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基于网络全局角度的网络整体能耗的算法和策略

时间:2014-06-01 17:34 | 文章来源:未知 | 阅读:

  【摘要】虽然人们已经深入了研究了网络整体能耗的节能策略和算法,但是研究都是局部的,具体到某种网络设施上,没有从整体上来进行考虑,这样就存在着较大的局限性。本文结合以往的研究成果,分析了基于网络全局角度的网络整体能耗的算法和策略,希望可以提供一些有价值的参考意见。随着时代的进步和社会经济的发展,网络技术得到了迅速发展。在目前的网络研究和发展中,非常重要的一个问题是网络能耗,它对于网络的应用和发展都起着十分重要的影响。虽然出现了一些网络能效算法,但是这些都是对网络某一些设施的能耗问题进行局部关注,存在着较多的局限性。针对这种情况,本文简要分析了基于网络全局角度的网络整体能耗的算法和策略,希望可以提供一些有价值的参考意见。

     【关键词】网络;整体能耗;算法策略

    在过去很长一段时期内,人们总认为全球能源消耗并不会受到信息系统过大的影响,这种观点是错误的,根据相关统计资料表明,网络设备以及网络数据库等都会消耗大量的电力,并且在呈不断发展的趋势中,需要引起人们足够的重视。以往传统的算法都存在着较大的局限性,无法从整体上进行考虑。

    一、网络能耗系统模型

    如果站在网络全局的角度上进行考虑,路由器和链路共同组成了通用的网络框架体系,这个网络系统可以将传输服务提供给数据,并且会消耗一定的能量,其中,传输路径以及链路上数据包的调度策略决定了能量的大小。我们用s和t分别表示数据传递的源点和终点,就可以得出三种网络数据的传递模式:一是连续流模式:这种模式指的是假设源点和终点都是存在的,并且有传输请求,用d来表示,那么就会从s处向t处传递一个连续的流量。

    二是周期性包到达模式:指的是我们假设源点和终点都是存在的,并且传输速率是一定的,那么在单位时间内,就会从s处向t处传递几个数据包。

    三是对抗性包到达模式:这种模式的基础是对抗性排队理论,我们将一个对抗量引入到了这个模式中,它是受约束的,存在于被传递的数据包中,也就是说这个受到约束的对抗量控制着数据包的传输,有相应的源点和终点存在于每一个被传递的数据包中,结合事先分配的路径,我们可以将两个不同的传递模式应用到每一个数据包上。我们需要注意的是,首先要保证网络传递的稳定性不受影响,方可以引入对抗量。

    结合这些网络数据传递模式,就可以得出三种典型的网络能耗系统模型,包括这些方面的内容:一是连续流速度缩放模型:在这个模型中,数据的传输是稳定的,并且连续进行,那么要想调节网络消耗的能量,只需要借助于路由网络中的数据流量就行,此外还有一种方法,就是对每一个链路上的传输速度进行降低。

    二是连续流速度自适应模型:这种模型和连续流速度缩放模型的数据传递模式是相同的,对于能源消耗的降低,依然可以利用路由来完成,但是在本模型中,不能够任意取值链路上数据的传递速度,只能够选取那些已经预先设定的传递速度。

    三是周期性包到达休眠模型:在这种模型中,数据的传递是周期性的,并且分批分组来完成,同组被传递的数据在源点和终点方面是相同的,并且传输路径也是相同的,能耗的降低可以通过调度数据包来完成。

    二、 网络能效算法的设计

    一是基于连续流速度缩放模型的能效算法:对于C F S S模型中的最优化问题是大多数能耗函数最难的。如果能耗函数是次可加的,那么就可以用网络设计问题来解决这类问题。

    本文选取的是利用多项式形式的能耗函数来解决最优化问题,首先在区间[0,1]中松弛整数变量,然后对松弛后的规划问题进行求解,分数的近似解就可以得出来,然后利用前人的方法来进行随机舍入,整数解就可以得到。请求会在源点和终点之间的路径中不断寻找,将路径的权值定义为每条路径上的瓶颈,将所有连接源点和终点之间的路径给找出来之后,选取概率定义为每条路径的权值,选择是随机进行的,这样每一个请求和路径路由都是互相对应的。

    如果能耗函数带启动能量,就可以得出这些公式:( ) 0( ) 0f x xf x=σ +μ=在两个公式中,第一个公式中的x=0,第二个公式中的x>0,。要想切除o(x)的近似比,只需要利用随机舍入方法即可,其中请求的数目用K来表示。

    二是基于连续流速度自适应模型的能效算法:对于网络设施可以在非连续速度中工作,并且可以调整,就可以采用连续流速度自适应模型,在预先设定的阶梯型速率上促使网络设施正常工作进行描述,在这个模型中,最优化问题是大多数能耗问题最难的,并且网络设备的工作状态决定着它的能耗,已经预先给定了这些状态,因此,能耗函数就是一解题函数,离散性是阶梯函数的一大特点,这样就不容易求出最优化问题。针对这种情况,我们就需要预处理能耗函数,将其定义为连续性的能耗函数,这样才可以将最优化值给有效的求出来。其中,通常将中点插值和采样插值应用到阶梯函数的拟合中;第一种指的是将分段函数每段的中点给求出来,然后最小二乘拟合这些点,但是这种方法存在着局限性。另外一种则是将样本点从分段函数中取出来,然后最小二乘拟合这些样本点。

    三、结语

    通过上文的叙述分析我们可以得知,网络系统在运行中也会产生一定的能耗问题,能耗问题如果得不到合理解决,将会对网络系统的应用和发展产生很大的制约作用。虽然人们已经深入了研究了网络整体能耗的节能策略和算法,但是研究都是局部的,具体到某种网络设施上,没有从整体上来进行考虑,这样就存在着较大的局限性。本文结合以往的研究成果,分析了基于网络全局角度的网络整体能耗的算法和策略,希望可以提供一些有价值的参考意见。

    参考文献:

    [1]席本强,武洪岩.分簇无线传感器网络中全局最小能耗传输策略[J].计算机系统应用,2012,2(2):123-125.

    [2]秦岭,胡荣强.无线传感器网络节点的有效能耗最小化策略[J].武汉理工大学学报,2010,2(2):54-56.

    [3]张东彪,王艳.基于定价策略的无线网络节点能耗控制[J].东南大学学报,2008,2(2):43-46.

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