功率感知入网点设计和自动配置的制作方法

功率感知入网点设计和自动配置的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种功率感知入网点设计和自动配置方法，为了配置该功率感知入网点，入网点内的网络元件被加电，使得在容纳预期通信量的同时使功率消耗最小化。该IP功率感知入网点设计和自动配置方法包括：与入网点中的每个端口相关联的激活阈值的集合指示当通信量需求超过阈值时该端口应该被激活。该功率感知入网点设计和自动配置方法特别适用于将外部和内部链路通信量需求考虑在内，并且具有对端口激活进行排序的进一步优势的配置，使得仅需要最小数目的激活和停用操作来满足新的需求。该特性对于响应于不同需求的拓扑变化而引起的路由选择不稳定进行限制是有优势的。
【专利说明】功率感知入网点设计和自动配置

【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及入网点（point-of-presence)之间的连接，并且尤其涉及到入网 点内的网络元件被加电，使得在容纳预期通信量（traffic)的同时使功率消耗最小化的配 置方法。

【背景技术】
[0002] 当前的远程通信网络是以独立于通信量负载的近乎恒定的功率来运行的。暂时的 通信量需求能够明显小于整个网络的容量。通常认为，通常通信量需求和网络容量之间的 重大差异是随着时间推移网络通信量的重大变化和网络服务供应商容量超量供应的结果。
[0003] 由于因特网主干网（backbone)由入网点（PoP)的网络组成，对每个单个PoP的能 量消耗进行优化可以作为实现全网功率效率的方法。
[0004] 在现代的IP网络中，每个PoP由多个核心路由器和访问路由器成，该多个核心路 由器和访问路由器同地协作，并且如下所示相互连接。访问路由器作为局域网的终点连接 到核心路由器。给定PoP的核心路由器典型地在全网（full mesh)中连接在一起。另外， 一个PoP的核心路由器被连接到一个或多个不同的PoP的核心路由器。而且，在当前的实 践中，不同PoP的核心路由器之间的连通典型地采用将多个物理链路合并为单个逻辑链路 的链路聚合（或等同地，链路绑定（bundling))。
[0005] 可获得的网络容量和暂时的通信量需求之间的差距提供了在减少网络功率消耗 的同时不显著影响网络性能的停用网络组件的机会。因此，为了减小PoP内功率消耗而不 显著影响网络性能，需要有能够确定对哪个网络组件进行停用或者激活的系统或方法。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的是提供用于最小化入网点处的功率消耗而不显著影响网络性能的 方法和系统。
[0007] 因此，根据本发明的一方面，提供了一种激活入网点节点内的网络元件的方法，所 述入网点节点具有第一核心路由器、具有与所述第一核心路由器相关联的单独的端口的线 卡的集合，所述激活涉及与入网点节点相关联的通信量需求，所述方法具有以下步骤：计算 激活阈值的集合，其中，所述线卡的集合的每个端口具有单独的激活阈值；及时地在特定的 点确定所述通信量需求；在所述通信量需求超过所述单独的激活阈值的情况下，激活线卡 上的特定的端口；在所述通信量需求没有超过所述单独的激活阈值的情况下，将所述特定 的端口置于功率最小化模式中；并且其中，在所述线卡上没有端口被激活的情况下，将所述 线卡的集合中的线卡置于功率最小化模式中。
[0008] 根据本发明的另一方面，提供了一种入网点节点内的系统，所述入网点节点具有 第一核心路由器、具有与所述第一核心路由器相关联的单独的端口的线卡的集合、以及与 入网点节点相关联的通信量需求，该入网点节点具有：激活阈值的集合的存储器，其中，所 述激活阈值的集合中的激活阈值与所述线卡的集合的端口相关联；以及控制器，在所述通 信量需求超过与所述端口相关联的所述单独的激活阈值的情况下，所述控制器激活线卡上 的特定的端口；在所述通信量需求没有超过所述单独的激活阈值的情况下，所述控制器将 所述特定的端口置于功率最小化模式中；并且在所述线卡上没有端口被激活的情况下，所 述控制器还将所述线卡的集合中的线卡置于功率最小化模式中。
