智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)資源適配機(jī)制與方法研究.pdf

1、智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)(Smart Identifier NETwork/SINET)作為一種面向未來(lái)需求的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在有效解決可擴(kuò)展性、移動(dòng)性、安全性等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，將“智慧性”內(nèi)嵌于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，使網(wǎng)絡(luò)能夠原生地支持智慧型資源適配，從而提高資源利用率，降低能耗，從根本上實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的“綠色網(wǎng)絡(luò)”目標(biāo)。本文作為“智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)理論體系”的組成部分，圍繞網(wǎng)絡(luò)的“原生智慧性”，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知、資源動(dòng)態(tài)調(diào)度、選擇性休眠等機(jī)制與方法開展研究，主要工作

2、和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.設(shè)計(jì)了一種基于狀態(tài)感知的資源適配機(jī)制，作為智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)“原生智慧性”的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。首先，在關(guān)鍵功能實(shí)體資源管理器和轉(zhuǎn)發(fā)組件中嵌入感知功能，使轉(zhuǎn)發(fā)組件能夠?qū)崟r(shí)感知并記錄網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。其次，設(shè)計(jì)了一種智慧協(xié)同控制協(xié)議，供資源管理器控制轉(zhuǎn)發(fā)組件執(zhí)行基本的數(shù)據(jù)處理，以及獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。然后，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的路徑計(jì)算方法。最后，在原型系統(tǒng)中驗(yàn)證關(guān)鍵功能實(shí)體和智慧協(xié)同控制協(xié)議的可行性，在仿真平臺(tái)上對(duì)所提機(jī)制進(jìn)行效果

3、驗(yàn)證。結(jié)果表明，在智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下運(yùn)行該機(jī)制是可行的，并且該機(jī)制能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，提升用戶體驗(yàn)。
　　2.設(shè)計(jì)了兩種感知信息交互機(jī)制，即詢問(wèn)和匯報(bào)機(jī)制，作為資源適配機(jī)制的進(jìn)一步細(xì)化完善。在詢問(wèn)機(jī)制中，資源管理器主動(dòng)詢問(wèn)轉(zhuǎn)發(fā)組件，得到靜態(tài)的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，該機(jī)制實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但會(huì)帶來(lái)較大的額外控制開銷。在匯報(bào)機(jī)制中，轉(zhuǎn)發(fā)組件主動(dòng)推送動(dòng)態(tài)的局部網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，該機(jī)制幾乎不產(chǎn)生額外控制開銷，但實(shí)時(shí)性受網(wǎng)絡(luò)流量的影響。然后，在原型

4、系統(tǒng)中分別實(shí)現(xiàn)兩種機(jī)制，設(shè)計(jì)不同流量場(chǎng)景，驗(yàn)證比較兩種機(jī)制的實(shí)時(shí)性。最后，利用真實(shí)流量數(shù)據(jù)，在開銷及實(shí)時(shí)性兩方面權(quán)衡折中，對(duì)兩種機(jī)制的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析評(píng)估。結(jié)果表明，匯報(bào)機(jī)制的實(shí)時(shí)性不及詢問(wèn)機(jī)制，但匯報(bào)機(jī)制具備不產(chǎn)生額外控制開銷的優(yōu)勢(shì)，雖然存在一定時(shí)延及誤差，但其程度在可接受范圍內(nèi)，因此，利用匯報(bào)機(jī)制來(lái)傳遞感知信息是可行的。
　　3.提出了一種基于流量感知的智慧路徑分配方法，用以支持智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的“資源動(dòng)態(tài)調(diào)度”功能。首先，將

5、實(shí)時(shí)測(cè)算出的流量矩陣作為約束，對(duì)負(fù)載均衡路由優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行建模，再利用拉格朗日對(duì)偶方法，將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)偶問(wèn)題。然后，為求對(duì)偶問(wèn)題最優(yōu)解，設(shè)計(jì)了一種基于流量矩陣的負(fù)載均衡路徑分配算法。最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和原型系統(tǒng)測(cè)試，驗(yàn)證所提算法的負(fù)載均衡效果及額外控制開銷情況。結(jié)果表明，該方法能夠有效避免擁塞，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，且其額外控制開銷也在可接受范圍內(nèi)。
　　4.提出了一種網(wǎng)絡(luò)能耗和協(xié)作緩存優(yōu)化方法，用以支持智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的“選擇性休眠”功

6、能。智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)組件不僅執(zhí)行簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)，還具備緩存及休眠功能，因此，為了在兼顧緩存性能的同時(shí)，最大化地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗，建立了多目標(biāo)混合整數(shù)線性規(guī)劃問(wèn)題模型。然后，將緩存性能優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，使多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題，并設(shè)計(jì)休眠組件選擇算法進(jìn)行求解。最后，模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)流量，分別在三個(gè)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，?duì)所提算法和現(xiàn)有算法的節(jié)能效果進(jìn)行比較評(píng)估。結(jié)果表明:本文所提算法的節(jié)能效果要優(yōu)于其他算法;并且網(wǎng)絡(luò)的冗余鏈路越多，算法的節(jié)能