一种网络动态拓扑控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络技术领域，具体涉及一种网络动态拓扑控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 当前的互联网的很多设备是为峰值运行设计的，平时的设备利用率很低，最大平 均链路利用率不足30%，这使得网络出现高能耗，低效率，多浪费等问题，而休眠唤醒机制 也成为了网络研究的热点。NedeljkoVasic和DejanKostic在Energy-AwareTraffic Engineering中提出了一种基于分布式算法思想实现节能目的的算法，叫做EATe算法。 EATe算法是基于边界路由器的分布式算法。边界路由器定期收集最可能进行休眠决策的链 路信息，然后进行路径反馈操作，如果能够路径反馈成功则可以进行休眠决策。但是该算法 存在一定的缺陷，首先该算法只考虑当前链路的流量情况，而没有考虑以后一段时间的流 量情况。其次，算法只对最长休眠时间的链路进行休眠判断和决策，没有考虑对多条链路和 路由器进行休眠。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明提出一种网络动态拓扑控制系统及方法，以达到节 能的目的。
[0004] 一种网络动态拓扑控制系统，在边界路由器中实现，包括链路信息收集模块、流量 预测模块、智能决策模块、拓扑更新模块。
[0005] 链路信息收集模块：定期收集链路休眠信息、链路负载过重信息、路由器休眠信息 和拓扑改变信息。链路休眠信息和链路负载过重信息发送至流量预测模块，路由器休眠信 息和拓扑改变信息发送至智能决策模块；
[0006] 流量预测模块：根据链路休眠信息和链路负载过重信息，使用三次动态指数预测 算法进行链路流量预测，得到链路流量预测值，使用马尔科夫预测算法进行休眠时间预测 或负载时间预测，得到休眠时间预测值或负载时间预测值、使用自回归预测算法再次进行 休眠时间预测或负载时间预测，得到休眠时间预测值或负载时间预测值，同时记下休眠链 路标记或负载链路标记，并将各预测值和各链路标记发送至智能决策模块；
[0007] 智能决策模块：根据流量预测模块返回的休眠时间预测值、休眠链路标记、负载链 路标记，链路信息收集模块收集的拓扑改变信息、路由器休眠信息，采用路径反馈机制和混 合蛙跳算法进行决策，并将决策结果发送至拓扑更新模块。
[0008] 拓扑更新模块：根据智能决策模块发送的决策结果，进行网络的拓扑更新。
[0009] -种利用上述网络动态拓扑控制系统进行网络动态拓扑控制的方法，包括以下步 骤：
[0010] 步骤1 :定期收集链路休眠信息、链路负载过重信息、路由器休眠信息和拓扑改变 信息，拓扑改变信息包括故障链路标记和新加入链路标记；
[0011] 步骤1. 1、收集链路流量信息，比较链路流量与休眠流量阈值，若链路流量低于休 眠流量阈值，则该链路流量作为链路休眠信息，执行步骤2,否则执行步骤1. 2,收集路由器 流量信息，比较路由器流量与路由器流量阈值，若路由器流量低于路由器流量阈值，执行步 骤3,否则返回步骤1. 1，收集故障链路标记，执行步骤3,收集新加入链路标记，执行步骤 4 ；
[0012] 步骤1. 2、比较链路流量与负载流量阈值，若链路流量高于负载流量阈值，则执行 步骤1.3,否则返回步骤1.1;
[0013] 步骤1. 3、比较路径流量占链路流量的比重是否高于比重阈值，若路径流量占链路 流量的比重高于比重阈值，则该链路流量作为链路负载过重信息，执行步骤2,否则返回步 骤 1. 1 ;
[0014] 步骤2 :根据链路休眠信息、链路负载过重信息进行链路流量预测、休眠时间预 测、负载时间预测，得到链路流量预测值、休眠时间预测值、负载时间预测值、休眠链路标 记、负载链路标记；
[0015] 步骤2. 1、对链路休眠信息，采用三次动态指数预测算法预测链路流量，并执行步 骤2. 2 ;对于链路负载过重信息，采用三次动态指数预测算法预测链路流量，并执行步骤 2. 3 ；
[0016] 步骤2. 2、若链路流量预测值低于休眠流量阈值，使用马尔科夫预测算法预测链路 休眠时间，并执行步骤2. 4,否则返回步骤1 ;
[0017] 步骤2. 3、若链路流量预测值高于负载流量阈值，则使用马尔科夫预测算法对链路 进行负载时间预测，并执行步骤2. 5,否则返回步骤1 ;
