一种基于能效优先的控制层面网络划分方法技术

本发明专利技术一种基于能效优先的控制层面网络划分方法，属于传输网络技术领域，本发明专利技术根据现代图理论，在满足网络代数连通性阈值条件下，提出网络的故障恢复下降概率来衡量网络的高抗毁性；为了简化算法复杂度，以最小化控制层面链路数为FRCS算法制约条件，建立以控制层面链路数为循环准则的控制层面能效分离模型，主要包括Hamilton圈求解最小控制层面链路数以及代数连通性阈值作为FRCS算法循环终止条件，以此，构建基于代数连通性以及故障恢复能力的控制层面能效分离理论，该方向算法不考虑网络流量，算法精确度有所下降，但算法易于实现，适用于大规模网络，在适当的策略下，该算法节能效果优于基于流量认知方向的算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传输网络
，具体设及一种基于能效优先的控制层面网络划分 方法。
技术介绍
随着大规模部署虚拟化与云计算，各种宽带数据业务迅速发展，用户的数量、带宽 需求W及网络流量不断增长，网络设备的能耗也在平稳增长，能量节约成为设计云计算网 络已经未来网络的关键问题； 目前对网络的能效策略研究很多，包括传统IP骨干网、ISP网络、云计算网络等， 并将能效问题归结为资源优化管理问题，包括资源分配、任务调度、架构部署；然而，传统传 输网络中，数据层面与控制层面一对一紧密关联，网络中能量浪费和能耗成本的约束，限制 着系统性能方面的进一步提高；因此构建能效优先网络，提供控制层面与数据层面的彻底 分离，运就需要控制层面具有不同于数据层面的网络拓扑结构；化ancesca化omo等人提出 基于网络拓扑控制节能巧STO巧启发式算法，利用具有一定的拓扑性质的图形使用路由器 线卡模拟互联网服务提供商（ISP);通过作用于运些线卡使其进入睡眠模式，修剪网络的 拓扑结构实现显著节能，同时保留修剪网络的主要拓扑特征； 现有的能效策略的设计往往采用启发式算法，没有严格的理论支持，导致在实施 之后进行补下式的改进。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出， 在满足网络代数连通性阔值条件下，提出网络故障恢复下降概率衡量网络的高抗毁性。 -种基于能效优先的控制层面网络划分方法，包括W下步骤： 步骤1、设置数据层面拓扑、端到端流量需求、流量特征参数、控制层面网络链路故 障恢复时间、控制层面代数连通性阔值、网络故障恢复下降概率； 步骤2、根据数据层面拓扑，采用Hamilton圈算法获得数据层面链路的源节点到 目的节点间控制层面路径集； 步骤3、根据数据层面拓扑的邻接矩阵W及源节点到目的节点间控制层面路径集， 确定数据层面链路的控制层面路径对控制层面链路的占用情况； 步骤4、设置控制层面初始链路数W及最优控制层面链路数初始值； 所述的控制层面初始链路数与最优控制层面链路数初始值相同； 步骤5、在约束条件下，建立控制层面优化设计ILP模型； 步骤6、采用CPLEX算法迭代求解控制层面网络拓扑链路数，获得其连通性，并判 断最优控制层面链路数与控制层面初始链路数的关系，具体步骤如下： 步骤6-1、采用CPLEX算法迭代求解控制层面网络拓扑链路数，获得其连通性； 步骤6-2、判断所获控制层面网络拓扑链路数与控制层面初始链路数的关系，具体 如下： 若所获连通性大于等于设定的连通性阔值，且所获控制层面网络拓扑链路数小于 控制层面初始链路数，则更新最优控制层面拓扑结构，即在当前连通性阔值下获得最优控 制层面拓扑结构，并执行步骤7 ; 若所获连通性大于等于设定的连通性阔值，且所获控制层面网络拓扑链路数大于 等于控制层面初始链路数，则执行步骤6-3 ; 若所获连通性小于设定的连通性阔值，且所获控制层面网络拓扑链路数大于控制 层面初始链路数，则更新最优控制层面拓扑结构，即在当前连通性阔值下获得最优控制层 面拓扑结构，并执行步骤7; 若所获连通性小于设定的连通性阔值，且所获控制层面网络拓扑链路数小于等于 控制层面初始链路数，则执行步骤6-4 ; 步骤6-3、保存初始网络拓扑为最优控制层面拓扑结构，并使控制层面初始链路数 加1，执行步骤6-5 ; 步骤6-4、保存初始网络拓扑为最优控制层面拓扑结构，并使控制层面初始链路数 减1，执行步骤6-5 ; 步骤6-5、判断控制层面链路数是否大于最小控制层面网络拓扑的数据链路集，若 是，则获得最优控制层面拓扑结构，并执行步骤7,否则，返回执行步骤6-1 ; 步骤7、保存当前最优控制层面拓扑信息，结束。 步骤2所述的Hamilton圈算法获得数据层面链路的源节点到目的节点间控制层 面路径集，具体步骤如下：步骤2-1、设定数据层面链路集和数据层面拓扑的邻接矩阵； 所述的设定数据层面链路集具体为：若源节点与目的节点链接，则将数据层面链 路放入数据层面链路集，依次遍历网络中所有节点； 步骤2-2、在数据层面中设定链路、源节点和目的节点，获得数据层面链路的源节 点到目的节点间控制层面路径集； 步骤2-3、计算路径消耗，设定路径的消耗为路径的跳数。 