【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.