一種能耗與可靠性兼顧的內容分發業務優化方法

胡躍坤

摘要：本文面向當今互聯網上占有顯著流量比例的內容分發與共享業務的能耗問題，以兼顧網絡部分性能指標和節能為雙重優化目標，引入加權綠色因子并建立了性能與功耗可調的優化模型ETE-FD。實驗結果表明，ETE-FD對于可靠性（MLU）方面的調節幅度可以達到58.18%，對于能耗的調節幅度可以達到47.09%。

關鍵詞：內容分發與共享業務;網絡節能優化;網絡可靠性;節能路由協議

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0226-02

0 引言

文件分發共享業務流量占絕對統治地位的互聯網中，耗電問題已成為網絡和信息系統持續高速發展的重大障礙。由于這類業務所占流量比例顯著，近年來已經有越來越多的綠色網絡研究文獻專注于此類業務[1]-[2]。但是，這些研究普遍具有一些問題：譬如單一優化能耗目標，而將性能等其他指標僅僅作為約束條件[2]，忽視了網絡的可靠性等其他方面。其次，在業務能耗優化方面，關注端系統較多，對于網絡設備的能耗優化關注相對較少，優化不夠徹底。

針對上述問題，本文以最優化理論為基礎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業務為例，對模型的效果進行了實驗驗證。

1 可調可控的文件分發業務理論模型

本節提出一種能耗與傳統流量工程的可靠性兼顧的文件分發模型ETE-FD，針對路由器與端系統的能耗問題進行多目標全局優化，模型中提供了綠色因子參數作為具體調節手段。

此最優化模型的待求解變量為每個分發需求在路由器節點之間的流量分配和分發業務供給側的選擇，其他為已知量。上式（2）中左側第一項為單純的可靠性優化模型，沿用了傳統流量工程中最小化最大鏈路利用率的建模思想，使網絡中各條鏈路上的流量分攤均勻，避免高負荷增大設備的故障率以及降低一旦發生故障所產生的影響。節能最優方面由式2的第二項表示，物理意義即上文所述的讓盡量多的鏈路和板卡休眠，流量相對匯聚。式2中a、b為可調參數，定義綠色因子為兩者的比值a/b。

2 仿真實驗

在本節中對本文的ETE-FD模型及算法進行仿真實驗，著重關注定量分析模型中綠色因子參數的調整，對于文件分發業務耗能和性能方面產生的影響。

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

圖1展示了文件熱點率對本文模型的影響。文件熱點率越高，網絡能耗越低，其中50%的熱點率比10%的情況下能耗低了約30.3%。原因在于文件熱點率越高，下載相同文件的端系統就越多。這種情況下，ETE-FD模型的優化目標公式2的右項可促使下載過程中產生了更多的就近互傳。既減少了下載時間，又降低了數據傳輸距離，休眠路由器板卡數量自然會增多。

圖2則是表示MLU與綠色因子的關系。由圖2所示，綠色因子增大會導致MLU降低，原因是ETE-FD的左側優化目標權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節系統能耗與網絡可靠性方面發揮的作用。在綠色因子從4*103到0（最顯著的區間）的調節過程中，網絡能耗降低了47.09%，網絡的可靠性（MLU）降低了58.18%。

3 結語

本文針對當今互聯網上占有較大比例的內容分發與共享業務，提出并建立了一套兼顧可靠性和功耗的可調理論模型ETE-FD。結果表明，ETE-FD模型對于可靠性方面的調節幅度可以達到58.18%，對于功耗的調節幅度可以達到47.09%。

參考文獻

[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.