I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   6 ,   No .   6 Dec em b er   201 6 ,   p p .   297 1 ~ 2 9 7 8   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 6i 6 . 1 1 1 0 9           2971       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Energ y  Eff icie nt  Fra m e St ruct ure  for G ig a bit  P a ss iv   O pti ca l Net w o rk s       Rizw a n A s la m   B utt 1 ,   Sev ia   M a hd a liza   I drus 2 ,   Ra j a   Z a hi la h   Ra dzi 3 ,   K a s hif  Na s ee Q uresh i 4   1 ,2 De p a rt m e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsit y   T e c h n o lo g y   M a la y sia   (U T M ),   Jo h o Ba h ru ,   M a l a y sia   3, 4 F a c u lt y   o f   Co m p u ti n g ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay sia   (U T M ),   Jo h o Ba h r u ,   M a lay sia   1 De p a rt m e n o f   El e c tri ro n ics   E n g in e e rin g ,   NED Un iv e rsity   o f   En g i n e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y   P a k istan       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   3 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Oct   7 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Oct   2 1 ,   2 0 1 6     In c re a sin g   p o w e c o n su m p ti o n   i n   in f o rm a ti o n   a n d   c o m m u n ica ti o n   a c c e ss   n e tw o rk is  o n e   o f   th e   m a jo c a u se   o f   g re e n h o u se   g a e m issio n s.  T h e se   e m issio n a re   h a rm f u f o li f e   o n   e a rth .   P a ss iv e   Op ti c a Ne tw o rk ( P ON s)  a re   c o m p a ra ti v e l y   e n e rg y   e ff icie n t   n e tw o rk   b u t h e   b r o a d c a st  n a tu re   o f   d o w n stre a m   tra ff ic  le a d to   u n n e c e ss a r y   f ra m e p ro c e ss in g   b y   th e   o p ti c a n e t w o rk   u n it a n d   c a u se   o f   e n e rg y   w a sta g e .   Bi - P ON   tec h n iq u e   h a so lv e d   th is  p ro b lem   b y   c h a n g in g   th e   X G P ON   /   G P ON   f ra m e   stru c tu re   in t o   a n   in terle a v e d   p a tt e rn .   H o w e v e r,   th i stru c tu re   a lso   re q u ires   a d d it i o n a h a rd w a re   c h a n g in g a th e   o p ti c a n e tw o rk   u n it s.   In   t h is  p a p e r,   w e   h a v e   tri e d   to   a c h iev e   th e   sa m e   o b jec ti v e   b y   m a k in g   a   fe c h a n g in g s   in   th e   G P ON   f ra m e   stru c tu re   w it h o u m o d ify in g   th e   e x isti n g   h a rd w a re   stru c tu re .   T h e   si m u latio n   re su lt s   sh o w   th a 2 5 . 2 5 %   p ro c e ss in g   e n e rg y   o f   a n   O NU   c a n   b e   sa v e d   b y   in c o rp o ra ti n g   t h e se   c h a n g e s.   K ey w o r d :   E n er g y   e f f icie n c y   Fra m s tr u ct u r e   GP ON   Op tical  ac ce s s   n e t w o r k   P ass iv o p tical  n et w o r k   Co p y rig h ©   2 0 1 6   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sev ia  M u h a m m ad .   I d r u s   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Un i v er s it y   T ec h n o lo g y   Ma la y s ia,   P1 9 a,   Sk u d ai,   J o h o r   B ah r u ,   J o h o r - 8 1 3 0 0 ,   Ma lay s ia.   E m ail: se v ia @ f k e. u t m . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   R ec en t l y ,   I n f o r m atio n   an d   C o m m u n icatio n   T ec h n o lo g ies   ( I C T s b ased   n et w o r k s   ar e m e r g ed   w it h   all  f ield s   o f   li f a n d   r ap id ly   ex p an d in g   [1 - 2] .   A cc o r d in g   t o   latest  I n ter n atio n al  T elec o m m u n icatio n   U n io n   ( I T U - T )   r ep o r o f   2 0 1 5 ,   th u s ag e   o f   in ter n et  h as   r is e d   b y   4 6 % ,   w h er e   1 0 . 8 i n cr ea s e d   in   f i x ed   b r o ad b an d   an d   4 7 in cr ea s e d   in   m o b ile  s er v ices  s u b s cr ip tio n s   [ 3 ] .   T h is   e x p an s io n   h as  i n cr ea s e d   t h elec tr ic  p o w er   g en er atio n   an d   ca u s i n g   o f   m a s s iv e m is s io n   o f   g r ee n h o u s g ases .   A r o u n d   7 0 o f   th to tal  p o w er   co n s u m p tio n   o f   t h I C T s   is   b ec au s o f   A cc e s s   Net w o r k   [ 4 ] .   T o d ay   th m o s w id el y   o p tical  ac ce s s   n et w o r k s   ar P ass iv Op ti ca Net w o r k   ( P ON)   w h ic h   co n s is ts   o f   o n l y   t w o   ac tiv co m p o n e n ts :   Op tical  L in T er m in al  ( O L T )   an d   Op tical  Net w o r k   U n it  ( O NU) .   