CN103493444A - 控制服务器、网络控制方法及程序 - Google Patents

控制服务器、网络控制方法及程序 Download PDF

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CN103493444A CN201280016761.5A CN201280016761A CN103493444A CN 103493444 A CN103493444 A CN 103493444A CN 201280016761 A CN201280016761 A CN 201280016761A CN 103493444 A CN103493444 A CN 103493444A
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Abstract

在对业务提供足够吞吐量的同时，降低通信网络的功耗。控制服务器选择第一通信网络中包括的部分节点，由所选择的节点产生第二通信网络，确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销，将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的至少一个节点添加至所述第二通信网络，使得所计算的链路开销满足指定条件，并将不包括在所述第二通信网络中的节点置于低功耗模式。

Description

控制服务器、网络控制方法及程序
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2011年4月4日递交的日本专利申请2011-082887的优先权，将其全部公开内容一并在此用作参考。
技术领域
本发明涉及一种控制服务器、一种网络控制方法和一种程序，更具体地涉及在保持网络中通信能力的同时、控制对网络中部署的节点进行供电的控制服务器、网络控制方法及程序。
背景技术
已知包括多个节点在内的通信网络由管理服务器集中管理的通信系统。当接收到设置与业务有关的路径的请求时，管理服务器确定通信网络中所关注业务的通信路径。以下，确定业务的通信路径的管理服务器称为“控制服务器”。
在包括多个节点的通信网络中，对节点的供电始终处于开启状态，为产生业务做好准备。这类供电管理方法在业务发生频率高的环境中是有效的。然而，在业务发生频率低的环境中，节点使用率低，节点未被有效使用，并且在通信网络中不必要地消耗了电能。
为了在业务产生频率低的环境中减小通信网络的功耗，优选切断对使用率低的节点的供电或者进入节能模式。此外，在该情况下，不能减小对业务提供的吞吐量。作为示例，在业务产生频率低的环境中，已知以下技术用于在对业务提供足够吞吐量的同时切断对使用率低的节点的供电或进入节能模式。
PTL1描述了一种方法，其中，在通信网络的边缘部分处测量业务量，如果业务量较低，节点就转换为节能模式，并且执行路由以绕过已转换为节能模式的节点。
NPL1描述了一种能量感知路由方法，其中，以输入所有电源的状态为初始状态，执行等成本多路径的路径计算，计算初始状态下业务的估计平均吞吐量和估计节点使用率，切断对具有最低估计节点使用率的节点的供电，执行供电切断和对估计平均吞吐量的比较，直到(移除了供电被切断的节点的)网络中的估计平均业务吞吐量不大于初始状态下的估计平均吞吐量的固定倍数。根据该方法，，可以在保持吞吐量的同时切断对使用率低的节点的供电。
引用列表
专利文献
PTL1：日本专利未审公开No.JP-P2010-148023A
非专利文献
NPL1：Yunfei Shang，Dan Li，Mingwei Xu，“Energy-aware Routing inData Center Network，”Proceedings of ACM SIGCOMM2010Workshop onGreen Networking
NPL2：Nick McKeown，et al.，“OpenFlow：Enabling Innovation inCampus Networks，”[online]，[search conducted March30，2011]InternetURL：http：／／www.openflowswitch.org//documents／openflow-wp-latest.pdf
NPL3：Y.Honma，M.Aida，H.Shimonishi and A.Iwata，“A NewMulti-path Routing Methodology Based on Logit Type Assignment，”Proceedings of the2ndInternational Workshop on the Network of the Future(FutureNet II)，2009
发明内容
技术问题
以上引用的文献的全部公开内容一并在此用作参考。
本发明的发明人进行了以下分析。
在包括多个节点的通信网络中，对节点的供电始终处于开启状态，为产生业务做好准备。然而，在业务产生频率低的环境中，节点使用率较低，节点未被有效使用，并且在通信网络中不必要地消耗了电能。为了有效地使用网络，在业务发生频率低的环境中，优选切断对使用率低的节点的供电或进入节能模式。
然而，由于PTL1中描述的功率控制技术未考虑路由，难以有效地选择要关掉的节点。
此外，根据NPL1中描述的方法，由于基于相对指示符确定是否停止供电切断，可能存在以下情况：不能对业务提供足够的吞吐量或对多于必要数目的节点进行供电。例如，即使在对所有节点进行供电也不能对业务提供足够的吞吐量的情况下，却也有可能切断对节点的供电。
