一種能耗與可靠性兼顧的內(nèi)容分發(fā)業(yè)務(wù)優(yōu)化方法

胡躍坤

摘要：本文面向當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)上占有顯著流量比例的內(nèi)容分發(fā)與共享業(yè)務(wù)的能耗問(wèn)題，以兼顧網(wǎng)絡(luò)部分性能指標(biāo)和節(jié)能為雙重優(yōu)化目標(biāo)，引入加權(quán)綠色因子并建立了性能與功耗可調(diào)的優(yōu)化模型ETE-FD。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ETE-FD對(duì)于可靠性（MLU）方面的調(diào)節(jié)幅度可以達(dá)到58.18%，對(duì)于能耗的調(diào)節(jié)幅度可以達(dá)到47.09%。

關(guān)鍵詞：內(nèi)容分發(fā)與共享業(yè)務(wù);網(wǎng)絡(luò)節(jié)能優(yōu)化;網(wǎng)絡(luò)可靠性;節(jié)能路由協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）07-0226-02

0 引言

文件分發(fā)共享業(yè)務(wù)流量占絕對(duì)統(tǒng)治地位的互聯(lián)網(wǎng)中，耗電問(wèn)題已成為網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)持續(xù)高速發(fā)展的重大障礙。由于這類(lèi)業(yè)務(wù)所占流量比例顯著，近年來(lái)已經(jīng)有越來(lái)越多的綠色網(wǎng)絡(luò)研究文獻(xiàn)專(zhuān)注于此類(lèi)業(yè)務(wù)[1]-[2]。但是，這些研究普遍具有一些問(wèn)題：譬如單一優(yōu)化能耗目標(biāo)，而將性能等其他指標(biāo)僅僅作為約束條件[2]，忽視了網(wǎng)絡(luò)的可靠性等其他方面。其次，在業(yè)務(wù)能耗優(yōu)化方面，關(guān)注端系統(tǒng)較多，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗優(yōu)化關(guān)注相對(duì)較少，優(yōu)化不夠徹底。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文以最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)提出了一種能耗感知的跨層流量工程模型ETE-FD（Energy-Aware Traffic Engineering File Distribution）。最后以BT業(yè)務(wù)為例，對(duì)模型的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 可調(diào)可控的文件分發(fā)業(yè)務(wù)理論模型

本節(jié)提出一種能耗與傳統(tǒng)流量工程的可靠性兼顧的文件分發(fā)模型ETE-FD，針對(duì)路由器與端系統(tǒng)的能耗問(wèn)題進(jìn)行多目標(biāo)全局優(yōu)化，模型中提供了綠色因子參數(shù)作為具體調(diào)節(jié)手段。

此最優(yōu)化模型的待求解變量為每個(gè)分發(fā)需求在路由器節(jié)點(diǎn)之間的流量分配和分發(fā)業(yè)務(wù)供給側(cè)的選擇，其他為已知量。上式（2）中左側(cè)第一項(xiàng)為單純的可靠性?xún)?yōu)化模型，沿用了傳統(tǒng)流量工程中最小化最大鏈路利用率的建模思想，使網(wǎng)絡(luò)中各條鏈路上的流量分?jǐn)偩鶆?，避免高?fù)荷增大設(shè)備的故障率以及降低一旦發(fā)生故障所產(chǎn)生的影響。節(jié)能最優(yōu)方面由式2的第二項(xiàng)表示，物理意義即上文所述的讓盡量多的鏈路和板卡休眠，流量相對(duì)匯聚。式2中a、b為可調(diào)參數(shù)，定義綠色因子為兩者的比值a/b。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

在本節(jié)中對(duì)本文的ETE-FD模型及算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，著重關(guān)注定量分析模型中綠色因子參數(shù)的調(diào)整，對(duì)于文件分發(fā)業(yè)務(wù)耗能和性能方面產(chǎn)生的影響。

圖1和圖2分別表示在多種條件下綠色因子對(duì)系統(tǒng)每bit耗能和MLU方面的影響。

圖1展示了文件熱點(diǎn)率對(duì)本文模型的影響。文件熱點(diǎn)率越高，網(wǎng)絡(luò)能耗越低，其中50%的熱點(diǎn)率比10%的情況下能耗低了約30.3%。原因在于文件熱點(diǎn)率越高，下載相同文件的端系統(tǒng)就越多。這種情況下，ETE-FD模型的優(yōu)化目標(biāo)公式2的右項(xiàng)可促使下載過(guò)程中產(chǎn)生了更多的就近互傳。既減少了下載時(shí)間，又降低了數(shù)據(jù)傳輸距離，休眠路由器板卡數(shù)量自然會(huì)增多。

圖2則是表示MLU與綠色因子的關(guān)系。由圖2所示，綠色因子增大會(huì)導(dǎo)致MLU降低，原因是ETE-FD的左側(cè)優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重增加使流量變得均勻。

綜上的2張圖可以看出ETE-BT模型的綠色因子在調(diào)節(jié)系統(tǒng)能耗與網(wǎng)絡(luò)可靠性方面發(fā)揮的作用。在綠色因子從4*103到0（最顯著的區(qū)間）的調(diào)節(jié)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)能耗降低了47.09%，網(wǎng)絡(luò)的可靠性（MLU）降低了58.18%。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)上占有較大比例的內(nèi)容分發(fā)與共享業(yè)務(wù)，提出并建立了一套兼顧可靠性和功耗的可調(diào)理論模型ETE-FD。結(jié)果表明，ETE-FD模型對(duì)于可靠性方面的調(diào)節(jié)幅度可以達(dá)到58.18%，對(duì)于功耗的調(diào)節(jié)幅度可以達(dá)到47.09%。

參考文獻(xiàn)

[1] S. Brienza， S. E. Cebeci， S. S. Masoumzadeh， H. Hlavacs， G. Anastasi et al. A survey on energy efficiency in P2P systems： File distribution， content streaming， and epidemics[J].ACM Computing Surveys （CSUR），2015，48（3）：36.

[2] Kshitiz Verma， Alberto， Samar Agnihotri.Energy Efficient File Distribution Problem and its Applications[J].IEEE， International Symposium on Network Computing and Applications IEEE，2016：246-249.