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一体化标识网络绿色节能关键技术研究

朱世佳  
【摘要】:随着互联网的发展,网络的规模越来越大,网络设备的能耗也在逐年增长。为了减少互联网对环境的影响,降低网络运营商的电能开销,提高网络设备的可扩展性,互联网的能耗问题逐渐成为众多研究者关注和研究的对象,并被列为未来互联网研究的重点内容之一。 身份与位置分离的设计思想代表了一种未来网络的发展方向。在这种设计思想下,一体化标识网络采用了核心网与接入网分离的网络架构,满足未来网络在路由可扩展性、移动性、安全性和可控可管性等多方面的要求。本文在深入研究现有网络的基础上,研究了网络能耗与服务质量的权衡关系,并对一体化标识网络中核心网与接入网的节能策略分别进行研究,提出了节能策略的部署方法和过渡方案。本文完善了一体化标识网络的理论体系,为一体化标识网络的大规模部署提供理论依据和技术支持。本文的主要创新工作如下: 1.提出了一种基于服务质量的网络能耗非线性规划模型。在规划模型的目标函数中同时考虑了最小化网络的能耗开销和延时开销。通过在实际网络运营商拓扑以及合成拓扑环境下进行数据仿真,定量地给出了节能策略对网络节能效率和网络延时的影响。性能分析结果表明在规划模型中合理地设置网络的链路使用率可以得到最小的网络总开销,在保证了网络服务质量的同时,降低了网络能耗,节能效率提升2~7%。 2.针对核心网内链路资源丰富的特点,在一体化标识网络的核心网中以网络连通性和链路使用率作为约束条件,建立了一种核心网环境下的网络能耗优化模型,定义了一种基于图论中介值的网络链路关键性,提出了基于链路关键性的启发式算法。通过在实际网络运营商核心网拓扑中进行仿真分析,对比了不同算法的节能效果。结果表明,基于关键性的启发式算法与其他算法相比平均节能效率提高了6.8%,同时在网络优化过程中算法对网络中流量分配的均衡性影响不大。 3.针对接入网中冗余链路少、设备数量多、总体能耗较高的特点,研究了在一体化标识网络接入网中的节能策略。通过对接入网内用户流量进行数据分析,得到用户数据包的到达分布、数据包数量、用户在线时间和用户登录次数等因素对节能策略的影响。针对现有的空闲休眠和流量适配节能机制的缺陷,提出了一种使用缓存进行流量整形的节能策略。通过对节能策略进行数学描述,并使用实际的校园网数据进行仿真,结果表明流量整形的方法与其他节能策略相比节能效率较高,一天中可以节省大约90%的设备能耗。同时流量整形方法的节能效果相对稳定,与流量适配策略相比减少了95%的能耗跳变次数。 4.为了更好地在一体化标识网络中实现节能策略的部署,在一体化标识核心网中设计了一种基于集中控制的智慧协同部署方案。通过网络的双反馈环控制模型,实现网络的自我优化、自我配置,使一体化标识网络逐步向绿色网络演进。同时,为了使传统网络向更加绿色节能的一体化标识网络演进,提出了一种传统网络向一体化标识网络的平滑过渡方案。通过在IPv4地址前添加96位的扩展前缀实现IP地址到RID的映射,使得传统网络不需要更改就可以与一体化标识网络中的用户相互通信。通过对过渡方案进行性能评估,结果表明过渡方案没有给两种异构网络的终端带来更大的端到端通信延时,同时减少了传统网络与一体化标识网络接口网关设备中约90%的映射条目数量,降低了映射条目的查询延时,具有良好的可扩展性,对于率先部署一体化标识网络的用户可以带来绿色节能等激励性的好处,促进了一体化标识网络的进一步部署。


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