因此，需要在对业务提供足够吞吐量的同时降低通信网络的功耗。本公开的目的是提供满足该需要的控制服务器、通信系统和网络控制方法。
技术方案
根据本公开的第一方面，提供了一种控制服务器，包括：
节点选择单元，选择第一通信网络中包括的部分节点，并由所选择的节点产生第二通信网络；
链路开销计算单元，确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；
节点添加单元，将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的至少一个节点添加至所述第二通信网络，使得所计算的链路开销满足指定条件；以及
节点控制单元，将所述第二通信网络中包括的至少一个节点置于第一模式，并将其他节点置于第二模式，所述第二模式具有比所述第一模式低的功耗。
根据本公开的第二方面，提供了一种网络控制方法，包括：
选择第一通信网络中包括的部分节点，并由所选择的节点产生第二通信网络；
确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；
将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的节点添加至所述第二通信网络；
重复所述确定和所述添加，直到所计算的链路开销满足指定条件；以及
将所述第二通信网络中包括的至少一个节点置于第一模式，并将其他节点置于第二模式，所述第二模式具有比所述第一模式低的功耗。
根据本公开的第三方面，提供了一种程序，使计算机执行以下动作：
选择第一通信网络中包括的部分节点，并由所选择的节点产生第二通信网络；
确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；
将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的节点添加至所述第二通信网络；
重复所述确定和所述添加，直到所计算的链路开销满足指定条件；以及
将所述第二通信网络中包括的至少一个节点置于第一模式，并将其他节点置于第二模式，所述第二模式具有比所述第一模式低的功耗。
所述程序可以记录和实现在计算机可读和非瞬态的记录介质上。
技术效果
根据本公开的控制服务器、网络控制方法和程序，可以在对业务提供足够吞吐量的同时，降低通信网络的功耗。
附图说明
图1是示意性地示出了根据示例实施例的具有控制服务器的通信系统的图。
图2是示出了从源节点到目的节点的通信路径的概念图。
图3是示出了根据示例实施例的控制服务器的转发概率表的图。
图4是示出了根据示例实施例的控制服务器的配置的框图。
图5是示出了根据示例实施例的控制服务器的下一跳确定单元和节点设置单元的操作的流程图。
图6是示出了根据示例实施例的控制服务器的功率控制单元的配置的框图。
图7是示出了根据示例实施例的控制服务器的功率控制单元的操作的流程图(第一部分)。
图8是示出了根据示例实施例的控制服务器的功率控制单元的操作的流程图(第二部分)。
具体实施方式
首先，给出对示例实施例的概要的描述。应注意的是：附属于该概要的附图中的附图标记只是用于辅助理解的示例，并非意在将本公开限制于附图中所示的模式。
参照图6，控制服务器(100)可以包括：节点选择单元(51)，选择第一通信网络中包括的部分节点，并由所选择的节点产生第二通信网络；链路开销计算单元(52)，确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；节点添加单元(53)，将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的至少一个节点添加至所述第二通信网络，使得所计算的链路开销满足指定条件；以及节点控制单元(54)，将所述第二通信网络中包括的至少一个节点置于第一模式，并将其他节点置于第二模式，所述第二模式具有比所述第一模式低的功耗。
节点添加单元(53)可以在所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销的最大值小于指定阈值的情况下，判断满足所述指定条件。
此外，节点添加单元(53)可以确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的每个节点的通信量；并且将具有最大通信量的节点添加至所述第二通信网络。同时，节点添加单元(53)可以确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；并且将包括节点自身在内的一对节点的链路开销之和最大的节点添加至所述第二通信网络。
链路开销计算单元(52)可以关于所述指定业务，获取边缘节点处的发送数据量或接收数据量；并且使用所获取的发送数据量或接收数据量以及所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第二通信网络包括的至少一对节点之间的通信量。
此外，节点选择单元(51)可以从所述第一通信网络中选择所有边缘节点；并且可以选择连接所有边缘节点对(即，由任一边缘节点和任一其他边缘节点构成的每个对)的最短路径上的节点。
此外，节点控制单元(54)可以切断对未包括在所述第二通信网络中的节点的供电。
根据本公开的控制服务器通过从第一网络中包括的节点中提取对业务提供足够吞吐量所需的节点来配置第二网络，并且还削减未包括在第二网络中的节点的功耗。这样一来，可以在对业务提供足够吞吐量的同时降低通信网络的功耗。
在本发明中，以下模式是可行的。
(模式1)
提供了根据第一方面的控制服务器。
(模式2)
