面向内容分发业务的绿色网络关键技术

Nowadays, the widespread concern of topics at the forefront in the internet-related research is how to implement the green energy efficient communication of the internet. There are some significant issues in the current green network research. For example, they only focus on a certain level. There is lack of departure from the mainstream business features. There is lack of the global optimization model and overall architecture whose operational level and hardware level will cooperate with each other. There is also lack of evolvable and departure from the different stakeholders implementation recommendations, and so on. The general idea of this project is the collaborative spirit of cross-layer. It will use the resources matrix and connection matrix to formally describe the business and data flow characteristics as well as status information. It will also make an abstract modeling of the whole network content distribution business. Then it will form the whole network energy consumption optimization goals on this basis. And this optimization problem scale is too large and its complexity is too high. It proposes an approximate distributed iterative search method. On the basis of the above model study, it will use the evolutionary principles to study the green network architecture. And it will establish the Game Model to study the incentives carried out by the network operators and content providers for the energy-saving technologies. The project intends to establish the experimental platform. We will use this platform to validate the optimization model, solution and the architecture.

如何实现网络的绿色节能高效通信，是目前互联网相关研究中受到广泛关注的前沿课题。当前的绿色网络研究存在一些显著问题，如仅专注于某一层次，缺乏从主流业务特征出发的总体体系结构，缺乏业务层面与硬件层面相互配合的全局优化模型等。本课题拟针对上述问题，以跨层协作为总体指导原则，研究绿色网络的体系结构和节能问题中的关键优化技术。课题拟利用资源矩阵、连接矩阵等方式对网络拓扑、业务流特征、状态信息等进行形式化描述,对网络内容分发业务抽象建模，在此基础上形成全网能耗优化目标函数。并且，拟针对这一规模过大、复杂度过高的优化问题提出一种近似的分布式迭代搜索方法。在上述模型研究基础上，以演进性原则研究绿色网络的体系结构，并且建立博弈模型研究网络运营商和内容提供商针对节能技术推行的激励机制。研究过程中通过构建小规模绿色节能实验平台对优化模型及体系结构进行实验验证。

当前的绿色网络研究存在一些显著问题，如仅专注于某一层次，优化目标比较单一，缺乏各层配合等。本课题以跨层协作为总体指导原则，研究绿色网络的体系结构和节能问题中的关键优化技术。具体内容包括：.1).内容分发业务的网络侧能耗优化模型RES-BT.以最优化理论为基础提出了一种兼顾可靠性与能耗的跨层模型RES-BT，该模型以P2P端系统及核心网路由器为优化对象，以overlay层的邻居选择及网络层的流量分配为手段，给P2P文件分享系统的运营管理方面提供了一种可灵活配置的方法。.2).内容分发网络的动态数据流分配算法.以网络资源全局统筹的角度，提出了一种网络资源动态可重构技术，使可重构网络的资源管理机制有能力对全网P2P流量进行优化调度。网络流量负担、P2P节点出、入度等多方面均有较大幅度提升，从而赋予了运营商对网络能耗和内容分发流量进行有效管理的手段。.3).用户侧的数据采集型网络节能模型RES-WSN.面向上行汇聚流量为主的WSN现有的优化目标单一、计算复杂度与求解近似比难以取舍、需求变化的快速响应等问题，引入加权绿色因子并建立了可靠性与功耗可调的优化模型RES-WSN。实验表明，RES-WSN对于可靠性方面的调节幅度可以达到79%，对于能耗的调节幅度可以达到49%，尤其是在单纯节能目标优化的情况下，能够使网络寿命延长达64.4%。 .4).新型过渡网络的转发表项优化方法研究.异构网络环境中，隧道报文在路由器数据层的处理涉及多次不同表项查找，计算开销导致能耗效率较低。本项目课题组提出了表项聚合和表项拆分理论，并分析了二者的效用、代价及适用场景，计了基于表项优化的隧道设备高效转发模型，基于过渡网关给出了具体实现方法。实验表明了方案的正确性、高效性。.基于项目成果申请发明专利13项，已发表论文包括IEEE IWQoS 2016学术会议、Peer-to-Peer Networking and Application期刊，软件学报、计算机学报等刊源共计11篇。此外尚有3篇论文在审。