面向路由计算的通信网络遗传休眠调度方法
发布时间：2021-08-02 12:25
当今,通信信息技术设备的能源消耗总量占全球能源消耗总量很大的比例,而网络设备的能源消耗是其中一大部分,而且随着移动互联网的发展,网络设备的能源消耗量将继续快速增长。为了应对网络高峰期流量负载,通信网络采用冗余设计,导致网络中有大量的设备虽然没有承载流量但仍消耗了大部分能源,网络设备的能源利用率低下。因此,我们需要设计一个方案来提高通信网络的能源利用率,实现绿色网络。休眠调度方法旨在将尽管没有负载但仍然会消耗能量的空闲网络设备进入休眠状态以节省没必要的能源消耗,进而提高网络的能源利用率。在本文中,我们从路由计算的角度将最优的休眠调度方法进行建模成最优化问题,通过该休眠调度方法得到的路由方案可以将流量负载聚合到较少的激活的网络设备上,并将空闲的网络设备置于休眠状态以节省能源。因为遗传算法经常被认为是一种优秀的求解最优化问题的算法,所以我们设计了一种面向路由计算的遗传休眠调度方法来找出一个接近最优解的路由方案。软件定义网络架构将控制平面和数据平面分离,并提供可编程接口,使得我们提出的面向路由计算的遗传休眠调度方法可以方便地部署在软件定义网络架构的应用层上。我们引入在线数据库SNDlib中两个...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
将用户需求聚合到更少的节点和链路中以节约网络能源消耗
在路径上的网络设备能够满足用户通信需求的情况下，当我们聚合用户的需求产生的流量到其中一条路径（假设为路径 R1 - R2 - R3 - R6）时，只需要激活 4 个节点和 7 个链路便可以满足所有用户的通信需求（如图 1-2（b）所示）。相对于图 1-2（a）中采用的解决方案，图 1-2（b）中的解决方案节省了 2 个节点和 3 个链路运行的能量消耗，这些链路在流量聚合后变为空闲，因而可以使之进入休眠状态以节约能源，改善网络的能源利用率。值得注意的是，如果将流量负载聚合到较少的链路中，可能会导致流量延迟。但是，运用了新兴的软件定义网络架构（Software Defined Network，SDN）的 B4 网络[37]已经证明，如果链路上的流量负载低于其容量的 90%，那么该链路上不会有显著的流量延迟。为了实现最优的休眠调度，在网络中寻找激活最少节点和链路数量的路由解决方案需要集中式的计算，这对于传统的分布式网络系统来说是一个很大的难题。幸运的是，新兴的软件定义网络（SDN）技术能够支持网络中的集中决策[38, 39]，并提供了对数据传输的灵活控制[40]。
控制其对数据包的转发行为；交换机主要通过南向接口向控制平面报告网络情况，以及询问对未知数据流的动作。SDN 控制器对数据平面进行集中式管理，能够对所有数设备进行统一设置而无需逐一设置。可以把流表当作是传统路由器中的路由表，一个流表由一或多个流表项组成，储存在交换机中指示如何处理匹配到的数据包。如图 1-4 所示为一个流表项的结构，一个流表项可以确定一类的数据包的转发动作，其中，包头域确定了数据包的匹配规则，计数器可以统计活动表项、经过的数据包数量以及查找次数等信息，动作指定匹配成功的数据包如何处理。包头域中包括端口号、虚拟网络 ID、MAC、IP 等数据包匹配信息，每个流表项可以设置其中一个或多个值，设置的值越具体，匹配的颗粒度越小，匹配越精细。流表项指定的动作主要有从哪些端口转发、丢弃、排队等。因此，通过设置不同的流表项，SDN 控制器可以灵活地控制交换机对数据包的动作，例如从某个端口进入的数据包往某个端口转发等，当然也可以像传统网络一样使用 IP 和 Mac 地址等进行匹配，动作也可以是丢弃等。
本文编号：3317562
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
将用户需求聚合到更少的节点和链路中以节约网络能源消耗
在路径上的网络设备能够满足用户通信需求的情况下，当我们聚合用户的需求产生的流量到其中一条路径（假设为路径 R1 - R2 - R3 - R6）时，只需要激活 4 个节点和 7 个链路便可以满足所有用户的通信需求（如图 1-2（b）所示）。相对于图 1-2（a）中采用的解决方案，图 1-2（b）中的解决方案节省了 2 个节点和 3 个链路运行的能量消耗，这些链路在流量聚合后变为空闲，因而可以使之进入休眠状态以节约能源，改善网络的能源利用率。值得注意的是，如果将流量负载聚合到较少的链路中，可能会导致流量延迟。但是，运用了新兴的软件定义网络架构（Software Defined Network，SDN）的 B4 网络[37]已经证明，如果链路上的流量负载低于其容量的 90%，那么该链路上不会有显著的流量延迟。为了实现最优的休眠调度，在网络中寻找激活最少节点和链路数量的路由解决方案需要集中式的计算，这对于传统的分布式网络系统来说是一个很大的难题。幸运的是，新兴的软件定义网络（SDN）技术能够支持网络中的集中决策[38, 39]，并提供了对数据传输的灵活控制[40]。
控制其对数据包的转发行为；交换机主要通过南向接口向控制平面报告网络情况，以及询问对未知数据流的动作。SDN 控制器对数据平面进行集中式管理，能够对所有数设备进行统一设置而无需逐一设置。可以把流表当作是传统路由器中的路由表，一个流表由一或多个流表项组成，储存在交换机中指示如何处理匹配到的数据包。如图 1-4 所示为一个流表项的结构，一个流表项可以确定一类的数据包的转发动作，其中，包头域确定了数据包的匹配规则，计数器可以统计活动表项、经过的数据包数量以及查找次数等信息，动作指定匹配成功的数据包如何处理。包头域中包括端口号、虚拟网络 ID、MAC、IP 等数据包匹配信息，每个流表项可以设置其中一个或多个值，设置的值越具体，匹配的颗粒度越小，匹配越精细。流表项指定的动作主要有从哪些端口转发、丢弃、排队等。因此，通过设置不同的流表项，SDN 控制器可以灵活地控制交换机对数据包的动作，例如从某个端口进入的数据包往某个端口转发等，当然也可以像传统网络一样使用 IP 和 Mac 地址等进行匹配，动作也可以是丢弃等。
本文编号：3317562
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