所述节点添加单元可以在所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销的最大值小于指定阈值的情况下，判断满足所述指定条件。
(模式3)
所述节点添加单元可以确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的每个节点的通信量；并且将具有最大通信量的节点添加至所述第二通信网络。
(模式4)
所述节点添加单元可以确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；并将包括节点自身在内的一对节点的链路开销之和最大的节点添加至所述第二通信网络。
(模式5)
所述链路开销计算单元可以关于所述指定业务，获取边缘节点处的发送数据量或接收数据量；并且使用所获取的发送数据量或接收数据量以及所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第二通信网络包括的至少一对节点之间的通信量。
(模式6)
所述节点选择单元可以从所述第一通信网络中选择所有边缘节点；并且可以选择链接所有边缘节点对(每个边缘节点对)的最短路径上的节点。
(模式7)
所述节点控制单元可以切断对未包括在所述第二通信网络中的节点的供电。
(模式8)
提供了一种通信系统，包括：所述第一通信网络；以及如在上述模式中的任一个或任意组合中描述的控制服务器。
(模式9)
提供了根据第二方面的网络控制方法。
(模式10)
在所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销的最大值小于指定阈值的情况下，可以满足所述指定条件。
(模式11)
网络控制方法可以包括：确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的每个节点的通信量；以及将具有最大通信量的节点添加至所述第二通信网络。
(模式12)
网络控制方法可以包括：确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；以及将包括节点自身在内的一对节点的链路开销之和最大的节点添加至所述第二通信网络。
(模式13)
网络控制方法可以包括：关于所述指定业务，获取边缘节点处的发送数据量或接收数据量；以及使用所获取的发送数据量或接收数据量以及所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第二通信网络包括的至少一对节点之间的通信量。
(模式14)
提供了根据第三方面的程序。
(模式15)
在所述程序中，在所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销的最大值小于指定阈值的情况下，可以满足所述指定条件。
(模式16)
所述程序可以使计算机执行以下动作：确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的每个节点的通信量；以及将具有最大通信量的节点添加至所述第二通信网络。
(模式17)
所述程序可以使计算机执行以下动作：确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；以及将包括节点自身在内的一对节点的链路开销之和最大的节点添加至所述第二通信网络。
(模式18)
所述程序可以使计算机执行以下动作：关于所述指定业务，获取边缘节点处的发送数据量或接收数据量；以及使用所获取的发送数据量或接收数据量以及所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第二通信网络包括的至少一对节点之间的通信量。
(模式19)
提供了一种计算机可读记录介质，存储如上所述的程序，并且可以是非瞬态的。
(模式20)
提供了一种节点功率控制方法，其中：
在用于控制从源到目的地间存在多个路径的网络的路径选择方法中，基于网络和业务在节点间的转发概率，假设激活连接所有源和目的地对的路径上的节点的状态为由要激活的节点所配置的网络的初始状态；
确定在由要激活的节点所配置的网络中业务在节点间的转发概率；
使用转发概率以及假设未来发生的通信量，估计网络的未来链路开销；
将当激活时被最多使用的至少一个节点添加至由要激活的节点所配置的网络，直到开销降至阈值以下；以及
当开销降至阈值以下时，激活由要激活的节点所配置的网络中包括的节点，并切断对未包括在由要激活的节点所配置的网络中的节点的供电。
(模式21)
在所述节点功率控制方法中，激活连接所有源和目的地对的路径上节点的状态可以是激活连接所有源和目的地对的路径中最短路径上的节点的状态。
(模式22)
所述节点功率控制方法可以包括：基于假设未来在所有节点对(每个节点对)中发生的通信量以及在由激活节点所配置的网络中业务在节点间的转发概率，估计由激活节点所配置的网络中的所有链路的未来链路开销。
(模式23)
在所述节点功率控制方法中，假设未来发生的通信量可以是从用以管理业务路径且业务从中通过的边缘交换机获得的所有节点对(每个节点对)的通信量。
(模式24)
所述节点功率控制方法可以包括：基于假设未来在所有节点对(每个节点对)中产生的通信量和在由所有节点所配置的网络中业务在节点间的转发概率，估计所有链路的未来链路开销，其中，当激活时被最多使用的节点可以是未激活的节点中总链路开销值最大的节点。
(示例实施例)
参照附图，给出对根据示例实施例的通信系统的描述。图1是示意地示出了根据本示例实施例的通信系统1的图。参照图1，通信系统1具有包括多个节点在内的通信网络N1以及控制服务器100。通信网络N1包括n个节点5-1至5-n(n是不小于2的整数)。