步骤5所述的在约束条件下，建立控制层面优化设计ILP模型，具体如下： 所述的控制层面优化设计ILP模型，公式如下：(1) 其中，Min表示"最小";n表示能耗，即数据层面中相邻节点间控制层面平均跳数； 表示数据层面链路i的流量需求；Edp表示组成控制层面网络拓扑的数据层面链路集； R(i)表示数据链路i映射到控制层面的路径集，每一条控制层面路径代表数据层面链路映 射到匀称控制层面拓扑后源节点到目的节点间的路径；Costi,表示数据层面链路i的控制 层面路径j的花销，即路径j的跳数；Xi,表示基本路径，如果数据层面链路i分配到控制层 面路径j，则取值为1，否则取值为0 ;i表示数据层面链路；j表示控制层面路径；所述的约束条件，公式如下：叫，心ZkG(0,1} (7) 其中，yu表示备选路径，若数据层面链路i分配到控制层面路径j，则取值为1，否 则取值为0 ;Qi，k若数据层面链路i的控制层面路径j经过控制层面链路k，则取值为1，否 则取值为0 ;k表示控制层面链路；Zk若链路k开启则取值为1，否则取值为0;MGR+; 0为 控制层面链路数。[00川本专利技术优点： 本专利技术提出，本专利技术根据现代图理 论，在满足网络代数连通性阔值条件下，提出网络的故障恢复下降概率来衡量网络的高抗 毁性；为了简化算法复杂度，W最小化控制层面链路数为FRCS(FaultRecoveryControl planeSeparation)算法制约条件，建立W控制层面链路数为循环准则的控制层面能效分 离模型，主要包括Hamilton圈求解最小控制层面链路数W及代数连通性阔值作为FRCS算 法循环终止条件，W此，构建基于代数连通性W及故障恢复能力的控制层面能效分离理论， 该方向算法不考虑网络流量，算法精确度有所下降，但算法易于实现，适用于大规模网络， 在适当的策略下，该算法节能效果优于基于流量认知方向的算法。【附图说明】 图1为本专利技术一种实施例的控制层面与数据层面网络拓扑抽象示意图，其中，图 (a)为数据层面网络拓扑图，图化）为控制层面均称网络拓扑图，图（C)为控制层面局部网 状网络拓扑图，图（d)为控制层面最小网络拓扑图； 图2为本专利技术一种实施例的Hamilton圈求解最小拓扑示意图，其中，图（a)为NSF 控制层面初始拓扑图，图化）为NSF控制层面最小拓扑图，图（C)为NOBEL控制层面初始拓 扑图，图（d)为NOBEL控制层面最小拓扑图，图（e)为Abilene控制层面初始拓扑图，图（f) 为Abilene控制层面最小拓扑图； 图3为本专利技术一种实施例的基于能效优先的控制层面网络划分方法流程图； 图4为本专利技术一种实施例的判断最优控制层面链路数与控制层面初始链路数的 关系方法流程图； 图5为本专利技术一种实施例的链路关闭概率仿真图； 图6为本专利技术一种实施例的控制层面平均路径长度仿真图； 图7为本专利技术一种实施例的NSF路径跳数增加分布仿真图； 图8为本专利技术一种实施例的Abilene路径跳数增加分布仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能效优先的控制层面网络划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设置数据层面拓扑、端到端流量需求、流量特征参数、控制层面网络链路故障恢复时间、控制层面代数连通性阈值、网络故障恢复下降概率；步骤2、根据数据层面拓扑，采用Hamilton圈算法获得数据层面链路的源节点到目的节点间控制层面路径集；步骤3、根据数据层面拓扑的邻接矩阵以及源节点到目的节点间控制层面路径集，确定数据层面链路的控制层面路径对控制层面链路的占用情况；步骤4、设置控制层面初始链路数以及最优控制层面链路数初始值；所述的控制层面初始链路数与最优控制层面链路数初始值相同；步骤5、在约束条件下，建立控制层面优化设计ILP模型；步骤6、采用CPLEX算法迭代求解控制层面网络拓扑链路数，获得其连通性，并判断最优控制层面链路数与控制层面初始链路数的关系，具体步骤如下；步骤6‑1、采用CPLEX算法迭代求解控制层面网络拓扑链路数，获得其连通性；步骤6‑2、判断所获控制层面网络拓扑链路数与控制层面初始链路数的关系，具体如下：若所获连通性大于等于设定的连通性阈值，且所获控制层面网络拓扑链路数小于控制层面初始链路数，则更新最优控制层面拓扑结构，即在当前连通性阈值下获得最优控制层面拓扑结构，并执行步骤7；若所获连通性大于等于设定的连通性阈值，且所获控制层面网络拓扑链路数大于等于控制层面初始链路数，则执行步骤6‑3；若所获连通性小于设定的连通性阈值，且所获控制层面网络拓扑链路数大于控制层面初始链路数，则更新最优控制层面拓扑结构，即在当前连通性阈值下获得最优控制层面拓扑结构，并执行步骤7；若所获连通性小于设定的连通性阈值，且所获控制层面网络拓扑链路数小于等于控制层面初始链路数，则执行步骤6‑4；步骤6‑3、保存初始网络拓扑为最优控制层面拓扑结构，并使控制层面初始链路数加1，执行步骤6‑5；步骤6‑4、保存初始网络拓扑为最优控制层面拓扑结构，并使控制层面初始链路数减1，执行步骤6‑5；步骤6‑5、判断控制层面链路数是否大于最小控制层面网络拓扑的数据链路集，若是，则获得最优控制层面拓扑结构，并执行步骤7，否则，返回执行步骤6‑1；步骤7、保存当前最优控制层面拓扑信息，结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋定德，卢京宝，袁珍，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21