的路 由方法的能耗值總低于GreenOSPF,且在低業(yè)務量請求時更為明顯。
[0217] 圖21(a)和化）分別比較的是在相同流量矩陣的情況下，本實施方式面向云計 算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法與GreenOSPF算法的休眠、激活鏈路數。可W看出，隨 著平均業(yè)務量請求的增加，網絡的休眠鏈路數均呈減少趨勢，相應的，激活鏈路數呈增加 趨勢。且本實施方式面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法的休眠鏈路數總大于 GreenOSPF,本實施方式面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法的休眠鏈路數最多達 到36條，最少也有23條。
[0218] 通過W上對本實施方式面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法與GreenOSPF 算法兩種算法的對比分析可W得出結論，本實施方式面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路 由方法，其路由策略和休眠策略具有更高的能效，更多的休眠鏈路，且在低流量負載時的性 能優(yōu)點更明顯。
[0219] 圖22為相同流量矩陣的情況下，兩種算法的平均鏈路利用率隨平均業(yè)務量請求 增加的變化情況。明顯的，隨著平均業(yè)務量請求的增加，兩種算法的平均鏈路利用率均呈增 加趨勢。且本實施方式面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法的平均鏈路利用率總高 于GreenOSPF算法，且本實施方式面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法的鏈路利用 率最高達到了 79. 36%，GreenOSPF算法的最高鏈路利用率僅有38. 03%。
【主權項】
1. 一種面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1 :確定網絡能效優(yōu)化目標，建立網絡能效優(yōu)化目標函數及其應服從的約束條件； 步驟1. 1 :網絡能效優(yōu)化目標為：最小化網絡比特能耗BE和網絡開啟鏈路數NA; 根據網絡能效優(yōu)化目標建立由式（1)所示的網絡能效優(yōu)化目標函數； 所述網絡能效優(yōu)化目標函數為： Minimizef(x) =[fi(x),fz(x) ] (1) 其中其中E為拓撲中所有鏈路的集合；L為鏈路集合中鏈路的個數；Xi,表示鏈路（i，j)的 流量負載，為所有源節(jié)點S到目的節(jié)點d經過該鏈路的業(yè)務量請求之和；表示網 絡總能耗表示網絡總流量；F(Xi,)為鏈路（i，j)的能耗函數，由式（4)表示；η為 二進制變量，由式（5)表示：其中，β為能耗與流量的線性比值；δ為基本能耗的比例系數；β.δ.Ci,為鏈路 (i,j)的基本能耗； 步驟1. 2 :建立網絡能效優(yōu)化目標函數應服從的約束條件； 1) 路由約束，由式（6)表示，保證路由中的流量守恒： 即源節(jié)點S通過一條出鏈路發(fā)送流量，并且不接受任何流量；目的節(jié)點d只從其他節(jié)點 接收流量，而不能往鄰近節(jié)點發(fā)送流量；而中間節(jié)點的流量進出守恒；(6) 2) 鏈路的最高利用率不得超過口限值α: 如《曰C0 < 曰 < 1，（i，_]·)eΕ (7) 其中α為鏈路利用率的最高口限值； 3) 路由的最大延遲約束，即路由占用的鏈路數目不得超過口限值maxhop，即單次路由 的最大跳數；假設流量經過一條鏈路的延遲為一固定值，那么，對于路由的最大延遲限制可 W轉換為一個源節(jié)點S到目的節(jié)點d的請求路徑所占用的鏈路個數的口限值，因此有約束 條件：州 其中為二進制0-1變量，當源節(jié)點S到目的節(jié)點d的路徑包含鏈路（i，j)時，取1， 否則取0,如式（9)所示，(9) 其中Psd表示源節(jié)點S到目的節(jié)點d的路徑上的鏈路集合； 前述X,，計算方法由式（10)表示：(10) 其中SD表示源S到目的d的請求業(yè)務量； 步驟2 :根據網絡能效優(yōu)化目標，首先為路由請求安排初始路徑；然后在初始路徑的基 礎上，先將鏈路利用率為零的鏈路進行休眠，接下來再逐個對剩余鏈路嘗試進行休眠，最終 得到符合網絡能效優(yōu)化目標的路由. 