Page 308 - 《软件学报》2020年第9期

张金宏 等:面向主干网的网络级绿色节能机制 2929

发式算法——混合能量感知流量工程算法 HEATE(hybrid energy-aware traffic engineering),所有 IP 节点使用分
布式 OSPF 链路权重优化的最短路径路由,所有 SDN 节点使用全局 SDN 控制器分流管理的多路径路由,HEATE
通过联合优化链路权重和分流比将流量汇聚到部分链路上,通过关闭剩余未被使用的链路而实现节能.文献
[23]设计了一个定量刻画流量和功耗之间关系的功耗模型,并提出了 3 个算法,其中:Dijkstra-Green-B 算法用于
实现路由无环,Dijkstra-Green-Adv 算法用于实现大幅节能,Dijkstra-Green 算法联合考虑节能和路径伸展.与本
文相比,文献[23]的链路模型也考虑了捆绑链路,也联合考虑了网络能耗和 QoS,但其在 QoS 方面仅仅考虑了路
径伸展,未考虑带宽、延迟、抖动和出错率等重要 QoS 参数.基于捆绑链路模型和休眠唤醒策略,文献[24]提出
一种在路由过程中,通过整合后续流量进行最短路径路由的高效节能路由算法——最短占用路径优先(shortest
occupied path first,简称 SOPF)算法,其在 QoS 方面仅仅考虑了带宽而未考虑其他 QoS 参数.文献[25]研究了如何
基于当前的网络拓扑和流量矩阵,通过选择性关闭捆绑链路中的部分物理链路实现主干网的节能.它将该问题
归纳为整数线性规划问题,提出了 3 个启发式算法,分别是 FGH(fast greedy heuristic),EGH(exhaustive greedy
heuristic)和 BGH(bi-level greedy heuristic),通过最大限度关闭物理链路来最大化网络节能.文献[26]把功率感知
的逻辑拓扑设计归结为最优化问题,通过在低流量时期选择性关闭线卡来减少主干网功耗.使用 3 种不同的启
发式算法——LFA(least flow algorithm),GA(genetic algorithm)和 EWA(energy watermark algorithm)分别求解此
最优化问题,在网络拓扑变动时,既可以降低流量重配置率,还可以有效地降低网络功率.文献[27]提出了一种可
靠绿色路由算法 R-GR(reliable green-routing)用于求解其所提出的可靠流量感知路由问题 R-EAR(reliable
energy-aware-routing).虽然在关闭闲置网元获取节能的同时兼顾了网络终端可靠性(terminal reliability,简称
TR)和路线可靠性(route reliability,简称 RR),但是其主要缺陷在于路由时没有考虑任何 QoS 参数,这样导致实际
应用中由 R-GR 计算出的路由不能提供一些应用所需的必要 QoS 支持.
上述文献中,各节能机制间的比较见表 1.为了表述简洁,我们将捆绑链路(bundled link)简记为 BL,将非捆绑
链路(non-bundled link)简记为 NBL,将约束节能(constrained energy saving)简记为 CE,将权衡节能(trade-off
energy saving)简记为 TE.

Table 1 Comparison among different network-level energy-saving mechanisms
表 1 不同网络级节能机制间的比较
文献(作者) 链路模型 机制名称 实现目标 考虑的性能参数 演进范畴
Zhang 等人 [14] NBL DTME CE 带宽,收敛时间,延迟,出错率,防策略性 增补式
Li 等人 [15] NBL SPEED CE 延迟 增补式
Chiaraviglio 等人 [16] NBL (R/LL/LF/OE)&(R/LF) CE MLU 增补式
Coiro 等人 [17] NBL DAISIES TE 丢包率,MLU 增补式
Lee 等人 [18] NBL AF CE 未知 增补式
Amaldi 等人 [19] NBL MILP-EWO CE MLU 增补式
Moulierac 等人 [20] NBL SWS&Γ-RA CE 稳定性 增补式
Wang 等人 [21] NBL GIQM TE 带宽,延迟,抖动,出错率,MLU 增补式
Wei 等人 [22] NBL HEATE CE MLU 革新式
Yang 等人 [23] NBL,BL Dijkstra-Green-Adv, CE,TE 未知,路径伸展 增补式
Dijkstra-Green
Chen 等人 [24] BL SOPF CE 带宽 增补式
Fisher 等人 [25] BL FGH,EGH,BGH CE 未知 增补式
Bonetto 等人 [26] BL LFA,GA,EWA CE 带宽 增补式
Lin 等人 [27] BL R-GR CE MLU,TR,RR 增补式

相比以上研究工作,本文提出的网络级节能机制是增补式的,它属于约束节能,节能优先,兼顾性能,全面考
虑对 4 个最重要 QoS 参数(带宽、延迟、抖动和出错率)造成的影响.而且由于目前典型主干网核心路由器间采
用捆绑链路进行互连 [28] ,因此本文中节点间互连链路均假设为捆绑链路,下文中如非特殊指明,则链路均指捆绑
链路.