ex. 數據機 (modem)，PRN、NRN分別為遠處節點的功率和連結的光網絡單元的個數，PCO、 NCO是局端的功率和連結的光網絡單元的個數，而在PCO的係數2 是因為需要使

接下來，將介紹幾種常見接入網路的技術。

非對稱數位子載波線路：通常非對稱數位子載波線路的下載速度會比上傳的速度 來的快，在這個模型中，數位子載波線路接入多工器使用的是Alcatel Stinger FS+

DSL Access Concentrator[18]，能夠提供1008個光網絡單元，功率為1.7 kW。而光 網絡單元使用的是D-Link DSL-502T modem[19]，功率為5W。雖然此技術在理論 上最大的速度可以到24 Mb/s，但因為考慮傳輸長度和雜訊，所以在這裡假設最 大的傳輸速度為15 Mb/s。

光纖到節點：VDSL2 line card 可以支援 16 個光網絡單元，遠處節點包含數位子

載 波 線 路 接 入 多 工 器 和 光 網 絡 單 元 ， 模 型 中 遠 處 節 點 使 用 NEC AM3160 multiservice access platform[22]，數位子載波線路接入多工器功率為 42 W，光網

絡單元的功率為5 W。VDSL2 的用戶端的速度可到 50 Mb/s，模型中使用 NEC VF200F6 VDSL modem[23]功率為 10 W，而模型中限制了一個光線路終端器最多

可支援8192 個用戶端，也就是說一個數位子載波線路接入多工器可支援 512 個 用戶端

被動式光纖網路：模型中上、下傳的速度為非對稱，下傳速度為2.4 Gb/s，上傳 速度為1.2 Gb/s。而模型中光線路終端器使用Hitachi 1220 OLT[20]，功率為1.34

kW，可以支援32個 G-PON，每個網路的光網絡單元的分流比為32，所以光線路 終端器總共可以支援1024的光網絡單元。而光網絡單元使用Wave7 ONT-G1000i ONU[21]，功率為5 W，速度最快可達1 Gb/s。

PES是乙太網路交換器的功率，PGateway和PPEdge分別是閘道路由器(gateway router) 和供應邊緣路由器的功率，CGateway和CPEdg分別是閘道路由器和供應邊緣路由器

的容量。第一個係數2 是因為設備需要冷卻系統，第二個係數 2 是因為需要包含 上傳的乙太網路交換器。

乙太網路交換器：Cisco Catalyst 6513 switch[24]，有 384 GE ports，功率為 3.21 kW，容量為 720 Gb/s。而 PES可表示為：

閘道路由器：Cisco 10008 gateway router[24]，功率為 1.1 kW，容量為 8 Gb/s。

供應邊緣路由器：Cisco 12816 router[24]，功率為 4.21 kW，容量為 160 Gb/s。

視頻分配網路的能量消耗

視頻分配網路 所假設使用的設備為 Cisco 7613 router[24]，功率為 4.6 kW，

容量為120 Gb/s，而每個光網絡單元在此所消耗的功率 PVDN可表示成：

(

)

6 . / 4 120

4 3 kW

s Gb P_VDN = × A^C ×

係數4 是因為設備需要冷卻系統和一些其它的設備，而係數 3 是因為 3 個路由器 需要經過2 個 hops 傳輸，不過在本章後面的功率消耗曲線圖並不包含 PVDN的部 份。

核心網路的能量消耗

核心網路所假設使用的設備為 single-rack Cisco CRS-1 core router[24]，功率

為10.9 kW，容量為 640 Gb/s。而每個光網絡單元在此所消耗的功率 PC可表示成：

(

)

9 . / 10 640

) 1 (

8 kW

s Gb

H P_C = A^I + ×

H 為訊號平均經過核心節點的數量，而在這個模型中 H=9，而係數 8 是因為一般 核心路由器的準備的數量會考慮到未來的網路流通量的成長，所以都會準備現行 流通量最大值得兩倍。還有儀器設備也需要冷卻系統和一些其它設備所需的功 率。

傳輸系統(transport system)

城域網邊緣網路和核心路由器在城市之內的傳輸可以用特定的光傳作為傳 輸媒介，距離大約以 80 公里為限，而當距離超過 80 公里的距離或城市與城市

之間的傳輸則是使用分波長多工傳輸系統。Network operator 可以決定提供路由 器的路徑是短路徑(shot reach)或是分波長多工傳輸系統。

陸地上的分波長多工傳輸系統

使用 Fujitsu Flashwave 7700 WDM terminal system[25]，每 44 個頻道消耗 811 W，每個頻道操作在 40 Gb/s。如果兩端傳輸的距離大於 100 公里，需要中間線 路放大器(intermediate line amplifier)，中間線路放大器每 44 個頻道消耗的功率為 622 W，在這個模型中核心路由器之間平均距離為 1500 公里，所以傳輸的兩端

之間需要14 個中間線路放大器。而每個用光網絡單元在此所消耗的功率 Pcore_terrest

為：

( )

(

)

2 /

40 4 1

_ H W

s Gb

U

P_{core terrest} A^I ⎟× ×

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

H 為訊號頻平均經過的核心節點，U 為訊號是由海底分波長多工傳輸的比率，在

這個模型的假設U=0.2，235 W 是累計的消耗功率。

海底的分波長多工傳輸系統

現行的海底纜線使用四光纖對(four fiber pairs)[26]，可以提供 64 個波長操作 在10 Gb/s。每 50 公里的傳輸距離需要一中繼器(repeater)，每個中繼器消耗的功 率是40 W，而在傳輸的兩端所使用的儀器很像陸地的分波長多工傳輸系統，但 是包含一個特別的轉頻器，而消耗功率為9 kW，而在這個模型中傳輸兩端的距 離為8000 公里。每個光網絡單元在此所消耗的功率 Pundersea為：

(

)

/ 280

4 10 H W

s Gb

U

P_undersea A^I ⎟× ×

⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛

在係數4 其中的 2 是因為分波長多工傳輸系統考慮到未來的網路成長，所以一般 都準備現行所需流通量的2 倍，而另外的係數 2 是需要其他的設備。

在第五章的實驗架構中，光網絡單元的部分裝置了兩台摻鉺光纖放大器，在 實際上我們不可能將兩台摻鉺光纖放大器和雙平行馬赫曾德爾調變器做成模 組，而如果改以半導體光放大器做成模組的可行性比較大，因此計算上改以CIP 的半導體光放大[4]作為參數。另外，現在並沒有針對長距離被動式光纖網路的 局端設備，因此在計算上我們以被動式光纖網路的模型為基礎已計算功率。