基于wdm的阻塞ip传输网络的节能流量疏导方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种网络节能流量疏导方法和系统。该网络节能流量疏导方法包括：S1、接收多个网络连接请求，并将所述多个网络连接请求随机分为至少两组网络连接请求；S2、获取每组网络连接请求的每组平均网络能耗；S3、基于预定网络能耗和所述每组平均网络能耗，接受或阻塞各组网络连接请求；S4、基于所述预定网络能耗，分别接受或阻塞被阻塞的各组网络连接请求中的每个网络连接请求。实施本发明的网络节能流量疏导方法和系统，通过采用递归整数线性规划(RILP)算法阻塞能耗过高的网络连接请求同时接受能耗较低的连接请求以进一步提高网络的能效。
【专利说明】基于WDM的阻塞IP传输网络的节能流量疏导方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，更具体地说，涉及一种基于WDM的阻塞IP传输网络的节能流量疏导方法和系统。
【背景技术】
[0002]在能源受限的世界中，降低功耗是互联网发展的迫切需要。基于WDM的IP网络预计将成为互联网骨干网的主导架构。根据最近的能效研究，IP层电子设备(特别是路由器)比光学层的光学器件消耗更多的能量。据悉，微机电系统(MEMS)的OXC功耗小于每比特交换10pJ。典型的高端核心路由器消耗约20nJ，这是OXC的2000倍。在光学层而非IP层交换流量是实现绿色上网的关键。
[0003]在光路旁路节能方法，重要的是将小IP流分组为大IP组以有效地使用光路带宽。在光学电路交换网络中，已经对流量疏导进行了广泛研究。流量疏导的目地是最大化网络吞吐量或最小化网络建设成本。最近越来越多的研究针对基于WDM的IP传输网络的能效问题，例如混合整数线性规划(MILP)优化模型或整数线性规划(ILP)模型。然而，几乎所有的MILP或ILP模型仅仅执行基于WDM的绿色IP网络的单目标优化并假定网络容量是无限的，却并没有考虑基于WDM的阻塞IP传输网络的节能流量疏导。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的执行基于WDM的绿色IP网络的单目标优化并假定网络容量是无限的，却并没有考虑基于WDM的阻塞IP传输网络的节能流量疏导的缺陷，提供一种基于WDM的阻塞IP传输网络的节能流量疏导方法和系统。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种网络节能流量疏导方法，包括:
[0006]S1、接收多个网络连接请求，并将所述多个网络连接请求随机分为至少两组网络连接请求；
[0007]S2、获取每组网络连接请求的每组平均网络能耗；
[0008]S3、基于预定网络能耗和所述每组平均网络能耗，接受或阻塞各组网络连接请求；
[0009]S4、基于所述预定网络能耗，分别接受或阻塞被阻塞的各组网络连接请求中的每个网络连接请求。
[0010]在本发明所述的网络节能流量疏导方法中，所述步骤S4进一步包括:
[0011]S41、从一组阻塞网络连接请求中选择一个待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第一网络能耗；
[0012]S42、接受所述待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第二网络能耗；
[0013]S43、判定所述第一网络能耗和第二网络能耗之差是否小于所述预定网络能耗，如果是，执行步骤S45，否则执行步骤S44 ；
[0014]S44、阻塞所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求以返回执行步骤S41，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零；
[0015]S45、接受所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求以返回执行步骤S41，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零。
[0016]在本发明所述的网络节能流量疏导方法中，所述预定网络能耗为XP α，P为正整数，α为网络连接请求的平均能耗，X为网络连接的基本带宽间隔。
[0017]在本发明所述的网络节能流量疏导方法中,所述a = 9ff/Gbps, P = 5, x = 2。
[0018]在本发明所述的网络节能流量疏导方法中，所述步骤S3包括:
[0019]S31、接受能耗小于或等于χρ α的Σ/4个网络连接请求，其中表示从节点s到d的第t连接请求，t为正整数；
[0020]S32、阻塞M个能耗大于χρ α的阻塞网络连接请求,其中M = (F—?尤)/x.其中T表示网络的最大吞吐量容积，X表示网络连接的基本带宽间隔。
[0021]本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种网络节能流量疏导方法，包括:
[0022]SA、从一组阻塞网络连接请求中选择一个待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第一网络能耗；
[0023]SB、接受所述待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第二网络能耗；
[0024]SC、判定所述第一网络能耗和第二网络能耗之差是否小于预定网络能耗，如果是，执行步骤SE，否则执行步骤SD ；
