基于網(wǎng)絡(luò)全局角度的網(wǎng)絡(luò)整體能耗的算法和策略

【摘 要】隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。在目前的網(wǎng)絡(luò)研究和發(fā)展中，非常重要的一個(gè)問題是網(wǎng)絡(luò)能耗，它對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展都起著十分重要的影響。雖然出現(xiàn)了一些網(wǎng)絡(luò)能效算法，但是這些都是對(duì)網(wǎng)絡(luò)某一些設(shè)施的能耗問題進(jìn)行局部關(guān)注，存在著較多的局限性。針對(duì)這種情況，本文簡(jiǎn)要分析了基于網(wǎng)絡(luò)全局角度的網(wǎng)絡(luò)整體能耗的算法和策略，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)；整體能耗；算法策略

在過去很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，人們總認(rèn)為全球能源消耗并不會(huì)受到信息系統(tǒng)過大的影響，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)等都會(huì)消耗大量的電力，并且在呈不斷發(fā)展的趨勢(shì)中，需要引起人們足夠的重視。以往傳統(tǒng)的算法都存在著較大的局限性，無法從整體上進(jìn)行考慮。

一、網(wǎng)絡(luò)能耗系統(tǒng)模型

如果站在網(wǎng)絡(luò)全局的角度上進(jìn)行考慮，路由器和鏈路共同組成了通用的網(wǎng)絡(luò)框架體系，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以將傳輸服務(wù)提供給數(shù)據(jù)，并且會(huì)消耗一定的能量，其中，傳輸路徑以及鏈路上數(shù)據(jù)包的調(diào)度策略決定了能量的大小。我們用s和t分別表示數(shù)據(jù)傳遞的源點(diǎn)和終點(diǎn)，就可以得出三種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳遞模式：

一是連續(xù)流模式：這種模式指的是假設(shè)源點(diǎn)和終點(diǎn)都是存在的，并且有傳輸請(qǐng)求，用d來表示，那么就會(huì)從s處向t處傳遞一個(gè)連續(xù)的流量。

二是周期性包到達(dá)模式：指的是我們假設(shè)源點(diǎn)和終點(diǎn)都是存在的，并且傳輸速率是一定的，那么在單位時(shí)間內(nèi)，就會(huì)從s處向t處傳遞幾個(gè)數(shù)據(jù)包。

三是對(duì)抗性包到達(dá)模式：這種模式的基礎(chǔ)是對(duì)抗性排隊(duì)理論，我們將一個(gè)對(duì)抗量引入到了這個(gè)模式中，它是受約束的，存在于被傳遞的數(shù)據(jù)包中，也就是說這個(gè)受到約束的對(duì)抗量控制著數(shù)據(jù)包的傳輸，有相應(yīng)的源點(diǎn)和終點(diǎn)存在于每一個(gè)被傳遞的數(shù)據(jù)包中，結(jié)合事先分配的路徑，我們可以將兩個(gè)不同的傳遞模式應(yīng)用到每一個(gè)數(shù)據(jù)包上。我們需要注意的是，首先要保證網(wǎng)絡(luò)傳遞的穩(wěn)定性不受影響，方可以引入對(duì)抗量。

結(jié)合這些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞模式，就可以得出三種典型的網(wǎng)絡(luò)能耗系統(tǒng)模型，包括這些方面的內(nèi)容：

一是連續(xù)流速度縮放模型：在這個(gè)模型中，數(shù)據(jù)的傳輸是穩(wěn)定的，并且連續(xù)進(jìn)行，那么要想調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)消耗的能量，只需要借助于路由網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量就行，此外還有一種方法，就是對(duì)每一個(gè)鏈路上的傳輸速度進(jìn)行降低。

二是連續(xù)流速度自適應(yīng)模型：這種模型和連續(xù)流速度縮放模型的數(shù)據(jù)傳遞模式是相同的，對(duì)于能源消耗的降低，依然可以利用路由來完成，但是在本模型中，不能夠任意取值鏈路上數(shù)據(jù)的傳遞速度，只能夠選取那些已經(jīng)預(yù)先設(shè)定的傳遞速度。

