一种基于网络与用户协作休眠的路由方法

一种基于网络与用户协作休眠的路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及网络的控制和管理，网络设备休眠调度W及网络路径计算领域，特别 设及一种基于网络与用户协作休眠的路由方法。
【背景技术】
[0002] 研究表明，网络通信设备的能源消耗占全世界能源消耗的10%，而且80%的二氧 化碳排放是由网络设备产生的，降低网络设备的能源消耗，提高网络设备能源利用率成为 当务之急。然而，当前网络环境在设计之初，为了应对网络高峰流量负载，采用了冗余部署 的策略，甚至是过度部署，事实表明在网络高峰时期网络设备的使用率只有30%，在闲时低 至5%;而且，网络流量是动态变化的，在热点地区可能会导致网络设备拥塞而在偏远地区 网络设备没有被充分利用。
[0003] 网络设备的休眠可W有效降低网络的能耗。网络休眠调度方法通过控制网络，将 流量调度在一部分网络设备中，并调控其他的空闲的网络设备进入休眠。然而网络集中式 的休眠调度属于NP问题，其调度计算的复杂度较高，可能会导致休眠调度的速度跟不上流 量变化的速度，甚至可能导致丢包和网络链路中断。另外，如何及时准确地获取网络流量需 求也是亟需解决的问题。
[0004] 用户参与网络路径选择能准确地获得用户的流量需求，用户选路达到均衡后，网 络控制器调控空闲的网络设备进入休眠，而不是根据流量的变化进行休眠调度，有效地解 决了 W上两个问题。然而，在用户选路的过程中可能达到多重均衡的状态，其中坏的均衡状 态也将导致高价格的选路策略。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，在用户自主路由选择的基础上， 提供一种基于网络与用户协作休眠的路由方法，主要是提出一种网络控制器提供最佳路由 传输策略的机制，具体为网络控制器引导用户进行路由选择的机制。
[0006] 本发明的目的通过如下技术方案实现：一种基于网络与用户协作休眠的路由方 法，其特征在于，包括W下步骤：
[0007] S1、网络控制器向有业务请求的用户周期性公布网络的拓扑，包括网络节点和网 络链路信息，现有的每条网络链路和每个网络节点已用带宽和总带宽，所述网络链路使用 价格，所述网络节点使用价格W及定价规则，同时向用户发布一种经过网络控制器计算的 最优稳定路由策略作为用户选择路径的参考；
[000引S2、每个用户根据网络控制器公布的定价规则，分别计算出接受网络控制器提供 的路由策略和各条业务源端到目的端能够到达路径的价格；
[0009] S3、用户根据计算结果，独立地选择价格适当便宜的路径，并将所选择的路径提交 给网络控制器.
[0010] S4、网络控制器根据所收到的用户路径选择结果，更新网络状态和路由策略；
[0011] S5、网络控制器调控处于稳定即承载的业务量无变化且空闲状态的网络节点和网 络链路进入休眠；
[0012] S6、已结束网络服务的用户通知网络控制器或直接退出网络，继续使用网络服务 的用户重复步骤S2、S3;
[0013] S7、网络控制器在收到用户服务结束通知后，周期性回收未有业务转发的空闲用 户路径带宽，并重新计算路径和网络节点的已用带宽，然后重复步骤S1、S4、S5。
[0014] 优选的，步骤S1中，所述的定价规则是一种促进用户共享网络链路与网络节点W 节约能源的协同机制，即同一网络链路或网络节点承载的用户业务量越大，单位业务量的 价格越低，具体为:使用同一网络链路或网络节点的用户，单位业务量的价格为该网络链路 或网络节点的使用价格除W该网络链路的已用带宽。