步驟2. 1 :采用NSGA-n算法進行初始路由，為所有0D對間的請求業(yè)務量產生初始路 徑安排； 步驟2. 2 :在步驟2. 1安排的初始路徑的基礎上，先將鏈路利用率為零的鏈路進行休 目民，然后再根據鏈路利用率從小到大依次對剩余鏈路嘗試進行休眠，并在休眠鏈路后隨即 進行基于流重定向的重新路由，得到符合網絡能效優(yōu)化目標的路由。2. 根據權利要求1所述的面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法，其特征在于： 所述口限值α取值為95%。3. 根據權利要求1所述的面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法，其特征在于： 所述步驟2. 2所述的剩余鏈路能進入休眠狀態(tài)需滿足的條件包括：①鏈路休眠后仍能維持 網絡拓撲的強連通性，②鏈路上的所有0D流請求均可W通過重定向進而匯聚到其他開啟 鏈路上。4. 根據權利要求1所述的面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法，其特征在于： 所述步驟2. 1按如下步驟進行： 步驟2. 1. 1 :初始化網絡狀態(tài)、路由參數； 包括導入網絡節(jié)點數η，網絡拓撲矩陣即鏈路矩陣Link、流量矩陣ΤΜ、鏈路容量C、鏈路 最高利用率口限α和單次路由最大跳數maxhop;鏈路負載矩陣X中元素初始化為0 ; 步驟2. 1. 2 :分析路由請求，將請求按業(yè)務量從大到小排序并生成請求隊列R; 步驟2. 1. 3 :如果R非空，按照步驟2. 1. 2中所述的順序從隊列R中依次逐個取出請求， 并確定所取出的請求的源節(jié)點S、目的節(jié)點d和業(yè)務量；如果R為空，則轉至步驟2. 1. 2 ; 步驟2. 1. 4 :初始化種群大小pop,最大迭代次數maxgen; 步驟2. 1. 5 :利用隨機深度優(yōu)先捜索算法DFS，產生初始種群D; 步驟2. 1. 6 :根據優(yōu)化目標函數計算種群D中每一個個體的能效優(yōu)化目標函數值，其中 對于不滿足約束2)或約束3)的個體，將其能效優(yōu)化目標函數值均置為Inf; 步驟2. 1. 7 :利用非支配排序為種群D中的個體進行非劣性分層與排序； 步驟2. 1. 8 :利用競爭選擇策略從種群D中選擇出父種群P; 步驟2. 1. 9 :通過對父種群P進行交叉、變異和修復操作，得到子種群Q，并計算子種群Q中每個個體的能效優(yōu)化目標函數值； 步驟2. 1. 10 :重新組合種群D、子種群Q得到種群S，即S=DUQ; 步驟2. 1. 11 :利用非支配排序對種群S中個體進行非劣性分層與排序； 步驟2. 1. 12 :根據精英保留策略，選擇種群S中的前pop個個體構成新的種群，用該新 的種群更新原始種群D，實現(xiàn)原始種群D的一次進化，并將更新后的種群D作為下次進化的 原始種群，轉至步驟2. 1.8; 步驟2. 1. 13 :重復執(zhí)行步驟2. 1. 8至步驟2. 1. 12maxgen次，種群D經過maxgen次迭 代進化后，從中選擇出能效優(yōu)化目標函數值最優(yōu)的個體，若該個體的能效優(yōu)化目標函數值 為Inf,路由失敗，轉到步驟2. 1. 15 ;否則，路由成功，轉到步驟2. 1. 14 ; 步驟2. 1. 14 :將該個體作為滿足約束的源節(jié)點S到目的節(jié)點d的最優(yōu)路徑，用該個體 的請求業(yè)務量更新鏈路負載矩陣X，并將當前取出的該請求從隊列R中刪除，然后轉到步驟 2. 1. 3 ； 步驟2. 1. 15 :請求阻塞數加1，并將當前取出的該請求從隊列R中刪除，然后轉到步驟 2. 1. 3 ； 步驟2. 1. 16 :重復執(zhí)行步驟2. 1. 3至步驟2. 1. 15,直至R為空，完成所有0D對間的請 求業(yè)務量的路徑安排。5.根據權利要求1所述的面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法，其特征在于： 所述步驟2. 