[0025]SD、阻塞所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求并返回执行步骤SA，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零；
[0026]SE、接受所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求并返回执行步骤SA，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零。
[0027]在本发明所述的网络节能流量疏导方法中，所述预定网络能耗为XP α，P为正整数，α为网络连接请求的平均能耗，X为网络连接的基本带宽间隔。
[0028]在本发明所述的网络节能流量疏导方法中,所述a = 9ff/Gbps, P = 5, x = 2。
[0029]本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种网络节能流量疏导系统，包括:
[0030]随机分组模块，用于接收多个网络连接请求，并将所述多个网络连接请求随机分为至少两组网络连接请求；
[0031]平均能耗计算模块，用于获取每组网络连接请求的每组平均网络能耗；
[0032]第一阻塞接受模块，用于基于预定网络能耗和所述每组平均网络能耗，接受或阻塞各组网络连接请求；
[0033]第二阻塞接受模块，用于基于所述预定网络能耗，分别接受或阻塞被阻塞的各组网络连接请求中的每个网络连接请求。
[0034]在本发明所述的网络节能流量疏导系统中，所述第二阻塞接受模块包括:
[0035]选择单元，用于从一组阻塞网络连接请求中选择一个待验证阻塞网络连接请求；
[0036]网络能耗计算单元，用于计算所述待验证阻塞网络连接请求被接受前后的网络能耗以获得第一网络能耗和第二网络能耗；
[0037]比较单元，用于比较所述第一网络能耗和第二网络能耗之差是否小于所述预定网络能耗；
[0038]阻塞接受单元，用于基于比较结果接受或阻塞所述待验证阻塞网络连接请求。
[0039]实施本发明的网络节能流量疏导方法和系统，通过采用递归整数线性规划(RILP)算法阻塞能耗过高的网络连接请求同时接受能耗较低的连接请求以进一步提高网络的能效。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0041]图1示出了基于WDM网络的透明IP ;
[0042]图2示出了本发明的网络节能流量疏导方法的第一实施例的流程图；
[0043]图3示出了本发明的递归ILP算法的流程图；
[0044]图4示出了本发明的网络节能流量疏导系统的第一实施例的原理框图；
[0045]图5示出了评估本发明的C0ST239拓扑结构；
[0046]图6是单目标法和主目标法的平均能耗示意图。
【具体实施方式】
[0047]在本发明中，发明人研究了在基于WDM的IP传输网络中同时优化吞吐量和能源消耗问题。本发明采用主目标法以在最大网络吞吐量的约束下最小化网络的能耗。随后建议采用递归整数线性规划(RILP)算法阻塞能耗过高的网络连接请求同时接受能耗较低的连接请求以进一步提闻网络的能效。
[0048]在本发明中，采用基于透明WDM光网络的IP传输网络模型以研究网络性能。如图1所示，在每个节点中，基于MEMS的光交叉连接器(Optical Cross Connect, 0XC)通过转发器连接IP核心路由器。IP核心路由器聚集来自本地网络的IP数据流量，且路由经过的业务流量。OXC通过光纤互连，且每个光纤包括多个波长。由于信号在传输过程中的损伤，在基于透明WDM网络的IP传输网络中光路的传输距离是有限的。
[0049]在本发明中，我们只考虑消耗在IP路径的中间节点的能量，包括IP路由器、转发器和光开关的能耗，其分别由P1, Pt和Ptj表示。忽略具有恒定值的能耗包括:
[0050]1.因为EDFA已经在网络中部署，所以其能耗是恒定的。
[0051 ] 2.在任何流量疏导方法中，在端节点的流量能耗是恒定的。
[0052]例如，在图1中有两个IP连接请求。连接I是从节点A到B，请求带宽为rl。连接2是从A到D，请求带宽为r2。对于连接1，网络在源节点和目标节点使用2个转发器和2个光开关设置从A到B的光路。对于连接2，网络设置两个光路以取代从B到D的一个光路，这是因为B和D之间的距离是大于透明光网络中2000公里的最大传输距离限制。这两个光路包括从B到C的一个光路和从C到D的一个光路。连接2穿过3条光路，并在节点B和C进行电交换。因此，总的能耗是SPdePfZr2.P1。
[0053]在基于WDM的阻塞IP传输网络中，高效节能的流量疏导是一个双目标优化问题。吞吐量和能耗都应该被优化。然而，最大化网络吞吐量和最小化网络能耗是两个相互矛盾且不可相比较的目标。为了解决这个问题，我们考虑两种情况。在情况I中，假定路由连接请求是网络的主要目的。因此，可以应用主目标法。根据该方法，首先优化网络吞吐量。然后，基于最大吞吐量的限制优化网络能耗。在情况2中，可阻塞多个网络连接以进一步提高网络的能效。在本发明中，设计递归整数线性规划(RILP)算法选择拒绝平均能耗大于能耗平均值的P倍的连接请求。
[0054]在基于WDM的IP传输网络中，对于变量可以米用以下规则:m和η代表的光纤链路的端点:i和j分别表示光路的端点；8和d表示IP层中的低速连接请求的端点。针对基于路径的ILP等式，预先在物理层对每个源-目的地对(i，j)预先生成一组K条最短路径。从i到j的全部光路强制遵循这些路径。
[0055]给定参数:
[0056]G (V, E)物理拓扑，在此V是网络节点集合，且E是连接这些节点的定向光纤链接集合；
[0057]N是每个光纤的波长数量，假定每个定向光纤链接传送相同数量的波长；
[0058]B是波长信道的容量；