T h ese  ac tiv co m p o n e n t s   ar e   lo ca ted   at  th ce n tr al  o f f ice  an d   cu s to m er   p r em i s es  r esp ec ti v el y .   D u t o   p ass iv n at u r e   o f   ac tiv co m p o n en ts t h ese   ar m o r e   en er g y   ef f icie n t   co m p ar ed   to   o ld   co p p er   b ased   ac ce s s   n et w o r k s   b u s till   th eir   p o w er   co n s u m p tio n   i s   n o s i g n i f ic a n t   [ 5 ] .   T h cu r r en t   c ar b o n   f o o p r in o f   t h is   s ec to r   is   al m o s m atc h i n g   w it h air li n i n d u s tr y   [ 6 ] .   Sp ec if icall y ,   m o r th a n   6 0 p o w er   is   co n s u m ed   b y   ONU  w h i le  OL T   co n s u m ed   a o n l y   7 %   [ 7 ] .   T h er ef o r e,   m o s t   o f   th s t u d ies  h av e   f o cu s ed   o n   O NU  p o w er   r ed u ctio n   [8 - 9] .     On o f   t h m ai n   r ea s o n   o f   O NUs  p o w er   co n s u m p tio n   is   d ep lo y m e n o f   P ON s   a n d   its   b r o ad ca s t in g   n atu r f o r   d o w n s tr ea m   tr a f f ic   d u to   T im Di v i s io n   M u lti p le  A cc es s   ( T DM A )   m et h o d   f o r   tr an s m itti n g   to   ONUs.  I h as  b ee n   r ep o r ted   th at  in   w o r s ca s 9 7 - 9 9 tr af f i r ec e iv ed   b y   an   ONU  is   u n - r elate d   an d   d is ca r d ed   af ter   p r o ce s s i n g   [ 1 0 ] .   A lt h o u g h   W DM   P ON  ca n   r eso l v ed   th is   m atter   b u s till   th i s   tec h n o lo g y   h as   n o t   b ee n   co m m er ciall y   ad o p ted   d u to   its   co s an d   r eq u ir em e n o f   s ep ar ate  o p tical  f ib er s   f o r   ev er y   O NU  f r o m   O L T   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   201 6   :   2 9 7 1     2 9 7 8   2972   an d   m o r e   o v er   r eq u ir es  T h er m o e lectr ic  C o o lin g   ( T E C )   [ 1 1 - 12] .   OFDM  P ON  is   an o th er   id ea ca n d id ate  f o r   f u tu r en er g y   e f f icien P ONs,  b u it  s u f f er ed   f r o m   s y n ch r o n izatio n   p r o b le m   an d   its   co m p lex   d ig ital  s i g n al   p r o ce s s in g   o p er atio n s   l ik F F T   an d   I FF T ,   w h ic h   r eq u ir ad d itio n al  co m p u ta tio n al  r eso u r ce s   [ 1 3 ] .     I n   o r d er   to   ad d r ess   af o r e m en ti o n ed   p r o b lem ,   th e x is tin g   T DM   P ON  tech n iq u e r eq u ir p h y s ical  a n d   Me d ia  A cc es s   C o n tr o ( MA C )   la y er   ch a n g i n g s   in   th O NU .   T h er ef o r tech n iq u es  ar n o co n s id er ed   f o r   ex is t in g   ON d esi g n s   w i th o u r ed esig n i n g   its   h ar d w ar cir cu it.  T h er ef o r e,   in   th is   p ap er ,   w e   p r esen a   p u r e   MA C   la y er   b ased   tech n iq u e   f o r   G P ON  n et w o r k   a n d   ca n   b ap p ly   i n   e x is t in g   ONU  d esig n s   b y   o n l y   u p g r ad in g   th ONU  f ir m w ar e.   T h is   tech n iq u also   ef f icie n f o r   f u t u r O NU  d esig n s .     T h r est  o f   th p ap er   is   o r g a n ized   as  f o llo w s Sect io n   I I   d is cu s s es  t h r elate d   w o r k .   S ec tio n   I I I   d escr ib es  th e   e x is ti n g   GP ON   f r a m e   s tr u ct u r a n d   its   p r o ce s s in g   li m itatio n s .   I n   Sectio n   I V,   p r o p o s ed   m et h o d   illu s tr ates  w it h   its   p r o ce s s i n g   m ec h a n is m .   I n   Sectio n   V,   th s i m u latio n   s et u p   an d   r esu l ts   d is cu s s   in   d etail .   Fin al  s ec tio n   co n c lu d es t h p ap er .       2.   RE L AT E WO RK   Var io u s   s t u d ies  h av b ee n   co n d u cted   to   u n d er s tan d   an d   s o lv th O NU  p o w er   co n s u m p tio n   is s u e.   B r o ad ly ,   th ese  tech n iq u e s   ar ca teg o r ized   in to   P h y s ical  an d   M AC   la y er   tec h n iq u es  o r   h y b r id     tech n iq u es   [ 1 4 - 16] P h y s ical  la y er tech n iq u es  ar b ased   o n   h ar d w ar ch a n g es  of   ONU   to   m a k it  e n er g y   ef f icien t .   O n   t h o th er   h a n d ,   th M AC   la y er   tec h n iq u es  r eq u ir o n l y   f ir m w ar ch a n g es  a n d   ab le  to   test ed   an d   ad o p ted   q u ick l y .   