当确定业务通信路径时，控制服务器100指示所确定的通信路径上的每个节点5-i沿所确定的通信路径转发业务数据(分组、帧数据等)。每个节点根据来自控制服务器100的指令执行自身设置。
例如，每个节点5-i具有转发表。此处，转发表是指示业务输入源和目的地之间的对应关系的表。每个节点5-i通过参照转发表，根据指示向目的地转发从输入源获得的业务。在该情况下，控制服务器100指示每个节点5-i设置转发表使得业务沿所确定的通信路径转发。每个节点5-i根据来自控制服务器100的指令，设置其自身转发表的内容。
作为用于实现该处理的控制服务器100和节点5-i之间的接口系统，在NPL2中提出了被称为OpenFlow的技术，NPL2的全部公开内容一并在此用作参考。OpenFlow将通信作为流，并且以流为单位来执行路径控制、故障恢复、负载平衡以及优化。充当节点的OpenFlow交换机具有用于与充当控制服务器的OpenFlow控制器通信的安全通道，并根据来自OpenFlow控制器的适当添加或重写所指示的流表操作。针对每个流，流表中具有用于与分组首部对照的规则集合的定义、定义处理内容的动作、以及流统计信息。
例如，当OpenFlow交换机接收到第一分组时，从流表中搜索规则(F1owKey)与接收到的分组的首部信息匹配的表项。在找到与接收到的分组匹配的表项的情况下，OpenFlow交换机针对接收到的分组执行在所谈及表项的动作字段中描述的处理内容。另一方面，在未找到与接收到分组匹配的表项的情况下，OpenFlow交换机经由安全信道向OpenFlow控制器转发接收到的分组，请求基于接收到的分组的源和目的地确定分组的路径，接收用于实现此目的的流表项，并更新流表。
图2是示出了从源节点5-S到目的节点5-D的多个通信路径的概念图。如图2所示，在许多情况下，从源节点5-S到目的节点5-D存在多个可能的通信路径。每个通信路径包括多个中继节点5-r，并且不同的通信路径由不同的中继节点5-r的各种可能组合形成。
基于来自通信网络的包括链路开销在内的网络信息和拓扑信息，可以形成转发概率表。参照附图，给出关于转发概率表的描述。图3是示出了关于目标节点5-i(i=1至n)的转发概率表30-i的示例的图，其中，n是至少为2的整数。
此处，目标节点5-i(i=1至n)代表图1中节点5-1至5-n中的任一个。此外，目的节点5-j(j=1至n，j不等于i)指代除目标节点5-i以外节点5-1至5-n中的任一个。
下面，考虑从目标节点5-i向目的节点5-j发送业务。在该情况下，作为来自节点5-i的业务的目的地的下一节点是“下一跳节点5-ij”。即，关于业务通过的节点5-i，下一跳节点5-ij是下一跳的节点。对于目标节点5-i，可能存在多个下一跳节点5-ij。如果存在m(m是自然数)个下一跳节点候选，这些候选可以表示为5-ij(1)至5-ij(m)。即，对于目标节点5-i，存在5-ij(k)(k=1至m)个下一跳节点候选。应注意：下一跳节点候选5-ij(k)可以是倾向于更加远离源节点5-j的任一节点。
在上述方式中，转发概率表30代表指示下一跳节点候选的“下一跳信息”。针对节点5-1至5-n中的每一个，提供转发概率表30-1至30-n。即，目标节点5-i和转发概率表30-i彼此相关联，并且转发概率表30-i指示与目标节点5-i有关的下一跳节点候选5-ij(k)。
参照图3，转发概率表30-i指示每个目的节点5-j(j=1至n，j不等于i)的下一跳节点候选5-ij。此外，转发概率表30-i指示关于对应下一跳节点候选5-i j(k)指定的转发概率Pi j(k)。转发概率Pi j(k)代表将从m个下一跳节点候选5-i j(1)至5-ij(m)中选择下一跳节点5-ij(k)的概率。
控制服务器100基于转发概率表30依概率转发业务。
应注意的是，控制服务器100可以通过执行路径设置程序来实现上述路径设置处理。此外，路径设置程序可以是由控制服务器100执行的计算机程序，并且可以记录在可以是非瞬态的计算机可读记录介质上。
图4是示出了控制服务器100的配置的示例的框图。参照图4，控制服务器100具有下一跳确定单元10、节点设置单元20、转发概率表30、路径节点列表40、功率控制单元50和业务信息管理单元60。
下一跳确定单元10从转发概率表30获得目标节点的下一跳节点候选以及每个候选的转发概率，并从下一跳节点候选中选择一个节点。此外，下一跳确定单元10将目标节点更新为所选择的一个下一跳节点，并将其添加至路径节点列表40。
功率控制单元50确定切换供电或应用节能模式的节点，以降低功率。功率控制单元50从业务信息管理单元60获得业务通过的边缘节点，以掌握所有节点对之间(每个节点对之间)的通信量。
接着，参照附图，给出对根据本示例实施例的路径设置处理的描述。图5是示出了下一跳确定单元10的路径设置处理的示例的流程图。
当业务出现时，下一跳确定单元10从通信网络N1接收关于所关注业务的路径设置请求REQ(步骤S10)。路径设置请求REQ指示所关注业务的源节点5-S和目的节点5-D。
下一跳确定单元10接收路径设置请求REQ，并识别源节点5-S和目的节点5-D。接着，下一跳确定单元10将源节点5-S设置为目标节点5-i的初始值(步骤S11)。
下一跳确定单元10参照与目标节点5-i相关联的转发概率表30-i中目的节点5-j为5-D的行，并获得下一跳节点候选以及每个候选的转发概率(步骤S12)。
下一跳确定单元10从转发概率表30-i获得下一跳候选和转发概率，并从下一跳节点候选5-ij(1)至5-ij(m)中随机选择一个下一跳节点5-ij(步骤S13)。例如，下一跳确定单元10使用随机数和转发概率Pij(k)。此处，转发概率值总数(总和)无需为1。