[0059]PiJ；k是物理拓扑中的从节点i到j的第k(k = I,..., K)条最短路径；
[0060]DiJ；k是从节点i到j的第k条路径的长度；
[0061]δ是透明光网络中的最大传达范围
[0062]X是IP连接的基本带宽。
[0063]Λ是流量矩阵组。
[0064]在本发明中，X假定为2Gbps。Λ sd是从节点s到d的2Gbps连接请求的数量。
[0065]决策变量:
CU'
…=J5否则
Ir
U I/ — A
J — ο
[0067]，从节点s到d的第t个连接请求。如果该连接请求被接受，那么Kd =|,否贝 Ij 爲:=O51
[0068]Uf，如果札使用从节点I到j的光路，C1，否则t/f =0o
[0069]如果从节点i到j使用第k条路径的光路通过链路I e E,,否则
—η
Λ ij、k 一U O
[0070]约束条件(I)-⑷
【权利要求】
1.一种网络节能流量疏导方法，其特征在于，包括: 51、接收多个网络连接请求，并将所述多个网络连接请求随机分为至少两组网络连接请求； 52、获取每组网络连接请求的每组平均网络能耗； 53、基于预定网络能耗和所述每组平均网络能耗，接受或阻塞各组网络连接请求； 54、基于所述预定网络能耗，分别接受或阻塞被阻塞的各组网络连接请求中的每个网络连接请求。
2.根据权利要求1所述的网络节能流量疏导方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括: 541、从一组阻塞网络连接请求中选择一个待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第一网络能耗； 542、接受所述待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第二网络能耗； 543、判定所述第一网络能耗和第二网络能耗之差是否小于所述预定网络能耗，如果是，执行步骤S45，否则执行步骤S44 ； 544、阻塞所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求以返回执行步骤S41，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零； 545、接受所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求以返回执行步骤S41，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零。
3.根据权利要求2所述的网络节能流量疏导方法，其特征在于，所述预定网络能耗为XP α，P为正整数，α为网络连接请求的平均能耗，X为网络连接的基本带宽间隔。
4.根据权利要求3所述的网络节能流量疏导方法，其特征在于，所述a= 9ff/Gbps, P=5，X = 2ο
5.根据权利要求3所述的网络节能流量疏导方法，其特征在于，所述步骤S3包括: 531、接受能耗小于或等于χρα的Σ1 &个网络连接请求，其中^表示从节点s到d的第t连接请求，t为正整数； 532、阻塞M个能耗大于XP α的阻塞网络连接请求,其中Μ = (Γ—Σχ.芯>/Λ'其中T表不网络的最大吞吐量容积。
6.一种网络节能流量疏导方法，其特征在于，包括: SA、从一组阻塞网络连接请求中选择一个待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第一网络能耗； SB、接受所述待验证阻塞网络连接请求，并计算当前网络能耗以作为第二网络能耗； SC、判定所述第一网络能耗和第二网络能耗之差是否小于预定网络能耗，如果是，执行步骤SE，否则执行步骤SD; SD、阻塞所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求并返回执行步骤SA，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零； SE、接受所述待验证阻塞网络连接请求并将剩余的阻塞网络连接请求作为所述一组阻塞网络连接请求并返回执行步骤SA，直至所述剩余的阻塞网络连接请求的数量为零。
7.根据权利要求6所述的网络节能流量疏导方法，其特征在于，所述预定网络能耗为χρ α，P为正整数，α为网络连接请求的平均能耗，X为网络连接的基本带宽间隔。
8.根据权利要求6所述的网络节能流量疏导方法，其特征在于，所述a= 9ff/Gbps, P=5，X = 2ο
9.一种网络节能流量疏导系统，其特征在于，包括: 随机分组模块，用于接收多个网络连接请求，并将所述多个网络连接请求随机分为至少两组网络连接请求； 平均能耗计算模块，用于获取每组网络连接请求的每组平均网络能耗； 第一阻塞接受模块，用于基于预定网络能耗和所述每组平均网络能耗，接受或阻塞各组网络连接请求； 第二阻塞接受模块，用于基于所述预定网络能耗，分别接受或阻塞被阻塞的各组网络连接请求中的每个网络连接请求。
10.根据权利要求9所述的网络节能流量疏导系统，其特征在于，所述第二阻塞接受模块包括: 选择单元，用于从一组阻塞网络连接请求中选择一个待验证阻塞网络连接请求； 网络能耗计算单元，用于计算所述待验证阻塞网络连接请求被接受前后的网络能耗以获得第一网络能耗和第二网络能耗； 比较单元，用于比较所述第一网络能耗和第二网络能耗之差是否小于所述预定网络能耗； 阻塞接受单元，用于基于比较结果接受或阻塞所述待验证阻塞网络连接请求。
【文档编号】H04L12/801GK104168204SQ201410327923
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】陈彬, 林晓辉, 代明军, 王晖 申请人:深圳大学