[發明專利]一種基于網絡熵的域內路由節能方法

有效

• 申請號: 201711351614.4
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107835127B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 耿海軍;楊建英;張舉
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H04L12/715
• 分類號: H04L12/715;H04L12/721;H04L12/24
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 李印貴

本發明公開了一種基于網絡熵的域內路由節能方法，屬于互聯網技術領域。減少網絡能耗，建立綠色網絡已經成為學術界和工業界研究的一個關鍵科學問題，已有節能方案均是建立在已知流量矩陣的前提下展開研究的，但是獲得實時流量數據并不是一件輕而易舉的事情。本發明通過關閉網絡中的鏈路達到節能的效果。本發明首先提出了鏈路關鍵度模型和網絡熵模型，然后根據鏈路關鍵度計算網絡中所有鏈路的重要程度，最后根據鏈路的重要性和網絡熵模型依次關閉網絡中的鏈路。本發明方法僅僅需要輸入拓撲結構即可實施，而拓撲結構相對于流量頻繁變化則穩定得多，也更易于布署。

技術領域

本發明屬于互聯網技術領域，涉及域內路由節能方案，具體涉及一種基于網絡熵的域內路由節能方法。

背景技術

研究表明溫室氣體會導致全球變暖，對氣候變化具有災難性的影響，因此降低溫室氣體的排放量是每個國家應盡的責任和義務。低碳節能已經成為一個全球性的話題，中國作為一個發展中國家一直提倡綠色節能，因此綠色節能成為一個重要的科學問題。信息與通信技術(ICT,Information Communications Technology)中設備消耗的能耗占全球能耗的2％，并呈現逐年增加的趨勢。

隨著互聯網規模的逐漸擴大，在互聯網中部署的網絡設備逐漸增加，網絡能耗也隨之增加，溫室氣體的排放量也隨著增加，因此如何降低網絡能耗成為一個重要的研究課題?；ヂ摼W在設計之初采用了網狀拓撲結構來應對網絡中的突發故障和峰值流量。然而，目前互聯網部署的域內路由協議采用最短路徑轉發報文，沒有充分利用網絡中的冗余鏈路，已有研究表明骨干網在峰值流量時鏈路利用率僅僅為30％，大部分時間的鏈路利用率不到5％，因此這為研究互聯網節能機制提供了契機。

針對目前網絡中存在的能耗較高的問題，學術界已經對網絡節能算法做了深入的研究，根據解決該問題輸入的參數可以將節能算法分為兩種類型：基于流量感知的節能算法和基于拓撲感知的節能算法。基于流量感知的節能算法的輸入參數為網絡拓撲結構和網絡中的實時流量數據，然后可以將該問題歸結為整數線性規劃問題或者復合整數線性規劃問題，該問題可以歸結為一個NP-Complete問題，然后利用啟發式算法得到近似解。然而準確的實時流量數據不僅難以測定，并且變化頻繁，導致這些方案無法實際部署。研究表明獲取網絡中的實時流量數據是一個NP-Hard難題，算法復雜度較大，不易于實際部署?；谏鲜龅挠懻?，本發明主要解決如何在不需要流量矩陣的前提下，僅僅根據網絡拓撲結構計算一種較優的節能方案?；谕負涓兄墓澞芩惴ǖ妮斎雲禐榫W絡拓撲結構，不需要實時流量數據，該方案的算法實現方式簡單，易于實際部署。

發明內容

網絡可以用一個圖G＝(V,L)來表示，其中V為拓撲中的節點集合，L為邊的集合。對于網絡中的任意一條邊e＝(u,v)∈L，用w(e)＝w(u,v)表示該邊的代價，用X(e)＝X(u,v)表示該邊消耗的能量。對于網絡中任意兩個不相同的節點u,v，sp(u,v)表示這兩個節點之間的最短路徑包含的邊的集合。

本發明解決的問題可以描述為：給定一個網絡拓撲結構G＝(V,L)，如何在保證網絡性能的前提下，通過關閉鏈路，從而使得節能最大化。該問題可以形式化表示為：

輸入：網絡拓撲結構G(V,E)

輸出：關閉鏈路的集合U

目標：

條件：并且R≥0.5R₀，其中R代表標準網絡熵,R₀代表初始標準網絡熵。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于網絡熵的域內路由節能方法，包括以下步驟：

步驟1：計算網絡中所有鏈路的關鍵度；