Page 307 - 《软件学报》2020年第9期

2928 Journal of Software 软件学报 Vol.31, No.9, September 2020

1) 按网络链路类型可以分为基于捆绑链路(由多个物理链路构成的逻辑聚合链路)的节能和基于非捆绑
链路(由单一物理链路构成的链路)的节能,现阶段,主干网节点间通常由捆绑链路互连 [12] ,这样既可以
更好地维持整个网络的连通性,有效避免休眠唤醒链路时网络拓扑的频繁切换以及由此引发的路由
振荡,又可以在必要时快速更新链路容量而省去重新布署和更换新链路所需花费的时间 [13] ;
2) 按实现目标可以分为约束节能(在网络性能可接受(性能指标通常作为一种约束出现)的前提下,仅以
最大化网络节能为目标)和权衡节能(在能耗和网络性能之间寻求一个最佳平衡点);
3) 按演进范畴可以分为革新式节能(完全打破且不依赖于原有的网络架构、路由算法、路由协议等而
进行的全新设计)和增补式节能(在原有的网络架构、路由算法、路由协议等的基础上进行的扩充和
改进),前者通常可以获取更为显著的节能效果,但是实现成本巨大;后者通常实现的节能效果较前者
有限,但代价也较前者小很多.
按照上述分类,目前研究工作的特点主要体现在以下几方面.
1) 当前研究工作中,网络模型中的链路大多为非捆绑链路,如文献[14−22],少数基于捆绑链路,如文献
[23−27].
2) 大多数工作探索约束节能,但主要缺陷在于没有全面考虑对各种 QoS 参数造成的影响,如文献
[14−17,19−21,23,25−27],只有少数工作探索权衡节能,如文献[17,21,23].
3) 考虑到部署成本和实现代价,绝大多数工作采用增补式解决方案,如文献[14−22,24−27],只有极少数
工作采用革新式解决方案,如文献[23].
文献[14]提出一种绿色分布式拓扑管理机制(distributed topology management scheme for energy saving,简
称 DTME),利用 VCG(vickrey-clarke-groves)机制对网元进行配置管理,通过信息感知、流量预测、分布式拓扑
决策和休眠控制之间的协同,对网络进行分布式拓扑管理以实现节能.文献[15]提出一种高能效路由方法——
SPEED(safe and practical energy efficient detour routing).SPEED 不需要修改传统 IP 分组转发框架和路由协议,
在保证网络连通性的前提下,使网络中空闲链路数最大化,同时在将流量负载聚集到活动链路之后休眠空闲链
路,以此实现网络节能最大化.文献[16]提出在关闭网元实现网络总功耗显著减少的同时,保证网络具有全连通
性和最大链路利用率 MLU(maximum link utilization).它将该问题归结为带容量限制的多商品流问题,对节点采
用 R(random),LL(least-link),LF(least-flow)和 OE(opt-edge)共 4 种启发式算法进行关闭,对链路采用 R(random)
和 LF(least-flow)两种启发式算法进行关闭,这样对网络而言,排列组合共有 8 种贪婪的启发式算法.在网络流量
依正弦函数变化的假设下,对这些算法进行了性能对比分析,但是它未分析关闭部分网元对丢包率和延迟等网
络性能的影响.文献[17]提出了一个依据流量变化开关链路实现网络节能的分布式能量感知流量工程解决方案
DAISIES(distributed and adaptive interface switch-off for Internet energy saving),当流量需求发生变化时,为了尽
可能多地关闭链路,同时降低丢包率和避免网络拥塞,DAISIES 通过一个特定的代价函数重新计算其采用的最
短路径路由算法中所需的链路权重.文献[18]提出了一种选择性转发(alternative forwarding,简称 AF)机制.当路
由流量需求时,该机制对每跳转发都尽可能地选择使用当前活动的链路而尽量避免唤醒当前已休眠的链路,从
而使已休眠的链路获得更长的休眠时间以实现节能.但是该机制通常使路由具有更长的路径长度,增加了端到
端延迟,甚至可能导致路由环路的产生.文献[19]在运行最短路径路由协议的网络中提出基于混合整数线性规
划的能量感知权重优化算法求解能量感知的域内流量工程问题,利用内部网关协议权重优化算法优化链路权
重,通过贪婪处理阶段以及使用 CPLEX 求解带容量限制的最小化成本多商品流模型,尽可能多地关闭网元,实
现能耗最小化.文献[20]提出了一种通过调节 OSPF(open shortest path first)协议链路权重实现网络级节能的方
法.当网络经历混合全天多个时段的流量矩阵时,这种方法始终使用稳定不变的链路权重限制网络配置变化,以
此减少网络振荡,提升路由配置的稳定性.然而这种方法牺牲了较多的节能收益,存在较大不必要的能耗开销.
文献[21]面向主干网在多对多组播场景下提出一种支持弹性 QoS 的两阶段绿色智能路由算法,用以求解最大化
用户 QoS 区间需求满意度且最小化全网络功耗的组合优化问题.文献[22]在混合 SDN(software defined
network)和 IP(Internet protocol)的主干网上研究节能流量工程问题,基于这种革新式的架构,提出了一种快速启