[0018] 步骤2. 4、使用自回归预测算法对链路进行休眠时间预测，比较马尔科夫预测算法 预测得到的链路休眠时间预测值和自回归预测算法预测的休眠时间预测值，较小的值作为 休眠时间预测值，并执行步骤2. 6 ;
[0019] 步骤2. 5、使用自回归预测算法对链路进行负载时间预测，比较马尔科夫预测算法 预测得到的链路负载时间预测值和自回归预测算法预测的负载时间预测值，较小的值作为 负载时间预测值，并执行步骤2. 7 ;
[0020] 步骤2. 6、判断休眠时间预测值是否满足约束条件，是则执行步骤3,否则返回步 骤1;约束条件（VTjXPWPf0XI\XP3，其中1\表示链路的休眠时间，1~2表示每条 链路苏醒所需要的状态转换时间，Pi表示链路休眠时的待机功耗，P2表示链路苏醒过程的 苏醒功耗，0表示链路休眠时的节能效果，取值范围为[0，1]，P3表示链路正常工作时的链 路功耗；
[0021] 步骤2. 7、若负载时间预测值大于链路负载时间阈值，则执行步骤3,否则返回步 骤1。
[0022] 步骤3 :根据休眠时间预测值、休眠链路标记、负载链路标记、拓扑改变信息、路由 器休眠信息采用路径反馈机制和混合蛙跳算法进行决策，确定休眠链路、休眠路由器、负载 过重链路的流量转移、故障链路的流量转移；
[0023] 步骤3. 1、判断是否存在链路故障链路标记，若存在故障链路标记，采用路径反馈 机制确定流量迀移的路径，如果选择路径成功，则进行流量迀移，并执行步骤4,否则需要进 行链路唤醒操作，然后执行步骤3. 2 ;
[0024] 步骤3. 2、判断是否存在休眠链路标记，若存在休眠链路标记，采用路径反馈机制 和混合蛙跳算法对链路和路由器进行优化，确定休眠路径，开始休眠，并执行步骤4,否则执 行步骤3. 3,链路休眠时间为休眠时间预测值，路由器休眠时间为该路由器的所有成功进行 休眠时间预测链路中最短的链路休眠时间预测值，休眠时间过后进行唤醒操作；
[0025] 步骤3.2. 1、判断是否存在路由器休眠信息，若存在路由器休眠信息，采用混合蛙 跳算法对链路和路由器进行优化，确定休眠路径，否则执行步骤3. 2. 2;
[0026] 步骤3. 2. 2、若不存在路由器休眠信息，采用路径反馈机制确定休眠路径。
[0027] 步骤3. 3、判断是否存在负载链路标记，采用路径反馈机制在候选路径中选择路径 进行流量迀移，如果选择路径成功，则进行流量迀移，并执行步骤4,否则需要对链路或者路 由器进行唤醒操作。
[0028] 步骤4 :根据决策结果进行网络的拓扑更新；
[0029] 步骤4. 1、根据休眠链路和路由器信息，查找候选路径集合，把包含休眠链路的候 选路径从候选路径集合中删除，添加到休眠候选路径集合中，同时需要对候选路径集合中 包括休眠链路的路径进行标记；
[0030] 步骤4. 2、根据负载链路信息，在候选路径集合中把包含负载过重的链路的路径删 除；
[0031] 步骤4. 3、根据故障链路和路由器信息，查找候选路径集合，对包含故障链路的候 选路径进行删除；
[0032] 步骤4. 4、根据新加入链路信息，将新加入链路添加到候选路径集合中；
[0033] 步骤4. 5、根据唤醒链路信息，将唤醒链路从休眠候选路径中删除，将其增加到候 选路径集合中，并进行标记。
[0034] 步骤5 :返回执行步骤1，对网络进行实时控制。
[0035] 本发明的优点：
[0036] 本发明采用动态拓扑控制系统能够对网络拓扑的动态变化进行管理，采用的休眠 唤醒算法能取得良好的节能效果。动态拓扑控制系统首先通过链路信息收集模块收集链路 流量信息和拓扑改变信息，然后进行流量预测和时间预测，并将预测信息和拓扑改变信息 发送至智能决策模块，结合路径反馈机制和混合蛙跳算法来进行休眠唤醒决策，选出最优 休眠链路和路由器，并对拓扑改变做相应的处理，在整个过程中网路正常运行。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明一种实施例的简化网络拓扑结构图；
[0038] 图2为本发明一种实施例的网络动态拓扑控制系统结构框图；
[0039] 图3为本发明一种实施例的网络动态拓扑控制方法流程图；
[0040] 图4为本发明一种实施例的流量预测模块流程图；
[0041] 图5为本发明一种实施例的智能决策模块流程图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0043] 本发明实施例基于简化网络拓扑结构，拓扑结构图如图1所示，其中1-5为边界路 由器，6-14为