[發明專利]一種基于混合調度算法的高效節能以太網

有效

• 申請號: 201811047644.0
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109194588B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 胡黃水;趙航;戚小莎;楊興旺;王曉宇
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: H04L47/6275
• 分類號: H04L47/6275;H04L47/50;H04L12/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種以太網節能策略，特別是一種基于混合調度算法的高效節能以太網。本發明的混合調度算法結合固定優先級和實時截止期限機制，高效節能以太網采取休眠?喚醒機制，系統多數時間段處于低能耗狀態來實現節能，并通過耗能資源在不同狀態之間的相互轉換來實現服務質量要求。采用混合調度算法滿足了系統實時性要求，解決信道競爭時的分配問題，以及通過端口流量切換物理層媒介的傳輸速率，從而解決信道使用權問題以及網絡節能問題。

技術領域

本發明涉及一種以太網節能策略，特別是一種基于混合調度算法的高效節能以太網(Energy Efficient Ethernet)。

背景技術

傳統以太網能耗較大，即使不發生數據碰撞，收發端也處于最高能耗模式，導致以太網的鏈路利用率一般很低，鏈路傳輸速率越大能耗也越大。隨著以太網規模的不斷擴大，連接設備數量不斷增加，通信設備的不斷更新，以太網的能量消耗愈加明顯。實現綠色通信，建設節能網絡，越來越受到人們的普遍關注。

為了提高以太網的能源效率，在2010年，IEEE發布了IEEE 802.3az標準，即所謂的高效節能以太網(EEE)。在實時以太網中采用高效節能以太網是一個新興的研究課題，目前幾乎所有可用協議的傳輸速率都是100Mb/s，將來會增加1Gbp/s甚至10Gb/s。

在采用以太網技術的通信網絡中，數據傳輸的實時性是問題的核心。單純的使用高優先級先于低優先級隊列，優先級略低的實時非周期數據會因為實時周期數據的連續發送而得不到轉發，低優先級的數據也將出現擠壓，處于饑餓狀態，從而導致大量丟包。因此，如何提高以太網應用的實時性以及如何減少能耗成為需要結局的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種采用混合調度算法的高效節能以太網，混合調度算法結合固定優先級和實時截止期限機制，高效節能以太網采取休眠-喚醒機制，系統多數時間段處于低能耗狀態來實現節能，并通過耗能資源在不同狀態之間的相互轉換來實現服務質量要求。

為了保證以太網中的數據快速可靠的進行傳輸。所有的數據類型可分為實時周期數據、實時非周期數據及非實時數據三種類型，在先來先服務隊列中，三種數據類型都會被視為相同優先級依次等待轉發，如果長數據幀一直發送，實時數據長期得不到轉發，對系統時延造成極大影響。將靜態優先級算法和動態優先級算法相結合，采用二級調度，提出固定優先級和最早截止期優先策略相結合的綜合分級調度方法。一級調度解決了非實時數據搶占信道致使實時數據得不到實時傳輸的問題。二級調度對實時數據和非實時數據隊列采取不同的調度策略，解決了優先級隊列中數據的轉發次序問題。

高效節能以太網中兩個節點之間的鏈路可以進入低功率狀態(Low Power Idle)，根據端口的實際流量自動調整能源消耗，可以迅速在全速運行和低功率閑置模式之間轉換，極大限度的節約運行成本，兩個設備的任何一個都可以發出這種狀態的請求。高效節能以太網在系統無數據傳輸時讓鏈路進入低能耗的休眠模式，以此來節省系統中的能耗。當系統有數據準備傳輸的時候快速將其從睡眠狀態喚醒。在從睡眠到喚醒的轉換期間，要求數據傳輸要在物理層被喚醒條件下進行，因此不會出現數據丟失現象。

本發明重點分析IEEE 802.3az標準下的以太網節能策略，同時采用混合調度算法來滿足系統實時性要求。數據鏈路層較上部分是邏輯鏈路子層，實現連接間的錯誤控制與流量控制；數據鏈路層較下部分是采用改進的介質訪問子層和低功率狀態LPI，解決信道競爭時的分配問題，以及通過端口流量切換物理層媒介的傳輸速率，從而解決信道使用權問題以及網絡節能問題。

附圖說明

圖1為本發明的網絡協議模型圖。

圖2為本發明的LPI運行圖。

圖3為本發明的數據幀格式圖。

圖4為本發明的狀態轉換圖。

圖5為本發明的網絡拓撲結構圖圖。