U n d er   th is   c ateg o r y ,   d i f f er e n t   tec h n iq u e a r e   av ailab le  i n   t h li ter atu r i n clu d in g   O NU  s leep   m o d e,   Do zi n g ,   P o w er   Sh ed d i n g   a n d   Aw a k Mo d e.   Sleep   m o d i s   t h m o s p o p u lar   tec h n iq u e   [ 1 6 - 18] .   T h e   b asic  id ea   in   t h ese  tech n iq u e s   is   to   tu r n   o f f   t h o p tical  tr an s m itter ,   r ec eiv er ,   C DR ,   a n d   b ac k en d   d i g ital  cir c u it   co m p let e l y   o r   p ar tiall y   b a s ed   o n   tr af f ic  co n d itio n s   f o r   ce r tain   ti m e.   T h d r a w b ac k   o f   s leep   m o d tech n iq u e s   i s   its   u s a g o n l y   i n   lo w   v o lu m e s   tr af f ic  s it u atio n s .   Fo r   h ea v y   o r   m o d er ate  tr af f ic   v o lu m e s ,   s leep   m o d es  ar n o t   f ea s ib le  d u to   d ee p   s leep   m o d es  ha ve   s e v er i m p ac t s   o n   Q u alit y   o f   Ser v ice s   ( Q o S )   p ar am eter s   s u c h   as d ela y   an d   j itter .   A   s p ec ial  ca s o f   s leep   m o d is   d o zin g   w h ich   i s   p ar tial  s leep .   T h m o r ef f ec tiv tec h n iq u e   is   a   co m b i n atio n   o f   s leep   an d   d o ze   m o d es lik c o o p er ativ s leep   an d   w atc h f u l sleep   m o d e   [ 1 9 - 20] .   T h id ea   o f   u s in g   s lo tted   m e ch an i s m   f o r   d o w n s tr ea m   h as  b ee n   d escr ib ed   in   b u it  li m it s   t h s y s te m   th r o u g h p u t   [ 2 1 ] .   T h co n ce p o f   s a v i n g   p r o ce s s in g   p o w er   b y   a v o id in g   u n - r elate d   f r a m e   p r o ce s s in g   w a s   f ir s t   p r o p o s ed   in   [ 6 ] .   A   b it   in ter lea v ed   f r a m s tr u ct u r w a s   i n tr o d u ce d   as  B i - P ON.   I n   t h is   tech n iq u e,   a n   ON o n l y   r ea d s   its   o w n   b it s   i n   P L O A M,   B W   MA P   a n d   GE M   s ec tio n s   an d   t h u s   s a v es  s i g n if ica n t   p r o ce s s i n g   p o w er .   Up   to   3 0 p r o ce s s in g   p o w er   s av i n g   h a s   b ee n   d e m o n s tr ated   u s i n g   B i - P ON   [ 2 2 ] .   T h d r aw b a ck   o f   th is   tec h n iq u e   is   th at ,   it  r eq u ir e s   ad d itio n al   h ar d w ar ch a n g es  i n   th O NU  an d   r eq u ir es  n e w   ONU   d esig n s   an d   n e in v e s t m e n t.   A cc o r d in g   to   C h e n g   a n d   E f f e n b er g er   [ 2 3 ] ,   th id ea   o f   k ee p in g   ONU s   s leep   an d   o n l y   a w a k w h e n   th eir   tr af f ic  ar r iv es  h as  d escr i b ed .   T h is   tech n iq u r eq u ir e s   co m p le x   p atter n   r ec o g n itio n   al g o r ith m s   at  O L T   to   p r ed ict  th f u t u r ar r iv al s   an d   ca lcu late  a w a k ti m i n g s   f o r   th ONUs  w it h o u t Q o S d e g r ad atio n s .   T h is   w o r k   is   i n s p ir ed   b y   t h id ea   o f   B i - P ON  an d   p r o p o s es a   n e w   GP ON  f r a m s tr u ct u r f o r   r ed u cin g   un - r elate d   p r o ce s s i n g .   T h is   id ea   s av e s   s i g n if ican t p r o ce s s in g   en er g y   b y   o n l y   m a k in g   m i n o r   ch an g e s   i n   cu r r e n t   GP ON  f r a m s tr u ct u r w ith o u i m p ac tin g   its   b asic  f u n ctio n s   an d   s er v ices   u n li k th ex i s ti n g   B i - P ON  m e th o d   o f   B i - P ON T h p r o p o s ed   E n e r g y   E f f ic ien t P ON  ( E GP ON)   s o lu tio n   d escr ib ed   in   t h f o llo win g   s ec tio n s .       3.   E XI ST I N G   M E T H O AND  I T L I M I T A T I O N S   E x is ti n g   GP ON  n et w o r k   u s e s   th f r a m e   s tr u ctu r a s   s h o w s   in   F ig u r 1 .   I co m p r is e s   o f   f o u r   m ai n   s ec tio n s   n a m e l y ;   s y n ch r o n i za tio n   a n d   clo ck   ( I DE NT ) ,   P h y s ical  L a y er   Op er atio n   an d   Ma in te n a n ce   Do w n s tr ea m   ( P L O AM d ) ,   B an d w id th   ( B W )   MA P   an d   GE P ay lo ad .   I DE NT   ca r r ies  th s y n ch r o n izatio n   in f o r m atio n   a n d   OL T   clo ck   co u n t.  T h P L O A Md   co n tai n s   i n s tr u ctio n   m es s ag e s   f r o m   O L T .   