三是周期性包到達(dá)休眠模型：在這種模型中，數(shù)據(jù)的傳遞是周期性的，并且分批分組來完成，同組被傳遞的數(shù)據(jù)在源點(diǎn)和終點(diǎn)方面是相同的，并且傳輸路徑也是相同的，能耗的降低可以通過調(diào)度數(shù)據(jù)包來完成。

二、 網(wǎng)絡(luò)能效算法的設(shè)計(jì)

一是基于連續(xù)流速度縮放模型的能效算法：對(duì)于CFSS模型中的最優(yōu)化問題是大多數(shù)能耗函數(shù)最難的。如果能耗函數(shù)是次可加的，那么就可以用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題來解決這類問題。

本文選取的是利用多項(xiàng)式形式的能耗函數(shù)來解決最優(yōu)化問題，首先在區(qū)間[0，1]中松弛整數(shù)變量，然后對(duì)松弛后的規(guī)劃問題進(jìn)行求解，分?jǐn)?shù)的近似解就可以得出來，然后利用前人的方法來進(jìn)行隨機(jī)舍入，整數(shù)解就可以得到。請(qǐng)求會(huì)在源點(diǎn)和終點(diǎn)之間的路徑中不斷尋找，將路徑的權(quán)值定義為每條路徑上的瓶頸，將所有連接源點(diǎn)和終點(diǎn)之間的路徑給找出來之后，選取概率定義為每條路徑的權(quán)值，選擇是隨機(jī)進(jìn)行的，這樣每一個(gè)請(qǐng)求和路徑路由都是互相對(duì)應(yīng)的。

如果能耗函數(shù)帶啟動(dòng)能量，就可以得出這些公式：

在兩個(gè)公式中，第一個(gè)公式中的x=0，第二個(gè)公式中的x>0，。要想切除o（x）的近似比，只需要利用隨機(jī)舍入方法即可，其中請(qǐng)求的數(shù)目用K來表示。

二是基于連續(xù)流速度自適應(yīng)模型的能效算法：對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)施可以在非連續(xù)速度中工作，并且可以調(diào)整，就可以采用連續(xù)流速度自適應(yīng)模型，在預(yù)先設(shè)定的階梯型速率上促使網(wǎng)絡(luò)設(shè)施正常工作進(jìn)行描述，在這個(gè)模型中，最優(yōu)化問題是大多數(shù)能耗問題最難的，并且網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作狀態(tài)決定著它的能耗，已經(jīng)預(yù)先給定了這些狀態(tài)，因此，能耗函數(shù)就是一解題函數(shù)，離散性是階梯函數(shù)的一大特點(diǎn)，這樣就不容易求出最優(yōu)化問題。針對(duì)這種情況，我們就需要預(yù)處理能耗函數(shù)，將其定義為連續(xù)性的能耗函數(shù)，這樣才可以將最優(yōu)化值給有效的求出來。其中，通常將中點(diǎn)插值和采樣插值應(yīng)用到階梯函數(shù)的擬合中；第一種指的是將分段函數(shù)每段的中點(diǎn)給求出來，然后最小二乘擬合這些點(diǎn)，但是這種方法存在著局限性。另外一種則是將樣本點(diǎn)從分段函數(shù)中取出來，然后最小二乘擬合這些樣本點(diǎn)。

三、結(jié)語

通過上文的敘述分析我們可以得知，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在運(yùn)行中也會(huì)產(chǎn)生一定的能耗問題，能耗問題如果得不到合理解決，將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展產(chǎn)生很大的制約作用。雖然人們已經(jīng)深入了研究了網(wǎng)絡(luò)整體能耗的節(jié)能策略和算法，但是研究都是局部的，具體到某種網(wǎng)絡(luò)設(shè)施上，沒有從整體上來進(jìn)行考慮，這樣就存在著較大的局限性。本文結(jié)合以往的研究成果，分析了基于網(wǎng)絡(luò)全局角度的網(wǎng)絡(luò)整體能耗的算法和策略，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

參考文獻(xiàn)：

[1]席本強(qiáng)，武洪巖.分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中全局最小能耗傳輸策略[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012，2（2）：123-125.

[2]秦嶺，胡榮強(qiáng).無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的有效能耗最小化策略[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，2（2）：54-56.

[3]張東彪，王艷.基于定價(jià)策略的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗控制[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，2（2）：43-46.