IP网络中绿色节能权重设计研究

发布时间：2017-08-18 02:21

  本文关键词：IP网络中绿色节能权重设计研究

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【摘要】：随着信息与通信技术行业的快速发展,互联网规模日益扩大,网络中设备也随之增多,伴随而来的则是网络能耗的急剧增加。然而网络设计中的资源超额供给和链路设备冗余导致了网络高能耗低效率问题突显。如何减少网络能耗将成为网络设计与研究的一个重点,这一类的问题被称为绿色节能网络问题。近几年,由于潜在的环境价值和经济价值,绿色节能网络问题被广泛关注。能耗感知的路由技术是绿色节能网络问题的一个研究方向。根据资源整合的原则,能耗感知的路由技术通过将全网流量合并到网络中部分设备和链路上,从而关闭其余闲置的链路和设备,实现网络节能。其解决方案中,设计目标通常是在保证网络能够正常运行和提供一定的服务质量(Quality of Service,QoS)的情况下尽可能减少网络能耗,流量整合通常可以通过适当的链路权重配置(最短路路由)或直接指定路由路径(明晰路由)实现。本文重点研究如何从能耗感知的最短路路由技术的角度通过链路权重设计为IP网络节省能耗。首先,本文基于QoS建立了一种绿色节能IP网络模型,其在设计思想上权衡了QoS和节能,目标是在保证QoS的情况下最小化网络中链路能耗和延时开销。根据模型本文提出了两种启发式算法,算法均以在保证一定QoS的情况下关闭更多链路为目标,通过调整链路权重来整合网络中流量从而实现网络业务流量重分布,最终设计出开启链路较少的节能网络拓扑,为网络节省了部分链路能耗。仿真证实,这两种算法虽然设计思想不同,但均能实现效果不错的网络节能。其次,本文基于线卡能耗模型建立了的绿色节能IP网络模型,其更关注于节能效率和实用性,目标是在保证网络正常运行的情况下最小化网络中链路和线卡的能耗。线卡作为路由器主要能耗部分,其开关状态改变速度快且易于控制,因此针对线卡节能比整个路由器更具有实际意义。根据模型本文提出了一种启发式算法,该算法在设计上倾向于更多地关闭耗能较多的线卡而非耗能较少的链路,通过链路权重调整最终设计出更具有实际意义且节能效果更好的节能拓扑。通过仿真对比多种算法和模型的节能效果发现,该算法稳定、节能效果好、适用范围广。最后,本文设计了一种核心网和接入网分离的节能IP网络架构和其部署方案,在该架构中灵活运用了本文提出的节能解决方案。节能IP网络架构采用支持多拓扑路由技术的能耗感知的路由器进行路由转发和设备能耗控制,依靠绿色节能监控系统来计算节能拓扑、及时做出节能决策以及监控节能网络运行状态,从而尽可能基于现有的协议与技术实现节能。
【关键词】：节能 IP网络 权重设计 线卡
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.02
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 背景介绍12-13
• 1.2 国内外相关研究13-16
• 1.2.1 网络节能相关项目13-15
• 1.2.2 能耗感知的路由相关研究15-16
• 1.3 本文主要工作16-18
• 1.4 本文组织结构18-20
• 第二章 基本概念20-27
• 2.1 能耗模型20
• 2.2 动态路由技术20-22
• 2.3 权重调整算法22-26
• 2.3.1 模拟退火22-23
• 2.3.2 邻域搜索23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 基于QOS的绿色节能方案27-46
• 3.1 问题描述与模型提出27-29
• 3.2 基于QOS的复合算法29-35
• 3.2.1 遗传算法29-32
• 3.2.2 基于QoS的模拟退火32-34
• 3.2.3 算法总流程34-35
• 3.3 基于QOS的静态节能权重设计算法35-39
• 3.3.1 链路关键性35-37
• 3.3.2 基于QoS的邻域搜索37
• 3.3.3 算法总流程37-39
• 3.4 仿真测试39-44
• 3.4.1 仿真环境39-40
• 3.4.2 算法参数设定40-41
• 3.4.3 算法性能分析41-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 基于线卡的绿色节能方案46-62
• 4.1 问题描述与模型提出46-48
• 4.1.1 ER_Optimal模型46
• 4.1.2 SR_Optimal模型46-48
• 4.2 基于线卡的静态节能权重设计算法48-53
• 4.2.1 链路选择算法50-51
• 4.2.2 链路权重调整算法51-53
• 4.3 仿真测试53-61
• 4.3.1 仿真环境53-54
• 4.3.2 对比算法54
• 4.3.3 优化模型求解介绍54-55
• 4.3.4 算法参数设定55-56
• 4.3.5 仿真结果与分析56-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 绿色节能IP网络部署62-70
• 5.1 绿色节能IP网络架构62-63
• 5.2 基于多拓扑路由技术的能耗感知路由器63-64
• 5.3 节能IP网络监控系统64-67
• 5.3.1 拓扑发现65
• 5.3.2 流量采集65-66
• 5.3.3 性能监控66
• 5.3.4 节能控制66-67
• 5.3.5 信息通告67
• 5.4 绿色节能IP网络部署方案67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 本文主要贡献70-71
• 6.2 下一步研究方向71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75
• 攻硕期间取得的研究成果75-76

【参考文献】

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1 朱世佳;一体化标识网络绿色节能关键技术研究[D];北京交通大学;2013年

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本文编号：692243