B W - MA P   co n tain s   t h ti m s lo ass i g n m en ts   f o r   th e   u p s tr ea m   tr a n s m i s s io n s   a n d   t h GE s ec tio n   co n tai n s   t h p a y lo ad   m ap p ed   to   A llo ca tio n   I Ds ( AL L O C - I D) ,   as s ig n ed   to   ONU s   d u r in g   i n itializat io n .     Sin ce   GP ON  is   s y n ch r o n o u s   n et w o r k ,   an   ONU  i n   th is   n e t w o r k   r ec ei v es  8 0 0 0   f r am e s   p er   s ec o n d   an d   it  i s   p o s s ib le  th at   n o n o f   th f r a m es  h a v P L O A o r   d ata   m es s ag e   d esti n ed   f o r   it   an d   all  th e   f r a m e s   ar p r o ce s s ed   an d   d is ca r d ed   b y   it.  T h er ef o r e,   w h en   it i s   id le,   as s u g g e s ted   b y   B I - P ON  p r o p o s al,   GP ON  p o w er   co n s u m p tio n   ca n   b s i g n i f ica n clt y   r ed u ce d   i f   o n l y   r elev a n t   d o w n s tr ea m   f r a m e s   ar p r o ce s s ed   b y   a n   ONU.   Ho w e v er ,   th ex i s iti n g   f r a m e   s tr u ctu r f o r ce s   ONUs  to   p r o ce s s   ev er y   f r a m e.   T h er ef o r e,   it  is   n ec ess ar y   to   ch an g th is   f r a m s tr u ctu r e.   T o   u n d er s tan d   th is   p r o b lem ,   w e   f ir s ex p lai n   th e x is ti n g   f r a m s tr u c tu r an d   its   p r o ce s s in g   m ec h an is m .     I n   t h is   f r a m s tr u c t u r a n   O NU  M AC   p r o ce s s o r   as   s h o w s   i n   Fig u r 2 ,   h as   to   p r o ce s s   I DE NT ,   P L O A M,   B W   MA P   an d   GE s ec tio n s   f o r   ex tr ac O L T   clo ck ,   Op er atio n   an d   Ma n ag e m e n ( O A M)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       E n erg E fficien t F r a me  S tr u ctu r fo r   Gig a b it P a s s ive  Op tica l Netw o r k s   ( R i z w a n   A s la B u tt)   2973   in s tr u ctio n s   f r o m   O L T ,   Up s tr ea m   b an d w id th   a s s i g n m e n f o r   u p s tr ea m   tr an s m is s io n   a n d   d ata  f r o m   ea c h   s ec t io n .   Fro m   th e   I DE NT   s ec tio n ,   it   ex tr ac t s   O L T   clo ck .   Fro m   P L O A M   s ec tio n ,   B W   M A P ,   an d   GE M   s ec tio n s it  e x tr ac ts   O A M   m es s ag e s ,   u p s tr ea m   b an d w id t h   as s ig n m e n ts ,   an d   d at en ca p s u la tio n   i n   T r an s m is s io n   C o n tai n er s   ( T C ONT S)  r esp ec tiv el y .   A   T C ONT   is   p ay lo ad   m ap p ed   to   s p ec if ic  A llo ca tio n   I d en tif ier   ( AL L O C - ID )   o f   t h ONU.   I n   t h B W   Ma p   an d   G E s ec tio n s,   i f   t h AL L O C - I d o esn b elo n g   to   th ON t h en   th at   A llo ca tio n   o r   T C ONT   is   d is ca r d ed   af t er   p r o ce s s in g T h er ef o r e,   i f   a n   ONU   ca n   k n o w   b ef o r e   p r o ce s s in g   ab o u t h A llo c - I Ds  in cl u d ed   in   t h B W   Ma p   an d   GeM   s ec tio n s   t h en   a n   ON ca n   d is ca r d   th ese  s ec tio n s   w i th o u p r o ce s s in g ,   i f   it s   A llo c - I Ds  ar n o i n clu d ed   i n   t h is   s ec tio n s .   T h d etailed   p r o ce s s in g   s tep s   ar in v o lv ed   in   p ar s i n g   th cu r r en f r a m s tr u ctu r ar s h o w s   i n   Fi g u r e   3 ,   w it h   th e   h elp   o f   f lo w   c h ar t.   T h ex is tin g   f r a m s tr u ct u r in clu d e s   P L E ND  s ec tio n s   t w ic to   m a k s u r t h at  if   o n s ec t i o n   is   s p o iled   d u to   b it  er r o r s ,   th o th er   ca n   b u s ed .   T h is   s ec tio n   co n s tr ain s   v er y   i m p o r tan f ie ld   o f   B L E th at   d escr ib es  t h e   len g th   o f   th B W   MA P   s ec tio n .             Fig u r 1 .   GP ON  Fra m Str u ct u r e           Fig u r 2 .   D o w n s tr ea m   F r a m an d   P r o ce s s in g   Un it o f   GP ON  ONU     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   201 6   :   2 9 7 1     2 9 7 8   2974       Fig u r 3 .   GP ON  Fra m P r o ce s s i n g   b y   a n   ONU       4.   P RO P O SE M E T H O D   T h li m itatio n   o f   t h e x is tin g   f r a m s tr u ct u r is   th at  b y   u s i n g   it   ONU  ca n n o d eter m in th e   r elev an c y   o f   t h f r a m e   u n le s s   it c o m p letel y   p r o ce s s it .   T h er ef o r e,   f e w   f r a m s tr u c tu r f o r   GP ON  n et w o r k   w it h   f e w   ch a n g es  is   p r o p o s ed   as  s h o w s   i n   Fig u r 4 .   