智慧協(xié)同網(wǎng)絡資源適配機制與方法研究.pdf

1、智慧協(xié)同網(wǎng)絡(Smart Identifier NETwork/SINET)作為一種面向未來需求的新型網(wǎng)絡架構(gòu)，在有效解決可擴展性、移動性、安全性等問題的基礎(chǔ)上，將“智慧性”內(nèi)嵌于網(wǎng)絡架構(gòu)中，使網(wǎng)絡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，從根本上實現(xiàn)高效節(jié)能的“綠色網(wǎng)絡”目標。本文作為“智慧協(xié)同網(wǎng)絡理論體系”的組成部分，圍繞網(wǎng)絡的“原生智慧性”，針對網(wǎng)絡狀態(tài)感知、資源動態(tài)調(diào)度、選擇性休眠等機制與方法開展研究，主要工作

2、和創(chuàng)新點如下:
　　1.設計了一種基于狀態(tài)感知的資源適配機制，作為智慧協(xié)同網(wǎng)絡“原生智慧性”的實現(xiàn)基礎(chǔ)。首先，在關(guān)鍵功能實體資源管理器和轉(zhuǎn)發(fā)組件中嵌入感知功能，使轉(zhuǎn)發(fā)組件能夠?qū)崟r感知并記錄網(wǎng)絡狀態(tài)。其次，設計了一種智慧協(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)絡狀態(tài)信息。然后，提出了一種基于網(wǎng)絡狀態(tài)的路徑計算方法。最后，在原型系統(tǒng)中驗證關(guān)鍵功能實體和智慧協(xié)同控制協(xié)議的可行性，在仿真平臺上對所提機制進行效果

3、驗證。結(jié)果表明，在智慧協(xié)同網(wǎng)絡架構(gòu)下運行該機制是可行的，并且該機制能夠有效提高網(wǎng)絡資源利用率，提升用戶體驗。
　　2.設計了兩種感知信息交互機制，即詢問和匯報機制，作為資源適配機制的進一步細化完善。在詢問機制中，資源管理器主動詢問轉(zhuǎn)發(fā)組件，得到靜態(tài)的全局網(wǎng)絡狀態(tài)信息，該機制實時性強，但會帶來較大的額外控制開銷。在匯報機制中，轉(zhuǎn)發(fā)組件主動推送動態(tài)的局部網(wǎng)絡狀態(tài)信息，該機制幾乎不產(chǎn)生額外控制開銷，但實時性受網(wǎng)絡流量的影響。然后，在原型

4、系統(tǒng)中分別實現(xiàn)兩種機制，設計不同流量場景，驗證比較兩種機制的實時性。最后，利用真實流量數(shù)據(jù)，在開銷及實時性兩方面權(quán)衡折中，對兩種機制的實際應用效果進行分析評估。結(jié)果表明，匯報機制的實時性不及詢問機制，但匯報機制具備不產(chǎn)生額外控制開銷的優(yōu)勢，雖然存在一定時延及誤差，但其程度在可接受范圍內(nèi)，因此，利用匯報機制來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)絡的“資源動態(tài)調(diào)度”功能。首先，將

5、實時測算出的流量矩陣作為約束，對負載均衡路由優(yōu)化問題進行建模，再利用拉格朗日對偶方法，將原問題轉(zhuǎn)化為對偶問題。然后，為求對偶問題最優(yōu)解，設計了一種基于流量矩陣的負載均衡路徑分配算法。最后，通過仿真實驗和原型系統(tǒng)測試，驗證所提算法的負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，實現(xiàn)網(wǎng)絡負載均衡，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)絡的“選擇性休眠”功

6、能。智慧協(xié)同網(wǎng)絡中的轉(zhuǎn)發(fā)組件不僅執(zhí)行簡單的轉(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，最大化地節(jié)省網(wǎng)絡能耗，建立了多目標混合整數(shù)線性規(guī)劃問題模型。然后，將緩存性能優(yōu)化目標轉(zhuǎn)化為約束條件，使多目標問題轉(zhuǎn)化為單目標問題，并設計休眠組件選擇算法進行求解。最后，模擬真實網(wǎng)絡流量，分別在三個真實網(wǎng)絡拓撲中，對所提算法和現(xiàn)有算法的節(jié)能效果進行比較評估。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)絡的冗余鏈路越多，算法的節(jié)能