[0009] 注意：以下说明书和附图中仅说明了本发明的原则。因此可以理解的是，本领域技 术人员将能够设计出各种配置，即使没有在这里明确地描述，但这些配置体现了本发明的 原则，并且被包括在本发明的精神和范围之内。此外，这里列举的所有示例大部分仅明确地 用于教导的目的，以帮助读者理解本发明的原则和本发明人贡献的思想来进一步促进本技 术，并且，这里列举的所有示例解释为不限于明确陈述的示例和条件。而且，这里陈述的本 发明的原则、方面和实施方式的所有的表述与其具体的示例，其有意于包含了其等同物。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 本发明将由本发明的以下参考附图的实施方式的详细说明而得到进一步的理解， 其中，相同的参考数字用于代表相同的元件，并且：
[0011] 图1示出根据现有技术的具有连接链路的P〇P的网络；
[0012] 图2示出根据本发明的实施方式的具有连接链路的PoP的网络；
[0013] 图3A和图3B示出根据本发明的实施方式的PoP及其访问端口布置；
[0014] 图4A和图4B示出根据本发明的另一实施方式的PoP及其访问端口布置；以及
[0015] 图5示出根据本发明的又一实施方式的PoP。

【具体实施方式】
[0016] 以下描述中陈述了大量具体细节。然而，应该理解的是，本发明的实施方式没有这 些具体细节也可以实践。在其他例子中，为了不妨碍本说明书的理解，熟知的电路、结构和 技术不详细地示出。然而，本领域技术人员应该理解的是本发明没有这些具体细节也可以 被实践。在其他例子中，为了不妨碍本发明的理解，控制结构、门级电路和全部软件指令序 列并不详细地示出。根据所包括的说明书，本领域普通技术人员将不用通过过多的实验就 能够实现适当的功能。
[0017] 说明书中的参考"一个实施方式"、"实施方式"、"示例性实施方式"等表示所描述 的实施方式可以包括特定的特点、结构或特征，但不是每一个实施方式都必须包括该特点、 结构或特征。而且，这些词并不是必须指相同的实施方式。而且，联系实施方式来描述特定 的特点、结构或特征时，不论是否明确地说明，都主张其在本领域技术人员的知识之内，以 影响与其它实施方式有关的这些特点、结构或特征。
[0018] 在接下来的说明书和权利要求书中，术语"耦合"和"连接"与它们的衍生词可以 一起使用。应该理解的是，这些术语相互之间并不意于是同义词。"耦合"用于表示相互连 接或不连接的两个或多个元件可以直接物理的或电性的互相配合或相互作用。"连接"用于 表示互相耦合的两个或多个元件之间通信的建立。
[0019] 附图中示出的技术能够用一个或多个电子设备（例如，网络元件）上存储并执行 的代码和数据来实施。这些电子设备使用机器可读的介质（例如机器存储介质（例如，磁 盘、光盘、随机存取存储器、只读存储器、闪存设备）和机器通信介质（例如，电、光、声或传 播信号的其他形式-例如载波、红外线信号、数字信号等））对代码和数据进行存储和通信 (内部地以及与网络上的其他电子设备）。另外，这些电子设备典型地包括耦合到一个或多 个其他组件（例如，存储设备）的一个或多个处理器组、一个或多个用户输入/输出设备 (例如，键盘和/或显示器）以及网络连接件。处理器组和其他组件的耦合典型地通过一个 或多个总线和网桥（也叫作总线控制器）来完成。存储设备和运输网络通信量的信号分别 代表一个或多个机器存储介质和机器通信介质。因此，给定的电子设备的存储设备典型地 存储用于在该电子设备的一个或多个处理器的集合上执行的代码和/或数据。当然，本发 明的实施方式的一个或多个部件可以通过使用软件、固件和/或硬件的不同组合来实施。
