CN107395438B - 一种基于代数连通度的网络节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于代数连通度的网络节能方法。本发明主要是根据基于代数连通度及图论的原理，对网络路由进行计算，在保证网络连通度的前提下，选择出暂时不必要的链路并将其关闭，从而达到节约能源消耗的效果。本发明方法模型稳健有效、适应范围较广，并且不会过多增加硬件成本，只需使用可支持SDN的交换机即可，保证了网络的性能。

Description

一种基于代数连通度的网络节能方法

技术领域

本发明涉及通信网络领域中的节能方法技术领域，具体涉及一种基于代数连通度的网络节能方法。

背景技术

互联网已经广泛地应用于社会中的各个领域，但是在使用网络的过程中产生能源的消耗仍然不可避免。人们希望能够尽可能的降低网络的能耗，以实现节能型社会及低碳经济。

近年来，随着通信网络技术的飞速发展，人们对通信网络的需求也越来越高，目前我国网民规模已达5亿以上，互联网普及率达到40％以上。长久以来，人们普遍认为信息系统对全球能源消耗的影响微乎其微，然而事实并非如此。美国环保署(EPA)公布的一项数据表明：当前美国数据中心所消耗的电力已占到美国全部电力使用量的2％，并且其电力需求正在以12％的速度递增，这严重阻碍着节能型社会的创建以及低碳型经济的发展。在这种趋势下，网络的节能方法应运而生。

网络节能方法最主要的目标是在保持网络连接的同时尽可能的减少网络系统中的能源消耗，但也由此带来了网络性能的部分牺牲。因此，如何在保证更好的网络性能的同时降低更多的能源消耗成为了通信互联网领域研究的一个热点。

发明内容

[要解决的技术问题]

本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种基于代数连通度的网络节能方法。

[技术方案]

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

本发明的方法主要是根据基于代数连通度及图论的原理，对网络路由进行计算，在保证网络连通度的前提下，选择出暂时不必要的链路并将其关闭，从而达到节约能源消耗的效果。

一种基于代数连通度的网络节能方法，它包括以下步骤：

步骤1，将网络拓扑建模为一个双向图；

步骤2，计算网络拓扑G的拉普拉斯矩阵的次小第二特征值λ(G)；

步骤3，删掉网络拓扑G中的链路l，l∈L，L为网络拓扑中所有链路的集合，然后计算删除链路l后的图G-l的拉普拉斯矩阵的次小第二特征值λ(G-l)；

步骤4，计算Δ(1)＝λ(G)-λ(G-l)，根据Δ(1)从小到大的顺序，对链路l进行排序，得到有序集合L*；

步骤5，按序选择有序集合L*中的链路l，计算γ＝λ(G-S-l)/λ(G)，设置固定阈值γth，将γ≤γth的链路l加入到S，得到关断链路集合S；

步骤6，将关断链路集合S中的所有链路关闭，得到网络拓扑G*。

本发明更进一步的技术方案，所述关断链路集合S的具体计算方法如下：

首先，设S初始值为0，按序选择有序集合L*中的链路l，计算γ＝λ(G-S-l)/λ(G)，

当γ≤γth时，S加入链路l，然后判断是否访问完了有序集合L*中的所有链路l，没有访问完成，返回步骤5，继续计算；完成了，得到关断链路集合S；

当γ＞γth时，S不变，然后判断是否访问完了有序集合L*中的所有链路l，没有访问完成，返回步骤5，继续计算；完成了，得到关断链路集合S。

本发明更进一步的技术方案，根据权利要求1所述的基于代数连通度的网络节能方法，其特征在于该方法只需要使用可支持SDN的交换机，就能保证网络的性能。

本发明更进一步的技术方案，根据权利要求1所述的基于代数连通度的网络节能方法，其特征在于在步骤5中，所述按序是按照Δ(1)从小到大进行选择。

下面将详细地说明本发明。

网络拓扑当中包含很多条链路，链路将网络中各终端连接起来，使之形成一个网络系统，网络中各终端必须保持连通才能保证通信网络正常工作，然而在一次传输过程中，并不是所有链路都需要用到，当网络负载不重时，很多链路实际上是并不需要开启的，开启过多的多余链路会使整个系统浪费很多能源。因此，在网络当中关闭暂时不必要的链路是一种很高效的节能方式。