T h e s ch a n g es  e n ab le  an   ON to   d eter m i n th e   r elev an c y   o f   t h r ec eiv ed   f r a m at  ea r l y   s tag b ef o r p r o ce s s i n g   t h B W   MA P   an d   GE s ec tio n s   a n d   th u s   s av s ig n i f ica n t p r o ce s s in g   en er g y . T h n e w   f r a m s tr u ct u r e   ter m s   as   E n er g y   E f f icie n G P ON  ( E GP ON) .           Fig u r 4 .   E GP ON  Fra m Str u ctu r e       T h f ir s ch a n g m ad i s   in   t h I DE NT   s ec tio n .   A n   e x is tin g   u n u s ed   b it  ter m ed   as  r e s er v b it  r   i n   th I DE NT   s ec tio n ,   it   i s   r en a m ed   as  P L O A ( P )   to   in d icat th p r esen ce   o f   t h P L O AM   m es s ag in s id th e   i m m ed iatel y   f o llo w i n g   s ec tio n .   So   b y   i n s p ec tin g   t h is   b it  an   ONU  ca n   s k ip   p r o ce s s in g   o f   th P L O A Md   s ec tio n   a n d   s av s ig n i f ica n t p r o ce s s in g   e n er g y ,   i f   t h er is   n o   P L O A m e s s a g f r o m   th O L T .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       E n erg E fficien t F r a me  S tr u ctu r fo r   Gig a b it P a s s ive  Op tica l Netw o r k s   ( R i z w a n   A s la B u tt)   2975   Si m i lar l y   s in g le  GP ON  f r a m co u ld   h a v m ax i m u m   o f   4 0 9 6   u p s tr ea m   ti m eslo a s s i g n m e n t s   b y   th O L T   in   th B W   MA P   an d   th s a m n u m b er   o f   T C ONT s   in   th GE s ec t io n   in   s in g l f r a m an d   to tal   o f   3 2 7 6 8 0 0 0   p e r   s ec o n d .   I f   a n   ONU  is   id le  th e n   it  w ill  p r o ce s s   all  th e s f r a m es  an d   s i m p ly   d is ca r d   as  b ein g   un - r elate d ,   r esu ltin g   i n   s i g n i f ica n p r o ce s s i n g   en er g y   w a s tag e.   I n   o r d er   to ad d r ess   th is   p r o b le m ,   w e   r ec o m m e n d   to   ad d   a   lis o f   ONU - I Ds  f o r   all  ONUs  an d   h a v in g   d ata  o r   u p s tr ea m   ti m s lo t   ass ig n m en ts   i n   th e   cu r r en f r a m i n   t h P L E N s ec tio n .   No w   an   O NU  ca n   c h e ck   its   ONU - I i n   th is   li s a n d   d ec id e   w h et h er   to   p r o ce s s   f u r t h er   o r   j u s t d is ca r d   th n e x u n - r elate d   s ec tio n s .   W also   eli m i n ate  A T L en g t h   ( AL E N)   f ield   as it   is   n o w   d ep r ec ated   an d   n o u s ed   b y   GP ON.   Mo r eo v er   in s te ad   o f   u s i n g   P L E ND  t w ice  in   th GP ON  f r a m e   s tr u ct u r e,   it  is   o n l y   u s ed   o n ce   in   E GP ON  ac co r d in g   to   o u r   a n al y s i s .   C R C - 8   f iled   ca n   p r o v id en o u g h   in te g r it y   f o r   th is   s ec tio n .   W d o   n o m a k an y   o th er   ch a n g es i n   th G P ON  f r a m s tr u ct u r ex ce p t th ese  t w o .     4 . 1 .   E G P O F ra m P ro ce s s ing   A   P r o ce s s i n g   o f   E GP ON  f r a m i s   s i m ilar   to   GP ON  e x ce p it  h as  t w o   ad d itio n al  d ec is io n   s tag e s   a s   s h o w s   i n   Fi g u r e   5 .             Fig u r 5 .   E GP ON  Fra m P r o ce s s i n g       T h ch an g e s   m ad ar h ig h li g h ted   w it h   d o tted   r ec tan g u lar   b o x .   I n   th f ir s d ec is io n   s ta g e ,   if   b it  P   is   ze r o   th en   w ca n   s k ip   th P L O A p r o ce s s in g   f u n ctio n   an d   s av P L O A p r o ce s s i n g   en er g y   E P L O A M.   OL T   o n l y   m a k e s   P   =   1   i f   t h er is   P L O AM   m es s ag in   t h f r a m e.   Si m ilar l y   in   t h s ec o n d   d ec is io n   s tag e,   an   ONU  ch ec k s   its   ONU - I in   th lis ad d ed   b y   th O L T   in   th P L E ND  s ec tio n   an d   d is ca r d s   r est  o f   th e   f r a m e   i f   it s   O NU - I i s   n o li s ted   th er e.   T h er co u ld   b th r e t y p es   o f   f r a m es   b ein g   r ec ei v ed   b y   a n   ONU.   W d ef in t y p ―A ‖  f r a m es  a s   co m p letel y   h a v i n g   b o th   P L O AM   an d   GE a s   w ell  a s   B W   MA P   s ec t io n s   d e s ti n ed   f o r   ONU.   I f   o n l y   GE a n d   B W   MA P   s ec tio n   i s   r elate d   t h en   th e s ar in   t y p B ‖  f r a m es  el s t h f r a m e s   b elo n g   to   t y p ―C‖  w h ich   ar e   u n - r elate d   f r a m es.  