[0020] 如这里所使用的，网络元件（例如，路由器、交换机、网桥等）是件网络装置，该网 络装置包括与网络中的其他装置（例如，其他网络元件、计算机终端站等）相互通信地连接 的硬件和软件。顾客计算机终端站（例如，智能终端、笔记本电脑、手持设备、移动电话等） 对因特网上提供的内容/服务和/或（例如，与因特网）相关联的网络上提供的内容/服务 进行存取。该内容和/或服务典型地由一个或多个服务器计算终端站来提供，该服务器计 算终端站属于服务器或内容供应商，并且该内容和/或服务可以包括公共网页（免费内容、 铺面、搜索服务等）、个人网页（例如，提供电子邮箱服务的用户名/密码存取的网页等）、 VPN上的企业网等。典型地，用户计算终端站被耦合（例如，通过耦合到接入网的用户预定 装置无线地耦合到接入网）到边缘网络元件，该边缘网络元件通过因特网的核心网络元件 被耦合到该服务器计算终端站。
[0021] 在以下附图中，相同的参考数字用于代表相同的元件。
[0022] 初级示例
[0023] 图1和图2中可以看到显示功率感知PoP设计和自动配置的优势的说明性示例。 考虑图1中示出的带有三个P〇P 102、104和106的网络。该示例的目的是关注PoP-A 102 与其它两个PoP (叫作P〇P-B 104和PoP-C 106)的相互连接。假设每个核心路由器被连接 到全部局域网132、134和136。PoP-A包括4个核心路由器（CR) 112、114、116和118,每个 核心路由器分别具有2个1(^^)8的端口122&和12213、122(3和122(1，1226和1226122 8和 122h，用于在PoP之间进行通信。在这个示例中，PoP-A和其它PoP的每一个之间的通信量 需求在峰值需求期间是200Gbps，在对应于谷值的期间是仅lOOGbps。图1示出PoP过量提 供了两倍。注意图1中的示例允许P〇P-A 102和其它两个PoP 104和106之间相互连接的 可能性。对于这个例子，假设除去端口的功率消耗之外，每个路由器（机箱（chassis))具 有10kW的功率空间（footprint)，并且每个端口具有5kW的功率空间。
[0024] 接下来，列举了 4种不同情景中的功率消耗。如图1中所示，前三种情景考虑了基 于链路聚合（也叫链路绑定）的PoP连通，而图2中示范了供选择的PoP设计的效果。
[0025] 不间断：在这种情况下，全部网络元件总是处于加电状态。简单的计算示出总功率 消耗为：
[0026] 4 · (10+2 · 5) = 80kff
[0027] 明显超量供应：这里假设该网络在峰值需求下运作，并且简单地利用该网络被2 倍超量供应的事实。因此，例如，有可能在满足峰值需求并服从以下总功率消耗的同时，将 两个核心路由器与附带的链路一起关闭：
[0028] 2 · (10+2 · 5) = 40kff
[0029] 利用通信量变化：假设图1所描述的连通，接下来的方案通过利用每日通信量变 化示范了能量节省。在较低需求的体制下，仅需要两个活动的路由器，每个活动的路由器带 有单个活动的端口。简单的计算示出这种情况下总功率消耗为：
[0030] 2 · (10+5) = 30kff
[0031] 供选择的网络设计：该方案说明了致使P〇P内拓扑结构重新设计的能量节省。考 虑图2中示出的拓扑结构，其中，相同的参考数字代表相同的PoP和网络元件。与图1的 122a-122h的PoP内部链路相比较，图2中拓扑结构的变化是对于PoP内部链路224a-224h 的连接的差别。容易看出，在较低通信量需求之下，有可能关闭除了服从以下总功率消耗的 单个路由器之外的所有路由器：
[0032] (10+2 · 5) = 20kff
[0033] 最后两种情景中的每一种结果都是两个活动端口。
[0034] 功率消耗中的差别是由这两种情景要求不同数目的活动的核心路由器引起的。因 此，从"不间断"网络到被认真设计并能够利用超量供应和通信量变化的网络，能够观察到 功率较少了 4倍。
[0035] 以上示例说明，即使是在由两个路由器和两个端口 /路由器组成的简单例子中， 也能够用仔细的网络设计和自动配置来实现明显的功率节省。
[0036] 网络模式
[0037] 二级IP主干网被认为是一般的代表。在更高等级上（称为网络级），该网络由多 个入网点（PoP)组成。每个PoP为局域网提供通信服务，并且还连接到其他几个PoP。代表 PoP的网络的图表称为网络图。