[0015] 优选的，所述单位业务量的计量单位是比特位/秒。
[0016] 优选的，步骤S1中，所述的最优稳定路由策略一般是能使用户的路由选择达到稳 定，即每个用户均没有价格适当便宜的路径供选择，且性能最优的路径选择的集合。
[0017] 优选的，引起所述最优稳定路由策略改变的因素有：（1)用户的业务带宽需求改 变；（2)用户退出网络或者新的用户进入网络；（3)网络物理拓扑发生变化。
[0018] 优选的，步骤S2中，所述的价格计算过程如下:将一个用户所选择的路径中设及的 网络链路和网络节点的价格加起来就是该用户选择该路径的价格。
[0019] 优选的，步骤S3中，所述的价格适当便宜的路径，是指若存在路径的价格低于当前 路径的价格时，用户将重新选择最便宜的路径，一般而言网络控制器提供的路由策略是最 便宜的。
[0020] 优选的，所述重新选择最便宜的路径的价格比当前路径的价格低10%。
[0021] 优选的，步骤S4中，所述的更新网络状态和路由策略是指网络控制器根据用户提 交的选路结果，重新计算每条网络链路已用带宽；网络控制器若监听到用户进入网络或者 退出网络，则重新计算最优路由策略。
[0022] 优选的，步骤51、54、55、57中，网络控制器周期性地发布网络信息并更新信息；用 户收到网络控制器发布的信息，则重复步骤S2、S3、S6。
[0023] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0024] 1、本发明提出一种用户与网络的协作机制W促进用户和网络共同节约能源，采取 运种机制，能有效准确地获取用户对网络的需求，巧妙地解决了现有技术中难W获取网络 流量需求的问题。
[0025] 2、本发明提出用户选路达到最优稳定均衡后，网络控制器调控空闲的网络设备进 入休眠，而不是根据流量的变化进行休眠调度，解决了现有技术中休眠调度速度跟不上流 量变化速度的问题。
[0026] 3、本发明提出用户参与网络选路的过程，将计算分散到客户端，减少了网络控制 器端的计算量；网络控制器为用户提供最优稳定路由策略作为参考，减少了用户端的计算 量，同时使路径选择达到最优稳定的均衡状态，大大地提高了网络的资源利用率和降低网 络维护成本W及用户使用网络服务的成本。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明所述的一种基于网络与用户协作休眠的路由方法的流程图。
[0028] 图2为图1所述方法在网络控制器控制下的网络结构图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0030] -种基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于，包括W下顺序的步骤：
[0031] S1、网络控制器向有业务请求的用户周期性公布网络的拓扑，包括网络节点和网 络链路信息，现有的每条网络链路和每个网络节点已用带宽和总带宽，所述网络链路使用 价格，所述网络节点使用价格W及定价规则，同时向用户发布一种经过网络控制器计算的 最优稳定路由策略作为用户选择路径的参考；
[0032] S2、每个用户根据网络控制器公布的定价规则，分别计算出接受网络控制器提供 的路由策略和各条业务源端到目的端能够到达路径的价格；
[0033] S3、用户根据计算结果，独立地选择价格适当便宜的路径，并将所选择的路径提交 给网络控制器.
