Page 310 - 《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 2931

完成分组输入、存储与转发等功能.复制引擎用于组播所需的分组复制.端口用于连接路由器和外部线路,并在
两者之间进行数据传输.
2.3 链路模型
本文采用文献[29]的做法,假设节点 v i 和节点 v j 之间的捆绑链路 BL ij 由 n ij 条物理链路组成,表示如下:
1
BL = {, ,...,l l ij 2 l ij j n }.本文抽象每条物理链路的结构如图 3 所示,包括功率放大器、在线放大器、光再生器和前置
ij
ij
放大器等中间设备.其中:功率放大器用来提高信号发送功率,在线放大器用来延长信号传输距离,光再生器用
来对信号进行整形,前置放大器用来改善接收端灵敏度.
光纤
光发送端 光接收端
功率放大器 在线放大器 光再生器 前置放大器
Fig.3 Link structure
图 3 链路结构

2.4 功耗模型
根据节点内部各构件的工作原理和功耗特征,抽象出节点功耗模型,如公式(1)所示:
⎛ chass ⎛ N lc , ik ⎞ ⎞
i N
×
ford
P i node = ⎜ ⎜ P i ctrl + P i sch + ∑ ⎜ P chass × ChaSt + i ∑ k ((P ik , ,lc + P ik repl ) LcdSt lc , ik ) ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ × NodeSt i (1)
, ,lc
, i k
⎝ k = 1 ⎜ ⎝ lc= 1 ⎠ ⎠
其中, P i node 表示节点 v i 的功耗; P i ctrl 表示节点 v i 主控引擎的功耗; P i sch 表示节点 v i 调度引擎的功耗; P chass 表示节
, ik
点 v i 中第 k 个底架(背板交换结构的功耗计入到对应的底架中,数据总线功耗忽略不计)的基准功耗(不插任何线
ford
卡时底架的功耗); P ik ,,lc 表示节点 v i 中第 k 个底架上第 lc 个线卡的转发引擎的功耗; P ik repl 表示节点 v i 中第 k 个
,,lc
lc
底架上第 lc 个线卡的复制引擎的功耗; N i chass 表示节点 v i 的底架总数; N 表示节点 v i 中第 k 个底架上的线卡总
, ik
k
lc
数;NodeSt i , ChaSt 和 LcdSt 分别表示节点 v i 的开关标识符、节点 v i 中第 k 个底架的开关标识符和节点 v i 中第
, ik
i
k 个底架上第 lc 个线卡的开关标识符,这 3 个标识符都是二进制变量,其值为“1”表示对应的节点或器件处于正
常工作的活动“开”状态,其值为“0”表示对应的节点或器件处于休眠“关”状态.
基于先前给出的链路模型,抽象捆绑链路功耗模型如公式(2):
j n j n
P ij BL = P i link = ∑ ((P k i port + ∑ P port + (P + PA P × ILA N i ILA + P REG × N i REG + P PREA )) LinkSt× ij k ) (2)
k j
kk j
kk j
kk j
k = 1 k = 1
k
link
其中, P ij BL 表示节点 v i 和节点 v j 之间的捆绑链路 BL ij 的功耗; P ij 表示组成捆绑链路 BL ij 的物理链路 l 的功耗;
ij
kk
P PA 表示功率放大器的功耗;P ILA 表示在线放大器的功耗;P REG 表示光再生器的功耗;P PREA 表示前置放大器的功
k
k
REG
k
ILA
耗; N ij 和 N ij 分别表示物理链路 l 中在线放大器和光再生器的数目; LinkSt 是物理链路 l 的开关标识符,
ij
ij
ij
kk
kk
这个标识符是二进制变量,其值为“1”表示该物理链路及其两端端口处于活动状态,其值为“0”表示该物理链路
ij
ij
k
及其两端端口处于休眠状态; P port 和 P port 分别表示物理链路 l 的入端口 Port 和出端口 Port 的功率.
k i k j ij k i k j
基于上述的节点功耗模型和链路功耗模型,全网的功耗模型如式(3)所示:
P net = P i node + ∑ ∑ P ij BL (3)
iV∈ (, )i j ∈ E
3 网络级绿色节能机制
3.1 QoS保证
对于不同的网络应用,用户有着不同的 QoS 需求.本文基于差分服务模型 [30] ,并参考国际电信联盟相关标准