作为示例，可以考虑下一跳节点的数目为3(m=3)并且下一跳节点候选5-ij(1)至5-ij(3)的转发概率Pij(1)至Pij(3)分别为0.2、0.3和0.6的情况。在该情况下，关于下一跳节点候选5-ij(1)至5-ij(3)，根据其对应的转发概率Pij(1)至Pij(3)，指定数值范围。例如，下一跳确定单元10将不小于0且小于0.2的范围与下一跳节点候选5-ij(1)相关联，不小于0.2且小于0.5的范围与下一跳节点候选5-ij(2)相关联，不小于0.5且小于1.1的范围与下一跳节点候选5-ij(3)相关联。在转发概率值总数不为1的情况下，下一跳确定单元10在不小于0且小于转发概率值总数(总和)的范围内产生均匀随机数X。下一跳确定单元10选择与包括所产生的随机数X在内的数值范围相关联的下一跳节点候选。例如，在所产生的随机数X为0.3的情况下，下一跳确定单元10选择下一跳节点候选5-ij(2)。按照这种方式，下一跳确定单元10根据Pij(k)随机选择一个下一跳节点5-ij。
在选择了下一跳节点5-ij时，下一跳确定单元10将所选择的下一跳节点5-ij保存在路径节点列表40中作为中继节点5-r。此外，下一跳确定单元10将目标节点5-i更新为所选择的下一跳节点5-ij(步骤S14)。
当下一跳确定处理完成时，下一跳确定单元10检查更新后的目标节点5-i(即，所选择的下一跳节点)是否与目的节点5-D匹配(步骤S15)。即，下一跳确定单元10检查目标节点5-i是否已到达目的节点5-D。
在目标节点5-i尚未到达目的节点5-D(步骤S15中的否)时，处理返回步骤S12，并且下一跳确定单元10再次执行与目标节点5-i有关的下一跳确定处理。
通过重复上述处理(步骤S12至S15)，下一跳确定单元10从源节点5-S向目的节点5-D一次一跳地(即，逐跳地)确定中继节点5-r。
最后，目标节点5-i到达目的节点5-D(步骤S15中的是)，从而确定了从源节点5-S到目的节点5-D的通信路径。如上所述，下一跳确定单元10通过重复下一跳确定处理逐跳地确定从源节点5-S到目的节点5-D的通信路径。
当下一跳确定单元10确定的通信路径时(步骤S15中的是)，节点设置单元20向所确定的通信路径中的每个节点5指示沿所确定的通信路径转发业务(步骤S16)。节点设置单元20向路径节点列表40中注册的每个节点5-i发送转发表设置命令CMD。此处，转发表设置命令CMD是指示设置转发表使得业务沿所确定的通信路径转发的命令。
所确定的通信路径中的每个节点5从控制服务器100接收转发表设置命令CMD，并根据转发表设置命令CMD设置其自身转发表的内容。根据以上内容，业务数据从源节点5-S发送至目的节点5-D。
应注意的是，已给出了关于依照集中式控制的路径设置方法的描述，但是也可以使用依照分布式控制的路径设置方法。
接着，参照附图，给出关于功率控制单元50的功率控制方法的描述。图6是示出了功率控制单元50的配置的框图。参照图6，功率控制单元50具有节点选择单元51、链路开销计算单元52、节点添加单元53和节点控制单元54。
节点选择单元51从第一通信网络N1(例如，包括所有节点的网络)中包括节点选择某些(部分)节点，并产生由所选择的节点形成的第二通信网络N2。链路开销计算单元52确定分组在第二通信网络N2中的节点及其下一跳节点间的转发概率，使用所确定的转发概率，针对指定业务，计算所述第二通信网络中包括的节点对之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销。节点添加单元53将包括在所述第一通信网络N1中但不包括在所述第二通信网络N2中的节点添加至所述第二通信网络N2，使得所计算的链路开销满足指定条件。节点控制单元54将所述第二通信网络N2中包括的节点置于第一模式(例如正常功耗模式)，并将所述节点以外的其他节点置于具有比所述第一模式低的功耗的第二模式(例如，低功耗模式或非活动模式)。
在本示例实施例中，将至少一个要激活的节点添加至由激活节点配置的通信网络N2。此外，激活通信网络N2中包括的至少一个节点，并且切断对未包括在通信网络N2中的节点的供电或将节点置于节能模式。
激活贯穿源和目的地对(之间)的最短路径中的所有节点的状态是通信网络N2的初始状态；构建通信网络N2的转发概率表32(未在附图中示出)；并且基于转发概率表32和所有节点之间的通信量，估计通信网络N2的未来链路开销LC2’。在所估计的未来链路开销LC2’的最大值不小于阈值TH的情况下，为了减小该最大值，关于由所有节点配置的通信网络N1构建转发概率表31(未在附图中示出)，并将节点中具有最高使用率的节点添加至通信网络N2，所述通信网络N1是网络中所有节点都被激活的网络。再次地，构建通信网络N2的转发概率表32，基于转发概率表32和所有节点对(每个节点对)之间的通信量来估计未来链路开销LC2’，并重复将节点添加至通信网络N2和估计未来链路开销LC2’，直到所估计的未来链路开销降至阈值TH以下。在所估计的未来链路开销LC2’降至阈值TH以下时，激活通信网络N2中包括的节点，并且切换对未包括在通信网络N2中的节点的供电或将节点置于节能模式。
下面，给出关于功率控制单元50的操作的详细描述。图7和图8是示出了功率控制单元50的功率控制方法的流程图。图7示出了节点选择单元51的操作(步骤S20至S24)。同时，图8示出了链路开销计算单元52的操作(步骤S25和S26)、节点添加单元53的操作(步骤S27至S30)以及节点控制单元54的操作(步骤S31)。应注意的是：图7和图8在连接点A处相连。