[0034] S4、网络控制器根据所收到的用户路径选择结果，更新网络状态和路由策略；
[0035] S5、网络控制器调控处于稳定即承载的业务量无变化且空闲状态的网络节点和网 络链路进入休眠；
[0036] S6、已结束网络服务的用户通知网络控制器或直接退出网络，继续使用网络服务 的用户重复步骤S2、S3;
[0037] S7、网络控制器在收到用户服务结束通知后，周期性回收未有业务转发的空闲用 户路径带宽，并重新计算路径和网络节点的已用带宽，然后重复步骤S1、S4、S5。
[0038] 进一步的，步骤S1中，所述的定价规则是一种促进用户共享网络链路与网络节点 W节约能源的协同机制，即同一网络链路或网络节点承载的用户业务量越大，单位业务量 的价格越低，具体为:使用同一网络链路或网络节点的用户，单位业务量的价格为该网络链 路或网络节点的使用价格除W该网络链路的已用带宽。
[0039] 更进一步的，所述单位业务量的计量单位是比特位/秒。
[0040] 进一步的，步骤S1中，所述的最优稳定路由策略一般是能使用户的路由选择达到 稳定，即每个用户均没有价格适当便宜的路径供选择，且性能最优的路径选择的集合。
[0041] 更进一步的，引起 所述最优稳定路由策略改变的因素有：（1)用户的业务带宽需求 改变；（2)用户退出网络或者新的用户进入网络；（3)网络物理拓扑发生变化。
[0042] 进一步的，步骤S2中，所述的价格计算过程如下:将一个用户所选择的路径中设及 的网络链路和网络节点的价格加起来就是该用户选择该路径的价格。
[0043] 进一步的，步骤S3中，所述的价格适当便宜的路径，是指若存在路径的价格低于当 前路径的价格时，用户将重新选择最便宜的路径，一般而言网络控制器提供的路由策略是 最便宜的。
[0044] 更进一步的，所述重新选择最便宜的路径的价格比当前路径的价格低10%。
[0045] 进一步的，步骤S4中，所述的更新网络状态和路由策略是指网络控制器根据用户 提交的选路结果，重新计算每条网络链路已用带宽；网络控制器若监听到用户进入网络或 者退出网络，则重新计算最优路由策略。
[0046] 进一步的，步骤51、54、55、57中，网络控制器周期性地发布网络信息并更新信息； 用户收到网络控制器发布的信息，则重复步骤S2、S3、S6。
[0047] 如图1，一种基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于，包括W下顺序的 步骤：
[0048] S1、网络控制器向有业务请求的用户周期性公布网络的拓扑（如图2,包括网络节 点和网络链路信息），现有的每条网络链路和每个网络节点已用带宽和总带宽（假设主机 Hostl当前选择路径为交换机Switchl-Ll-交换机Switch2-L2-交换机Switch4,主机Host2 选择路径为交换机Switch 1-L3-交换机Switch3-L4-交换机Switch4，其中L1、交换机 Switch2、L2的总带宽为5M且使用价格为5元，其他网络设备的总带宽均为10M且使用价格为 6元，主机化stl和主机化st2所需的带宽均为5M)，定价规则
[0049]
[0050] 同时向用户发布一种经过网络控制器计算的最优稳定路由策略SWT作为用户选择 路径的参考。经过计算，选择集合
[0化1 ]
[0052] S2、每个用户根据网络控制器公布的定价规则，计算出若主机化stl和主机化st2 选择当前路径分别需要花费21元和24元，若主机化stl和主机化st2接受网络控制器提供的 传输策略，则均需花费15元；
[0053] S3、用户根据计算结果，接受网络控制器提供的传输策略的价格相较于当前路径 的价格都便宜了多于10%，则主机化stl和主机化st2都选择接受网络控制器提供的传输策 略(若少于10%则仍然选择当前路径），并将所选择的路径提交给网络控制器；
[0054] S4、网络控制器根据所收到的用户路径选择结果，更新网络状态，Ll、Swich2、L2的 已用带宽更新为0M，交换机Switchl、L3、交换机Switch3、L4、交换机Switch4的已用带宽更 新为10M;此时，假设主机化stl退出网络，则网络控制器重新计算sWT，经过计算{sWT|Path2 =交换机Switchl-Ll-交换机Switch2-L2-交换机Switch4};
[0055] S5、网络控制器调控处于稳定且空闲状态的网络节点和网络链路进入休眠；
[0056] S6、已结束网络服务的用户通知网络控制器直接退出网络，继续使用网络服务的 用户重复步骤S2、S3;
[0057] S7、网络控制器在收到用户服务结束通知后，周期性回收未有业务转发的空闲用 户路径带宽，并重新计算路径和网络节点的已用带宽，然后重复步骤S1、S4、S5。
