一种互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法技术

一种互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法，属于互联网技术领域，通过以下步骤完成，测量数据包到达路由器端口的速率；建立能效路由器数据包发送速率控制模型；利用遗传搜索方法获得数据包发送速率；将数据包注入链路中。本发明专利技术通过控制路由器发送数据包的速率，达到提高链路能效的目的；同时，利用遗传搜索方法求解能效优化模型能够获得全局最优的控制速率，避免局部最优解的出现。

【技术实现步骤摘要】
一种互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法
本专利技术属于互联网
，特别是涉及一种互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法。
技术介绍
进入21世纪以来，发展低碳经济、建设生态文明、实现可持续发展，成为人类社会的普遍共识。随着网络技术的不断发展，以及新一代信息通信网络的研究及应用，将使得下一代互联网具有更为复杂的网络架构和规模。同时，随着下一代互联网业务的发展，各种业务量呈现爆炸式增长，特别是语音、数据和多媒体等业务量的迅速增长，对网络架构、安全可靠性、覆盖范围等方面提出了更高的要求。庞大的网络在满足通信需求的同时，也带了巨大的网络能耗。目前的通信网络采用冗余化设计，单一地满足互联网用户的通信业务需求，实现尽力而为的通信策略。这使得部分链路带宽使用率较低，造成大量的资源和经济浪费。目前下一代互联网的设计模式中，网络基础设施的使用与网络中业务量的大小是相互独立的，即使很小的业务量也占据着大量的网络资源。针对网络中存在的资源和经济浪费，网络传输能效和经济性得到了广泛地关注。速度缩放和休眠是当前网络能效技术研究的两个主要机制，其中速度缩放机制是根据网络的负载流量，动态调整网络设备的传输速度，从而达到提高网络能效的目的；休眠机制是通过关闭相应的网络基础设施以实现降低网络能耗的效果。在这两种机制基础上，从下一代互联网全局的路由分配角度分析，结合网络数据不同的传输模式，采用不同的节能策略(如休眠、速度缩放、速率自适应等)为能耗最优化建立模型，设计最优的路由分配方法，成为现阶段能效组网技术的主要发展方向。目前，不断上涨的能源成本、日益堪忧的供应瓶颈和气候变化及其引发的经济后果，都不断促使世界各国实施能效的变革。在这种大环境下，能效组网技术得到了广泛地关注。当前，已经有一些关于能效组网技术的研究成果。但是，这些成果主要研究路由选择、流重定向等问题，其设计了网络规划等宏观领域。然而，对于速度缩放机制的研究甚少。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供了一种互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法。本专利技术在路由器发送端口加入数据包发送速率控制器，控制单元检测待发送的各类业务请求，同时建立能效发送速率优化模型，将数据包注入链路的速率反馈到控制器当中，以此进行速度缩放并达到提高链路能效的目的。本专利技术包括如下步骤：步骤一：测量数据包到达路由器端口的速率接收N种服务请求的数据包，分配每一种数据包一个相应的缓存，并将数据包放入缓存中；步骤二：建立能效路由器数据包发送速率控制模型描述路由器数据包发送速率控制模型，其以链路能效作为目标，过载控制速率为约束条件，建立以各类数据包发送速率和发送时间为未知参数的最优化模型，具体步骤如下：步骤A：计算链路能耗。利用公式(1)描述链路能耗其中，x为该链路数据传输速率，Lc为链路容量，θ描述能耗与链路容量间的线性独立关系，Ce为服务器容量，即服务器处理事务的能力；步骤B：计算链路能效。利用公式(2)描述链路能效其中，xi表示路由器发送第i种数据包的速率，即为路由器向链路注入数据包的总量；步骤C：利用最优化方法描述能效路由器数据包发送速率控制模型，如下式：其中，为第i种数据包的到达速率，x＝[x1,x2,..,xN]。此外，γ为优化因子，其权衡了能效优化程度与链路传输速率。T为在控制速率下发送数据包需要的时间。λ为拉格朗日系数，符号||·||2表示2-范数；步骤三：根据步骤二模型，利用遗传搜索方法获得数据包发送速率遗传算法是由美国Michigan大学的Holland教授提出，后经DeJong、Goldberg等人归纳总结所形成的一类模拟进化方法，具有广泛的应用价值。遗传搜索广泛应用于自动控制、计算科学、模式识别、工程设计、智能故障诊断、管理科学和社会科学等领域，适用于解决复杂的非线性和多维空问寻优问题。大多数的遗传搜索方法被用于实现全局优化问题，包括组合优化、函数优化、神经网络优化等，本专利技术通过遗传搜索方法获取全局最优的数据包发送速率。具体步骤如下：步骤A：随机生成M组初始解，每一组初始解称为一个种群，本专利技术将M组初始解表示为{xp,i(t)}，其中p＝1,2,...,M；步骤B：计算种群的亲和力并排序，取出M/2个优秀种群，迭代次数q＝1，亲和力指一个种群满足最优化目标的程度，本专利技术中最优化模型的目标为链路能效，因此，有亲和力其中，EEq(p)表示第q次迭代后获得的链路能效，此时，能效越高的种群其亲和力越大，取出M/2个优秀抗体后满足p＝1,2,...,M/2；步骤C：交叉，首先将M/2个优秀种群表示成二进制格雷码形式，对所选择的M/2对母体，依概率Pc执行交叉，生成M个中间个体；步骤D：变异，对M个中间个体分别独立依概率Pm执行变异，形成M个候选个体；步骤E：判断是否满足终止条件，如果满足执行步骤F，否则执行步骤B，并设置q＝q+1。