参照图7，节点选择单元51使由激活节点所配置的通信网络N2为空集，并且为了搜索从源到目的地的最短路径中的节点，关于所有源节点和目的节点对(每个源节点和目的节点对)，从源节点到目的节点遵循转发概率表30中具有最高转发概率的节点，并将通过的节点添加至由激活节点配置的通信网络N2(步骤S20)。
节点选择单元51从业务信息管理单元60获得业务f的源边缘节点EID或目的边缘节点号IID(步骤S21)。
节点选择单元51根据源边缘节点号EID或目的边缘节点号IID，关于业务f，获得源边缘节点处的发送数据量或目的边缘节点处的接收数据量，并添加至所有节点对的通信量(步骤S22)。应注意的是，在忽略网络中的分组丢失的情况下，发送数据量和接收数据量匹配。
接着，节点选择单元51检查是否已关于从发送数据量或接收数据量获得的业务项的数目到要调查的流的数目fmax执行了搜索(步骤S23)。应注意的是：优选地，要调查的流的数目fmax是足够大的值，并且是比所管理的业务项的数目小的值。
在从发送数据量或接收数据量获得的业务项的数目尚未达到要调查的业务项的数目fmax的情况下(步骤S23中的否)，节点选择单元51对业务f加1(步骤S24)，并且重复步骤S21至S23的处理。
参照图7和图8，在从发送数据量或接收数据量获得的业务项的数目已达到要调查的业务项的数目fmax的情况下(步骤S23中的是)，链路开销计算单元52根据通信网络N2的链路开销LC2，构建通信网络N2的转发概率表32(步骤S25)。
此处，关于确定由激活节点配置的通信网络N2的链路开销LC2的方法，可以采用各种方法。例如，可以采用使用当前链路开销的方法、将链路开销确定为常数值的方法等。
此外，作为由通信网络N2和链路开销LC2构建通信网络N2的转发概率表32的方法，可以使用与构建转发概率表30的方法类似的各种方法。例如，在NPL3中，基于下式构建转发概率表30，NPL3的全部公开内容一并在此用作参考。
p(j|i)=exp(-γ·cij)·Wjd／Wid    (1)
W=(I-A)-1                         (2)
Figure BDA0000390696870000171
此处，式(1)中的p(j|i)是转发概率表30中的元素，代表在目的地节点为d的情况下从目标节点i到下一跳节点j的转发概率。在式(2)中，I代表单位矩阵。此外，式(3)中的γ代表设置参数，cij代表i和j之间的链路开销。式(1)中的Wjd和Wid以及式(3)中的aij是式(2)中矩阵W和矩阵A中的相应元素。
接着，链路开销计算单元52基于通信网络N2的转发概率表32和所有节点对之间的通信量来估计通信网络N2的未来链路开销LC2’(步骤S26)。
链路开销计算单元52使用通信网络N2的转发概率表32，计算源节点s和目的节点d间的通信使用节点i和j之间的链路的概率。接着，链路开销计算单元52通过将由所有节点对(即，每个节点对)获得的从源节点s到目的节点d的通信量与所计算的转发概率相乘，计算在节点i和j之间的链路中流动的通信量。链路开销计算单元52通过对于所有源节点s和目的节点d应用上述处理来计算节点i和j之间的链路的使用量。此外，链路开销计算单元52基于所计算的链路使用量来估计通信网络N2的未来链路开销LC2’。
关于估计未来链路开销LC2’的方式，可以使用各种方法。例如，在链路开销LC被定义为链路使用率的情况下，可以根据下式(4)至(6)来计算链路开销。
psdij=Wsi·exp(-γ·cij)·Wjd／Wsd    (4)
l ij = Σ s Σ d p sdij · O sd - - - ( 5 )
c ij ′ = c ij + l ij / ( b w ij · t ) - - - ( 6 )
在式(5)中，Osd代表在源节点s和目的节点d之间发送和接收的数据量。根据式(6)，在时间t后针对链路开销LC2’执行计算。在式(6)中，
Figure BDA0000390696870000174
代表时间t后节点i和j之间的链路开销LC2’。在式(6)中，bwij代表节点i和j之间的链路容量。
接着，节点添加单元53检查已估计的由激活节点配置的通信网络N2的未来链路开销LC2’的最大值是否小于阈值TH，以及通信网络N1中包括的所有节点是否都已被添加至由激活节点配置的通信网络N2(步骤S27)。
在未来由激活节点配置的通信网络N2的链路开销LC2’的最大值大于或等于阈值TH并且通信网络N1中包括的所有节点尚未都被添加至由激活节点配置的通信网络N2的情况下(步骤S27中的否)，关于由所有节点配置的通信网络N1的链路开销、连接由激活节点配置的通信网络N2中包括的节点的链路的链路开销Cup以及这些链路以外的链路的链路开销Cdown，节点添加单元53确定通信网络N1的转发概率表31(步骤S28)。此处，可以通过与转发概率表30类似的方法来确定通信网络N1的转发概率表31。
接着，节点添加单元53基于由所有节点配置的通信网络N1的转发概率表31和所有节点对的通信量，估计通信网络N1的未来节点使用量NU(步骤S29)。
节点添加单元53使用所有节点所配置的通信网络N1的转发概率表31，计算节点i和j之间的链路被用于在源节点s和目的节点d之间进行通信的概率。接着，节点添加单元53通过将由所有节点对(即，所有节点对的节点之间)的通信量获得的从源节点s到目的节点d的通信量与所确定的转发概率相乘，计算在节点i和j之间的链路中流动的通信量。节点添加单元53通过针对所有源节点s和目的节点d应用以上处理，计算节点i和j之间的链路的使用量。此外，节点添加单元53根据节点所保持的所有链路的链路使用量的总额，估计由所有节点配置的通信网络N1的未来节点使用量NU。