I s h o u ld   b n o ted   th at ,   in   m o s o f   t h ca s es  an   ONU  h as   u p s tr ea m   b an d w id t h   ass i g n m en in   B W   MA P   o n l y   w h e n   t h er is   r elev an T C ONT   G E s ec tio n .   So   w ass u m e   eit h er   t h ese   s ec tio n s   ar r elate d   to   an   ONU   o r   b o th   ar u n r elate d .   I f   E P L ,   E I an d   E B W _ GE M,   r ep r esen th p r o ce s s in g   e n er g ies  o f   P L E ND,   I DE NT   an d   b o th   GE an d   B W   M A P   s e ctio n s   t h e n   w ca n   w r ite,     _ =   _ = _ = _   ( 1)     _ =    + +  _  +              ( 2)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   201 6   :   2 9 7 1     2 9 7 8   2976   _ =    +  _  +      ( 3)     _ =    +    ( 4)     w h er e   t h s u b s cr ip ts   A ,   B   a n d   C   r ep r esen t h f r a m e   p r o ce s s i n g   e n er g ies  b y   ONU  in   c ase  o f   ―A ‖,   B ‖  an d   C ‖  w h ic h   ar t y p es  o f   GP ON  an d   E GP ON  f r a m e s .       5.   RE SU L T S AN AN AL Y SI S   I n   o r d er   t o   co m p ar th p er f o r m a n ce   o f   E GP ON  w it h   GP ON  f r a m s tr u c tu r e,   th MA C   la y er   p r o ce s s o r   co d es  w er w r itte n   u s i n g   AR M7 T DM I   ass e m b l y   lan g u a g a n d   w er co m p iled   a n d   s i m u lated   u s i n g   Keil  u Vis io n   5 . 1 5   en v ir o n m en t.  I n   o r d er   to   q u an tize  t h e x e cu tio n   en er g y   o f   b o t h   co d es ,   t h i n s tr u ctio n   le v el   en er g y   m o d el  f o r   AR M7 T DM I   av ailab le  i n   [ 2 4 ] .   T h in s tr u ctio n s   u s ed   i n   o u r   co d es  w it h   th eir   e x ec u tio n   en er g ie s   i n   n a n o   j o u les  ( n J )   a r s h o w s   i n   T ab le   1 .   On l y   t h ex ec u tio n   e n er g ie s   o f   M AC   la y er   p r o ce s s o r   is   co m p u ted   as t h en er g y   co n s u m ed   b y   ap p licatio n   p r o ce s s o r   an d   s a m f o r   b o th   GP ON  an d   E GP ON  f r a m es.        T ab le  1 .   I n s tr u ctio n   E x ec u tio n   E n er g i es  f o r   AR M7 T DM I   Pr o ce s s o r     En e r g y   ( n J)   I n st r u c t i o n   I n st r u c t i o n     En e r g y   ( n J)   A D D   0 . 8 9   C M P   0 . 9 7 8   R S B   1 . 1 5 3   EO R   1 . 1 6 7   B I C   1 . 0 4 9   C M P   1 . 1 4 3   A N D   1 . 1 7 8   EO R   1 . 3 4 3   S h i f t   0 . 2 8 8   C M P   1 . 9 4   B   0 . 7 9   EO R   3 . 5 9 3   BL   6 . 0 2 3   C M P   1 . 2 8 4       T h p r o ce s s in g   lo g ic  a n d   s tep s   f o r   p ar s in g   an d   a n al y z in g   G P ON  an d   E GP ON  f r a m es  ar d escr ib ed   w it h   t h h elp   o f   f lo w   c h ar ts   s h o w ed   in   Fig u r e   3   an d   Fig u r e   4   r esp ec tiv el y .   T h f r a m e   p r o ce s s in g   e n er g ie s   is   co m p u ted   f o r   ea ch   o f   t h th r e t y p es  o f   f r a m es  ―A ‖,   B ‖  an d   ―C‖  u s in g   eq u at io n   1 - 4 ,   f o r   b o th   GP ON  an d   E GP ON  f r a m es  as s h o w s i n   Fi g u r e   6 .     It   is   clea r   ev id e n t ,   t h at  i n   t h c ase  o f   t y p e   ―A ‖  f r a m e s   p er f o r m an ce   o f   E GP ON  w h ic h   r eq u ir ed   litt le  b it  m o r p r o ce s s i n g   p o w er   b u t   in   ca s o f   t y p ―C‖  f r a m e s   E GP ON  p r o v id ed   an   e n er g y   s a v in g   o f   ab o u 7 0 0 n J   w h ic h   a m o u n t s   is s av in g   2 5 . 2 5 % c o m p ar ed   to   GP ON  co m p u t ed   u s in g   E q u atio n   ( 5 ) .      =    _  _    _     100      ( 5)           Fig u r 6 .   E GP ON  Fra m P r o ce s s i n g     Fig u r 7 .   E GP ON  Fra m P r o ce s s i n g       0 500 1000 1500 2000 2500 3000 A B C Pr o c e ssi n g   E n e r g y  ( n J )   T y pe  o f   Do w ns t re a m   F ra m e   G PO N Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       E n erg E fficien t F r a me  S tr u ctu r fo r   Gig a b it P a s s ive  Op tica l Netw o r k s   ( R i z w a n   A s la B u tt)   2977   As  m e n tio n ed   b y   S u v a k o v ic ,   et  al. ,   [ 6 ] ,   o n l y   3 o f   th tr af f ic  r ea ch i n g   an   ONU  is   r elate d .   T h er ef o r e,   in   o n h o u r   th er is   2 . 7 9 3 6   x   1 0 ^7   u n - r elate d   f r a m es  r ea ch i n g   an   ONU.   