本专利技术中采用的遗传搜索方法默认一个固定的迭代次数，因此当q＝Q时，搜索结束；步骤F：结束迭代；步骤四：根据步骤三得到的数据包发送速率将数据包注入链路中。本专利技术的有益效果：本专利技术通过控制路由器发送数据包的速率，达到提高链路能效的目的；同时，利用遗传搜索方法求解能效优化模型能够获得全局最优的控制速率，避免局部最优解的出现。遗传搜索方法是一种通用的优化方法，理论上其具有概率上的全局优化性能。附图说明图1为本专利技术的原理图；图2为本专利技术的主程序流程图；图3为本专利技术的优化能效仿真示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步地详细说明。本专利技术利用真实的链路流量数据，数据描述了一条链路在100个时间槽内的数据包发送数量。图2为本专利技术实施例的一种面向下一代互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法流程图，包括以下步骤：步骤一：测量数据包到达路由器端口的速率；接收N＝3种服务请求的数据包，分配每一种数据包一个相应的缓存，并将数据包放入缓存中。步骤二：建立能效路由器数据包发送速率控制模型；利用最优化方法描述路由器数据包发送速率控制模型。其以链路能效作为目标，过载控制速率为约束条件，建立以各类数据包发送速率和发送时间为未知参数的最优化模型。具体步骤如下：步骤A：计算链路能耗。利用公式(1)描述链路能耗根据经验值，本实施例中参数配置如下，Lc＝109，θ＝0.5。步骤B：计算链路能效。利用公式(2)描述链路能效其中，xi表示路由器发送第i种数据包的速率，即为路由器向链路注入数据包的总量。步骤C：利用最优化方法描述能效路由器数据包发送速率控制模型，如下式：根据经验值，本实施例中参数配置如下，γ＝0.4，λ＝0.01。步骤三：根据步骤二模型，利用遗传搜索方法获得数据包发送速率，具体步骤如下：步骤A：随机生成M＝100组初始解，每一组初始解即为一个种群。本专利技术将M组初始解表示为{xp,i(t)}，其中p＝1,2,...,M。步骤B：计算种群的亲和力并排序，取出M/2个优秀种群，迭代次数q＝1。亲和力指一个种群满足最优化目标的程度，本专利技术中最优化模型的目标为链路能效，因此，有亲和力其中，EEq(p)表示第q次迭代后获得的链路能效。此时，能效越高的种群其亲和力越大。取出M/2个优秀抗体后满足p＝1,2,...,50。步骤C：交叉。首先将M/2个优秀种群表示成二进制格雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法，其特征在于包括如下步骤：（1）测量数据包到达路由器端口的速率接收种服务请求的数据包，分配每一种数据包一个相应的缓存，并将数据包放入缓存中；（2）建立能效路由器数据包发送速率控制模型步骤A：计算链路能耗，利用公式(1)描述链路能耗(1)其中，为该链路数据传输速率，为链路容量，描述能耗与链路容量间的线性独立关系；步骤B：计算链路能效，利用公式(2)描述链路能效(2)其中，表示路由器发送第种数据包的速率，即为路由器向链路注入数据包的总量；步骤C：利用最优化方法描述能效路由器数据包发送速率控制模型，如下式：(3)其中，为第种数据包的到达速率，，，此外，为优化因子，其权衡了能效优化程度与链路传输速率，为在控制速率下发送数据包需要的时间，为拉格朗日系数，符号表示2‑范数；（3）根据步骤（2）模型获得数据包发送速率步骤A：随机生成组初始解，每一组初始解称为一个种群，本专利技术将组初始解表示为，其中；步骤B：计算种群的亲和力并排序，取出个优秀种群，迭代次数，亲和力指一个种群满足最优化目标的程度，有亲和力(4)其中，表示第次迭代后获得的链路能效，此时，能效越高的种群其亲和力越大，取出个优秀抗体后满足；步骤C：交叉，首先将个优秀种群表示成二进制格雷码形式，对所选择的对母体，依概率执行交叉，生成个中间个体；步骤D：变异，对个中间个体分别独立依概率执行变异，形成个候选个体；步骤E：判断是否满足终止条件，如果满足执行步骤F，否则执行步骤B，并设置，当时，搜索结束；步骤F：结束迭代；（4）根据步骤（3）得到的数据包发送速率将数据包注入链路中。...

【技术特征摘要】
1.一种互联网的能效路由器数据包发送速率控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)测量数据包到达路由器端口的速率接收N种服务请求的数据包，分配每一种数据包一个相应的缓存，并将数据包放入缓存中；(2)建立能效路由器数据包发送速率控制模型步骤A：计算链路能耗，利用公式(1)描述链路能耗其中，x为该链路数据传输速率，Lc为链路容量，θ描述能耗与链路容量间的线性独立关系，Ce为服务器容量，即服务器处理事务的能力；步骤B：计算链路能效，利用公式(2)描述链路能效其中，xi表示路由器发送第i种数据包的速率，即为路由器向链路注入数据包的总量；步骤C：利用最优化方法描述能效路由器数据包发送速率控制模型，如下式：其中，为第i种数据包的到达速率，x＝[x1,x...

【专利技术属性】
技术研发人员：张升伟，毕波，程国辉，杨波，杨晶，齐鑫，关迎宾，陈莉，王敏，
申请(专利权)人：辽宁邮电规划设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21