[0058] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于:包括以下步骤： 51、 网络控制器向有业务请求的用户周期性公布网络的拓扑，包括网络节点和网络链 路信息，现有的每条网络链路和每个网络节点已用带宽和总带宽，所述网络链路使用价格， 所述网络节点使用价格以及定价规则，同时向用户发布一种经过网络控制器计算的最优稳 定路由策略作为用户选择路径的参考； 52、 每个用户根据网络控制器公布的定价规则，分别计算出接受网络控制器提供的路 由策略和各条业务源端到目的端能够到达路径的价格； 53、 用户根据计算结果，独立地选择价格适当便宜的路径，并将所选择的路径提交给网 络控制器； 54、 网络控制器根据所收到的用户路径选择结果，更新网络状态和路由策略； 55、 网络控制器调控处于稳定即承载的业务量无变化且空闲状态的网络节点和网络链 路进入休眠； 56、 已结束网络服务的用户通知网络控制器或直接退出网络，继续使用网络服务的用 户重复步骤S2、S3; 57、 网络控制器在收到用户服务结束通知后，周期性回收未有业务转发的空闲用户路 径带宽，并重新计算路径和网络节点的已用带宽，然后重复步骤S1、S4、S5。2. 根据权利要求1所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于：步骤S1 中，所述的定价规则是一种促进用户共享网络链路与网络节点以节约能源的协同机制，即 同一网络链路或网络节点承载的用户业务量越大，单位业务量的价格越低，具体为:使用同 一网络链路或网络节点的用户，单位业务量的价格为该网络链路或网络节点的使用价格除 以该网络链路的已用带宽。3. 根据权利要求2所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于:所述单位 业务量的计量单位是比特位/秒。4. 根据权利要求1所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于：步骤S1 中，所述的最优稳定路由策略是能使用户的路由选择达到稳定，即每个用户均没有价格便 宜的路径供选择，且性能最优的路径选择的集合。5. 根据权利要求4所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于：引起所述 最优稳定路由策略改变的因素有：（1)用户的业务带宽需求改变；（2)用户退出网络或者新 的用户进入网络；（3)网络物理拓扑发生变化。6. 根据权利要求1所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于：步骤S2 中，所述的价格计算过程如下：将一个用户所选择的路径中涉及的网络链路和网络节点的 价格加起来就是该用户选择该路径的价格。7. 根据权利要求1所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于：步骤S3 中，所述的价格适当便宜的路径，是指若存在路径的价格低于当前路径的价格时，用户将重 新选择最便宜的路径，网络控制器提供的路由策略是最便宜的。8. 根据权利要求7所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于:所述重新 选择最便宜的路径的价格比当前路径的价格低10%。9. 根据权利要求1所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于：步骤S4 中，所述的更新网络状态和路由策略是指网络控制器根据用户提交的选路结果，重新计算 每条网络链路已用带宽；网络控制器若监听到用户进入网络或者退出网络，则重新计算最 优路由策略。10.根据权利要求1所述的基于网络与用户协作休眠的路由方法，其特征在于:步骤S1、S4、S5、S7中，网络控制器周期性地发布网络信息并更新信息；用户收到网络控制器发布的 信息，则重复步骤S2、S3、S6。
【专利摘要】本发明公开了一种基于网络与用户协作休眠的路由方法，步骤如下：S1、网络控制器向用户公布网络的拓扑信息以及定价规则和一种最优稳定路由策略；S2、用户计算接受路由策略和各条业务源端到目的端可达路径的价格；S3、用户独立地选择路径，并提交选择；S4、网络控制器更新网络状态和路由策略；S5、网络控制器调控空闲的网络节点和网络链路进入休眠；S6、结束网络服务的用户退出网络，否则重复步骤S1-S6。本发明使得用户在自主选择网络路径更容易、更倾向于集中选择一部分网络设备，通过调控空闲的网络设备进入休眠而达到提高网络设备能源利用率的目的，同时有效节省网络维护成本用户使用网络服务的成本。
【IPC分类】H04L12/12, H04L12/721
【公开号】CN105490941
【申请号】CN201510918393
【发明人】官权升, 陈涵, 陈天宇
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日