Fig u r 7 ,   s h o w s   th e   p r o ce s s in g   en er g y   co n s u m p tio n   o f   GP ON  a n d   E GP ON  f r a m es  p er   h o u r   b asis   f o r   t y p C   f r a m es.  s a v i n g   o f   4 5 8   J o u les o f   p r o ce s s in g   en er g y   i s   ac h ie v ed   in   2 4   h o u r s   b y   an   ON u s in g   E GP ON  f r a m s tr u ct u r e.       6 .   CO NCLU SI O N   B y   u s i n g   E GP ON  f r a m s tr u ctu r in s tead   o f   s tan d ar d   GPON,   2 5 . 2 5 %   p r o ce s s in g   en er g y   ca n   b ac h iev ed   b y   an   ONU  d u to   less er   u n - r elate d   p r o ce s s i n g   o f   d o w n s tr ea m   f r a m es.  Mo r eo v er ,   th s u g g ested   ch an g es  n eit h er   ch a n g th b a s ic  s tr u c tu r o f   GP ON  w i th o u t   i m p ac o n   p r o to co l   f u n ctio n s   an d   s er v i ce s .   T h e   p r o p o s ed   ch an g es  ac t u all y   ad d   m o r in f o r m atio n   to   th f r a m s tr u ct u r to   en ab le  a n   ONU  to   d ec id th r elev an c y   o f   th f r a m at  an   ea r l y   s tag an d   d is ca r d   it  w it h o u p r o ce s s in g   i f   it  is   un - r el ated .   T h p r o p o s ed   s o lu tio n   d o esn t   r eq u ir a n y   ad d itio n al  h ar d w ar c h a n g e s   i n   t h O NU  a n d ca n   b e   a p p lied   to   cu r r en tl y   d ep lo y ed   GP ON  n et w o r k   b y   o n l y   u p g r ad i n g   t h ONU  f ir m war e.       ACK NO WL E D G E M E NT   T h is   w o r k   w a s   s u p p o r ted   b y   Min i s tr y   o f   E d u ca t io n   Ma la y s ia  a n d   th e   ad m i n is tr atio n   o f   Un i v er s it y   T ec h n o lo g y   Ma la y s ia  ( UT M)   f o r   th p r o j ec t f in an cial  s u p p o r t th r o u g h   F R GS F u n d   v o te  n u m b er   4 F5 6 5 .       RE F E R E NC E S   [1 ]   K.  N.  Qu re sh i,   e a l. Ro a d   A wa re   G e o g ra p h ica Ro u ti n g   P ro t o c o Co u p le d   w it h   Dista n c e ,   Dire c ti o n   a n d   T ra ff ic  De n sity   M e tri c f o U rb a n   V e h ic u lar A d   Ho c   Ne tw o rk s,   W ir e les s   Per so n a l   Co mm u n ica ti o n s ,   p p .   1 - 20.   [2 ]   K.  N.  Qu re sh i,   e a l. G e o g ra p h ica F o rw a rd in g   M e th o d in   V e h icu lar  A d   h o c   Ne tw o rk s,   In ter n a ti o n a J o u rn a l   o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g ,   v o l.   5 ,   2 0 1 5 .   [3 ]   N.  S .   C.   I.   S .   Ce n ter,  F a c ts  a n d   f ig u re s at a g l a n c e ,   Un ive rs it y   o Al a b a ma Bi rm in g h a m,  AL ,   US A ,   2 0 1 5 .   [4 ]   P .   Ch o w d h u ry ,   e a l. Bu il d i n g   a   g re e n   w irele ss - o p ti c a b r o a d b a n d   a c c e ss   n e t w o rk   ( W OB AN ),   J o u rn a o f   L ig h twa v e   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 8 ,   p p .   2 2 1 9 - 2 2 2 9 ,   2 0 1 0 .   [5 ]   S .   S .   Ne w a z ,   e a l. A d a p ti v e   d e la y - a wa re   e n e rg y   e ff icie n T D M - P ON ,   Co mp u ter   Ne two rk s,  v o l.   5 7 ,   p p .   1 5 7 7 - 1 5 9 6 ,   2 0 1 3 .   [6 ]   D.  S u v a k o v ic,  e a l. A   lo w - e n e rg y   ra te - a d a p ti v e   b it - in terle a v e d   p a ss iv e   o p t ica n e tw o rk ,   IE EE   J o u rn a o n   S e lec ted   Are a s in   Co mm u n ica ti o n s,  v o l.   3 2 ,   p p .   1 5 5 2 - 1 5 6 5 ,   2 0 1 4 .   [7 ]   J.   I .   Ka n i,   P o w e sa v in g   tec h n iq u e a n d   m e c h a n ism f o o p ti c a a c c e ss   n e t w o rk s y ste m s,   J o u rn a o L ig h twa v e   T e c h n o l o g y ,   v o l.   3 1 ,   p p .   5 6 3 - 5 7 0 ,   2 0 1 3 .   [8 ]   S.   W .   W o n g ,   e a l. S lee p   m o d e   f o e n e rg y   sa v in g   P ON s:  a d v a n t a g e a n d   d ra w b a c k s,   in   2 0 0 9   I E EE   Glo b e c o W o rk sh o p s ,   p p .   1 - 6 2 0 0 9 .   [9 ]   D.  P .   V a n ,   e t   a l. E n e rg y - sa v in g   f ra m e w o rk   f o p a ss iv e   o p ti c a l   n e t w o rk w it h   ON sle e p /d o z e   m o d e ,   Op ti c s   e x p re ss ,   v o l.   2 3 ,   p p .   A 1 - A 1 4 ,   2 0 1 5 .   [1 0 ]   D.  S u v a k o v ic,  e a l. L o w   e n e rg y   b it - in terle a v in g   d o w n stre a m   p ro to c o f o p a ss iv e   o p ti c a n e tw o rk s,   in   On li n e   Co n fer e n c e   o n   Gr e e n   Co mm u n ic a ti o n s ( Gr e e n Co m),  2 0 1 2   IEE E ,   p p .   