[0038] 每个PoP的内部拓扑结构构成了 IP主干网的较低等级。这里，每个PoP由几个IP 核心路由器（CR)组成。该CR具有内部和外部链路，其中，内部链路是同一 PoP内部的两个 CR之间的连接，而外部链路是不同PoP中两个CR之间或CR和接入网络之间的连接。单个 PoP的内部拓扑结构及其与其它PoP和接入网络的链接叫作PoP图。
[0039] 二级IP主干网被认为是一般的代表。在更高等级上（称为网络级），该网络由多 个入网点（PoP)组成。每个PoP为局域网提供通信服务，并且还连接到其他几个PoP。代表 PoP的网络的图表称为网络图。
[0040] 每个PoP的内部拓扑结构构成了 IP主干网的较低等级。这里，每个PoP由几个IP 核心路由器（CR)组成。该CR具有内部和外部链路，其中，内部链路是同一 PoP内部的两个 CR之间的连接，而外部链路是不同PoP中两个CR之间或CR和接入网络之间的连接。单个 PoP的内部拓扑结构及其与其它PoP和接入网络的链接叫作PoP图。
[0041] 每个PoP A由G(V, U, E)表示，其中，V = {ν^ · · ·，vN}表示PoP内部N个完全 相同的CR的集合。U= {Ul，···，％}是代表连接到PoP A的其他PoP和局域网的Μ个 访问节点（AN)的集合。该AN组成了该模型中通信量的来源和终点。集合Ε定义了 PoP A 的内部和外部连接。每一个带有容量的链路都规范到一个单元。注意到，集合E不包含AN 之间的任意链路。还注意到，图G能够是多个图，也就是，两个相邻的节点可以通过多个链 路来连接。所考虑的是两个可能的PoP架构。
[0042] 1、多个单机箱系统：在该架构中，每个CR都是单机箱系统，并且因此，一些路由器 端口用于PoP内部通信。当考虑该架构时，假设有带有N个CR的系统。
[0043] 2、单个多机箱系统：多机箱路由器允许多个机箱聚合在一起形成单个逻辑路由 器。在这种架构中，几个线卡机箱经由它们的底板（backplane)连接到无阻塞可扩展交换 机结构矩阵。因此，所有的端口用于外部链路。当考虑该配置时，假设有带有N个机箱的单 个CR。
[0044] 不论所考虑的架构是什么，假设每个机箱有L个线卡，并且每个线卡有P个端口。 而且，假设网络中的每个组件（机箱、线卡或端口）都支持操作的睡眠模式，也就是，一经要 求，每个设备都能够转换到睡眠模式。假设设备在睡眠模式不消耗功率。特别地，CR的总 功率消耗T由以下等式给出：
[0045]

【权利要求】
1. 一种激活入网点节点内的网络元件的方法，所述入网点节点具有第一核心路由器、 具有与所述第一核心路由器相关联的单独的端口的线卡的集合，所述激活涉及与入网点节 点相关联的通信量需求，所述方法包括以下步骤： 计算激活阈值的集合，其中，所述线卡的集合的每个端口具有单独的激活阈值； 及时地在特定的点确定所述通信量需求； 如果所述通信量需求超过所述单独的激活阈值，则激活线卡上的特定的端口； 如果所述通信量需求没有超过所述单独的激活阈值，则将所述特定的端口置于功率最 小化模式中；并且 其中，如果所述线卡上没有端口被激活，则将所述线卡的集合中的线卡置于功率最小 化模式中。
2. -种入网点节点内的系统，所述入网点节点具有第一核心路由器、具有与所述第一 核心路由器相关联的单独的端口的线卡的集合、以及与入网点节点相关联的通信量需求， 该入网点节点具有： 具有激活阈值的集合的存储器，其中，所述激活阈值的集合中的激活阈值与所述线卡 的集合的端口相关联；以及 控制器，在所述通信量需求超过与所述端口相关联的所述单独的激活阈值的情况下， 所述控制器激活线卡上的特定的端口； 在所述通信量需求没有超过所述单独的激活阈值的情况下，所述控制器将所述特定的 端口置于功率最小化模式中；并且 在所述线卡上没有端口被激活的情况下，所述控制器还将所述线卡的集合中的线卡置 于功率最小化模式中。
【文档编号】H04L12/40GK104272665SQ201380023474
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2012年5月4日
【发明者】Y·贝耶拉诺, S·瓦苏德瓦 申请人:阿尔卡特朗讯公司