接着，节点添加单元53将通信网络N1中包括的节点中未来估计节点使用量NU总额最大的节点添加至通信网络N2(步骤S30)。
在节点添加单元53已添加了节点后，链路开销计算单元52再次执行步骤S25和S26。节点添加单元53检查所估计的由所激活的节点配置的通信网络N2的链路开销LC2’的最大值是否小于阈值TH，以及是否所有节点都已被添加至通信网络N2(步骤S27)。
在所估计的通信网络N2的链路开销LC2’的最大值小于阈值TH或者通信网络N2中的所有节点都已被添加至通信网络N2的情况下(步骤S27中的是)，节点控制单元54激活在通信网络N2中包括的节点，并且切断对未包括的节点的供电，或者将节点置于节能模式(步骤S31)。
根据本示例实施例的控制服务器100，基于源和目的地之间存在多个路径的通信网络并基于节点间业务转发概率，在用于控制通信网络的路径选择方法中，激活链接源和目的地对的路径中的所有节点的状态是初始状态，确定由已激活的节点所配置的通信网络N2中的节点间业务转发概率，使用转发概率以及假设未来发生的通信量，估计通信网络N2的未来链路开销，并且激活当激活时被最多使用的节点，直到开销降至阈值以下。按照这种方式，可以在对业务提供足够吞吐量的同时降低通信网络的功耗。
上述专利文献PTL1和非专利文献NPL1-NPL3的公开内容一并在此用作参考。在本发明的整个公开(包括权利要求)的范围内并且基于本公开的基本技术构思，可以对示例实施例进行修改和调整。可以在本公开的权利要求的范围内，对各种公开的要素(包括每个权利要求的每个要素，每个模式或示例实施例的每个要素、每个附图的每个要素等)进行各种组合和选择。即，本公开当然包括本领域技术人员根据包括权利要求和技术构思在内的整个公开可以做出的各种变化和修改。
附图标记列表
1         通信系统
5-1至5-n  节点
5-D       源节点
5-S       目的节点
5-i       目标节点
5-j       相邻节点
5-r       中继节点
10        下一跳确定单元
20        节点设置单元
30        转发概率表
30-i   节点5-i的转发概率表
31     通信网络N1的转发概率表
32     通信网络N2的转发概率表
40     路径节点列表
50     功率控制单元
51     节点选择单元
52     链路开销计算单元
53     节点添加单元
54     节点控制单元
60     业务信息管理单元
100    控制服务器
CMD    转发表设置命令
fmax   要调查的业务项的数目
γ     设置参数
LC1    通信网络N1中的链路开销
LC2    通信网络N2中的链路开销
LC2’  通信网络N2中的未来链路开销
N1     由所有节点配置的通信网络
N2     由激活节点配置的通信网络
NU     通信网络N1中的未来节点使用量
Pij(k) 转发概率
REQ    路径设置请求
TH     阈值

Claims (19)

1.一种控制服务器，包括：
节点选择单元，选择第一通信网络中包括的部分节点，并由所选择的节点产生第二通信网络；
链路开销计算单元，确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；
节点添加单元，将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的至少一个节点添加至所述第二通信网络，使得所计算的链路开销满足指定条件；以及
节点控制单元，将所述第二通信网络中包括的至少一个节点置于第一模式，并将其他节点置于第二模式，所述第二模式具有比所述第一模式低的功耗。
2.根据权利要求1所述的控制服务器，其中
所述节点添加单元在所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销的最大值小于指定阈值的情况下，判断满足所述指定条件。
3.根据权利要求1或2所述的控制服务器，其中
所述节点添加单元确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；
基于所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的每个节点的通信量；并且
将具有最大通信量的节点添加至所述第二通信网络。
4.根据权利要求1或2所述的控制服务器，其中
所述节点添加单元确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；
使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；
基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点的链路开销，并将包括节点自身在内的一对节点的链路开销之和最大的节点添加至所述第二通信网络。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制服务器，其中
所述链路开销计算单元关于所述指定业务，获取边缘节点处的发送数据量或接收数据量；并且
使用所获取的发送数据量或接收数据量以及所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第二通信网络包括的至少一对节点之间的通信量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制服务器，其中