2 6 - 31 2 0 1 2 .   [1 1 ]   Y.  Qi,   e a l. De sig n   a n d   p e rf o r m a n c e   a n a l y si o f   2 ×   1 0   G B/S   b i d irec ti o n a g re e n   W DM - P ON   b a se d   o n   c ircu lato r,   i n   Bro a d b a n d   Ne two rk   a n d   M u lt ime d ia   T e c h n o l o g y   ( IC - BNM T ),   2 0 1 1   4 t h   IE EE   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n ,   p p .   5 6 - 60 2 0 1 1 .   [1 2 ]   B.   Qu a n ,   e a l. Dy n a m ic  Ro u ti n g   a n d   Re so u rc e   A s sig n m e n A l g o ri th m   In   slo ted   o p ti c a Ne tw o rk s,   In d o n e sia n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g   a n d   Co m p u ter   S c ien c e ,   v o l.   1 1 ,   p p .   1 8 1 3 - 1 8 2 1 ,   2 0 1 3 .   [1 3 ]   Y.  Du   a n d   J.  Zh a n g ,   T h e   P e rf o r m a n c e   o f   S y n c h ro n iza ti o n   A lg o rit h m   in   Re a l - ti m e   OFDM P ON   S y ste m ,   In d o n e sia n   J o u rn a o El e c trica En g i n e e rin g   a n d   C o mp u ter   S c ien c e ,   v o l.   1 0 ,   p p .   1 7 8 5 - 1 7 9 4 ,   2 0 1 2 .   [1 4 ]   E.   W o n g ,   e t   a l. E n e rg y - e ff icie n c y   o f   o p ti c a n e tw o rk   u n it s   w it h   v e rti c a l - c a v it y   su rfa c e - e m it ti n g   las e rs,   Op ti c e x p re ss ,   v o l.   2 0 ,   p p .   1 4 9 6 0 - 1 4 9 7 0 ,   2 0 1 2 .   [1 5 ]   R.   Ku b o ,   e t   a l. S lee p   a n d   a d a p ti v e   li n k   ra te  c o n tr o f o p o w e s a v in g   in   1 0 G - E P ON   sy ste m s,   in   Glo b a l   T e lec o mm u n ica ti o n s C o n fer e n c e ,   2 0 0 9 .   G L OBECOM   2 0 0 9 .   IEE E ,   p p .   1 - 6 2 0 0 9 .   [1 6 ]   J.  Zh a n g   a n d   N.  A n sa ri,   T o w a r d   e n e rg y - e f f i c ien 1 G - EP ON   a n d   1 0 G - E P ON   w it h   sle e p - a w a r e   M A c o n tro a n d   sc h e d u li n g ,   IEE C o mm u n ic a ti o n s M a g a zin e ,   v o l .   4 9 ,   p p .   s3 3 - s3 8 ,   2 0 1 1 .   [1 7 ]   L .   S h i,   e a l. En e rg y - e ff ici e n P ON   w it h   sle e p - m o d e   ON U:  p ro g r e ss ,   c h a ll e n g e s,  a n d   so lu ti o n s,   IEE Ne two rk ,   v o l.   2 6 ,   p p .   3 6 - 4 1 ,   2 0 1 2 .   [1 8 ]   H.  Ba n g ,   e a l. De term in a ti o n   o f   sle e p   p e rio d   f o c y c li c   sle e p   m o d e   in   X G - P ON   p o w e m a n a g e m e n t,   IEE E   Co mm u n ica ti o n s L e tt e rs ,   v o l.   1 6 ,   p p .   9 8 - 1 0 0 ,   2 0 1 2 .   [1 9 ]   D.  N.  V .   F e rn a n d o ,   e a l. Co o p e ra ti v e   c y c li c   sle e p   a n d   d o z e   m o d e   se lec ti o n   f o NG - P ON s,   in   2 0 1 4   1 6 t h   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   T r a n sp a re n O p ti c a Ne tw o rk s ( ICT ON) ,   p p .   1 - 4 2 0 1 4 .   [2 0 ]   R.   O.  Hira f u ji ,   e a l. T h e   w a tch f u sle e p   m o d e a   n e w   sta n d a rd   f o e n e rg y   e ff ici e n c y   in   f u t u re   a c c e ss   n e t w o rk s,   IEE Co mm u n ica t io n s M a g a zin e ,   v o l.   5 3 ,   p p .   1 5 0 - 1 5 7 ,   2 0 1 5 .   [2 1 ]   S .   S .   L e e   a n d   A .   Ch e n ,   De sig n   a n d   a n a ly sis  o f   a   n o v e e n e rg y   e ff ici e n e t h e rn e p a ss iv e   o p ti c a n e tw o rk ,   in   Ne two rk s ( ICN),   2 0 1 0   Nin t h   I n ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n ,   p p .   6 - 9 2 0 1 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   201 6   :   2 9 7 1     2 9 7 8   2978   [2 2 ]   H.  Ch o w ,   e a l. De m o n stra ti o n   o f   lo w - p o w e b it - in terle a v in g   T DM  P ON ,   i n   E u ro p e a n   C o n fer e n c e   a n d   Exh ib it io n   o n   Op ti c a C o mm u n ica ti o n ,   2 0 1 2 .   [2 3 ]   N.  Ch e n g   a n d   F .   Eff e n b e rg e r,   A u to m a ti c   ON U   w a v e len g th   c o n tro in   T W DM  P ON s,   in   Op ti c a Fi b e r   Co mm u n ica ti o n   C o n fer e n c e ,   2 0 1 4 .   [2 4 ]   M .   Ba z z a z ,   e a l. A n   a c c u ra te  in stru c ti o n - lev e e n e rg y   e sti m a ti o n   m o d e a n d   to o f o e m b e d d e d   s y ste m s,   IEE T ra n sa c ti o n o n   In str u me n ta t io n   a n d   M e a su re me n t,   v o l.   6 2 ,   p p .   1 9 2 7 - 1 9 3 4 ,   2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.