2按如下步驟進行： 步驟2. 2. 1 :將鏈路矩陣Link中鏈路利用率為0的鏈路置于休眠狀態(tài)，得到新的鏈路 矩陣Link_l; 步驟2. 2. 2 :根據鏈路利用率從小到大將鏈路矩陣Link_l中的鏈路進行排序，生成候 選休眠鏈路隊列I; 步驟2. 2. 3 :如果I非空，則按照步驟2. 2. 2中所述的順序從隊列I中依次逐個取出候 選休眠鏈路，執(zhí)行步驟2. 2. 4 ;如果I為空，用鏈路矩陣Link_l更新鏈路矩陣Link,轉至步 驟 2. 1. 2 ; 步驟2. 2. 4 :確定當前取出的候選休眠鏈路的起終節(jié)點，將該鏈路置于休眠狀態(tài)，得到 鏈路矩陣Link_2 ; 步驟2. 2. 5 :計算出鏈路矩陣Link_2對應的可達矩陣，并根據該可達矩陣判斷此時的 網絡拓撲是否強連通，如果仍維持強連通性，則確定所有經過該鏈路的0D流請求的源節(jié) 點、目的節(jié)點和請求業(yè)務量，執(zhí)行步驟2. 2. 6 ;否則，將當前取出的候選休眠鏈路從I中刪 除，轉至步驟2. 2. 3,取出下一個候選休眠鏈路； 步驟2. 2. 6 :根據請求業(yè)務量從大到小將通過該鏈路的所有0D流進行排序，生成待重 定向0D流隊列W，并設置臨時鏈路負載矩陣xl=X，將xl中對應W中所有0D對占用鏈路 上的流量值減去通過該鏈路的相應0D對間的請求業(yè)務量； 步驟2. 2. 7 :判斷W是否非空，否，則按照步驟2. 2. 6中所述的順序從隊列W中依次逐 個取出待重定向0D流，并執(zhí)行步驟2. 2. 8 ;是，則轉到步驟2. 2. 12 ; 步驟2. 2. 8 :確定當前取出的待重定向0D流的源節(jié)點S、目的節(jié)點d和請求業(yè)務量； 步驟2. 2. 9 :用鏈路矩陣Link_2更新鏈路矩陣Link,按照步驟2. 1. 2至步驟2. 1. 13的 方法重新路由； 步驟2. 2. 10 :如果路由成功，用通過該鏈路的相應0D對間的請求業(yè)務量更新臨時鏈 路負載矩陣XI，并將當前該重定向OD流從隊列W中刪除，轉到步驟2. 2. 7,取出下一個待 重定向OD流；如果路由失敗，則鏈路休眠失敗，將當前候選休眠鏈路從I中刪除，轉到步驟 2. 2. 3,取出下一個候選休眠鏈路； 步驟2.2. 11 :重復執(zhí)行步驟2. 2. 7至步驟2. 2. 10,直至W為空，則待重定向OD流隊列W中的所有OD流重定向均成功，表明當前候選休眠鏈路休眠成功； 步驟2. 2. 12 :更新鏈路負載矩陣X=XI，并將Link_l中的該鏈路休眠，并將當前候選 休眠鏈路從I中刪除，轉到步驟2. 2. 3,取出下一個候選休眠鏈路； 步驟2. 2. 13 :重復執(zhí)行步驟2. 2. 3至2. 2. 12,直至I為空，用鏈路矩陣Link_l更新鏈 路矩陣Link,得到符合網絡能效優(yōu)化目標的路由。6.根據權利要求4所述的面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法，其特征在于： 所述交叉、變異操作中的交叉概率和變異概率分別設置為0. 9和0. 1。
【專利摘要】一種面向云計算的基于網絡能效優(yōu)先的路由方法，該方法包括：確定網絡能效優(yōu)化目標，建立網絡能效優(yōu)化目標函數及其應服從的約束條件；根據網絡能效優(yōu)化目標，首先為路由請求安排初始路徑；然后在初始路徑的基礎上，先將鏈路利用率為零的鏈路進行休眠，然后再逐個對剩余鏈路嘗試休眠后，最后基于流重定向來重新路由，得到符合網絡能效優(yōu)化目標的路由。本發(fā)明在保證QoS的基礎上，優(yōu)先提高網絡能效，綜合考慮了網絡架構、網絡業(yè)務需求、網絡性能及網絡能效。本發(fā)明不僅能滿足最高利用率門限、路由占用的鏈路數目等約束條件，而且耗能少，利用率高，能夠有效地降低互聯(lián)網公司的運營成本，對網絡的規(guī)劃管理具有重要的意義。
【IPC分類】H04L12/751, H04L12/721
【公開號】CN105323166
【申請?zhí)枴緾N201510788956
【發(fā)明人】蔣定德, 何強, 趙文慧
【申請人】東北大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月17日