所述节点选择单元从所述第一通信网络中选择所有边缘节点；并且
选择连接所有边缘节点对(每个边缘节点对)的最短路径上的节点。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制服务器，其中
所述节点控制单元切断对未包括在所述第二通信网络中的节点的供电。
8.一种通信系统，包括：
所述第一通信网络；以及
根据权利要求1至7中任一项所述的控制服务器。
9.一种网络控制方法，包括：
选择第一通信网络中包括的部分节点，并由所选择的节点产生第二通信网络；
确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；
将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的节点添加至所述第二通信网络；
重复所述确定和所述添加，直到所计算的链路开销满足指定条件；以及
将所述第二通信网络中包括的至少一个节点置于第一模式，并将其他节点置于第二模式，所述第二模式具有比所述第一模式低的功耗。
10.根据权利要求9所述的网络控制方法，其中
在所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销的最大值小于指定阈值的情况下，满足所述指定条件。
11.根据权利要求9或10所述的网络控制方法，包括：
确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；
使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；
基于所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的每个节点的通信量；以及
将具有最大通信量的节点添加至所述第二通信网络。
12.根据权利要求9或10所述的网络控制方法，包括：
确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；
使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；
基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；以及
将包括节点自身在内的一对节点的链路开销之和最大的节点添加至所述第二通信网络。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的网络控制方法，包括：
关于所述指定业务，获取边缘节点处的发送数据量或接收数据量；以及
使用所获取的发送数据量或接收数据量以及所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第二通信网络包括的至少一对节点之间的通信量。
14.一种程序，使计算机执行以下动作：
选择第一通信网络中包括的部分节点，并由所选择的节点产生第二通信网络；
确定分组在所述第二通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率，以使用所确定的转发概率，关于指定业务，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量，并基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；
将包括在所述第一通信网络中但不包括在所述第二通信网络中的节点添加至所述第二通信网络；
重复所述确定和所述添加，直到所计算的链路开销满足指定条件；以及
将所述第二通信网络中包括的至少一个节点置于第一模式，并将其他节点置于第二模式，所述第二模式具有比所述第一模式低的功耗。
15.根据权利要求14所述的程序，其中
在所述第二通信网络中包括的至少一对节点的链路开销的最大值小于指定阈值的情况下，满足所述指定条件。
16.根据权利要求14或15所述的程序，使计算机执行以下动作：
确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；
使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；
基于所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的每个节点的通信量；以及
将具有最大通信量的节点添加至所述第二通信网络。
17.根据权利要求14或15所述的程序，使计算机执行以下动作：
确定分组在所述第一通信网络中的节点及其下一跳节点间的转发概率；
使用所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点之间的通信量；
基于所确定的转发概率和所计算的通信量，计算所述第一通信网络中包括的至少一对节点的链路开销；以及
将包括节点自身在内的一对节点的链路开销之和最大的节点添加至所述第二通信网络。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的程序，使计算机执行以下动作：
关于所述指定业务，获取边缘节点处的发送数据量或接收数据量；以及
使用所获取的发送数据量或接收数据量以及所确定的转发概率，关于所述指定业务，计算所述第二通信网络包括的至少一对节点之间的通信量。
19.一种计算机可读记录介质，存储根据权利要求14至18中任一项所述的程序。
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