因此，网络节能问题即可简化为找出暂时不必要的链路的问题。本发明主要利用图论中的理论，计算出网络中删去各链路后的代数连通度，从而得出对网络连通影响最小的链路集合，并关闭这些暂时不必要的链路，最终在保证网络连通和网络性能良好的基础上实现能源的节约。本发明通过对计算Δ(1)，然后根据Δ(1)从小到大进行排序，可以保证排除链路时，是从对整体影响最小的链路开始计算；如此可以很快的尽可能多的找到可以排出的链路。

[有益效果]

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本发明适应范围较广，而且方法模型稳健有效，能够在保证网络连接和网络性能的同时实现网络中能源的节约，达到较好的节能效果。

本发明方法能在保持网络连通的前提下，实现对网络当中能源的节约，且不会过多增加硬件成本，只需使用可支持SDN的交换机即可，保证了网络的性能。

附图说明

图1为本发明基于代数连通度的网络节能方法的基本流程图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

一种如图1所示的基于代数连通度的网络节能方法，它包括以下步骤：

步骤1，将网络拓扑建模为一个双向图；

步骤2，计算网络拓扑G的拉普拉斯矩阵的次小第二特征值λ(G)；

步骤3，删掉网络拓扑G中的链路l，l∈L，L为网络拓扑中所有链路的集合，然后计算删除链路l后的图G-l的拉普拉斯矩阵的次小第二特征值λ(G-l)；

步骤4，计算Δ(1)＝λ(G)-λ(G-l)，根据Δ(1)从小到大的顺序，对链路l进行排序，得到有序集合L*；

步骤5，按序选择有序集合L*中未访问的链路l，计算γ＝λ(G-S-l)/λ(G)，设置固定阈值γth，将γ≤γth的l加入到S，得到关断链路集合S；具体操作如下：

首先，设S初始值为0，按序选择有序集合L*中的链路l，计算γ＝λ(G-S-l)/λ(G)，

当γ≤γth时，S加入链路l，然后判断是否访问完了有序集合L*中的所有链路l，没有访问完成，返回步骤5，继续计算；完成了，得到关断链路集合S；

当γ＞γth时，S不变，然后判断是否访问完了有序集合L*中的所有链路l，没有访问完成，返回步骤5，继续计算；完成了，得到关断链路集合S。

步骤6，将关断链路集合S中的所有链路关闭，得到网络拓扑G*，也就是说关掉了不必要的链路，只保留了网络拓扑G*中包含的链路，关闭的链路集合S是对整个网络的代数连通度影响最小的链路，而该网络拓扑G*中的链路能保持网络的连通度。

本方法的创新之处在于利用了代数连通度，该方法能够在一个固定阈值之上侦测到一组可关闭的链路，并保持网络的连通性。需要关闭的链路是对整个网络的代数连通度影响最小的链路。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (2)

1.一种基于代数连通度的网络节能方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤1，将网络拓扑建模为一个双向图；

步骤2，计算网络拓扑G的拉普拉斯矩阵的次小第二特征值λ(G)；

步骤3，删掉网络拓扑G中的链路l，l∈L，L为网络拓扑中所有链路的集合，然后计算删除链路l后的图G-l的拉普拉斯矩阵的次小第二特征值λ(G-l)；

步骤4，计算Δ(1)＝λ(G)-λ(G-l)，根据Δ(1)从小到大的顺序，对链路l进行排序，得到有序集合L*；

步骤5，按序选择有序集合L*中的链路l，计算γ＝λ(G-S-l)/λ(G)，设置固定阈值γth，将γ≤γth的链路l加入到S，得到关断链路集合S；

步骤6，将关断链路集合S中的所有链路关闭，得到网络拓扑G*；

所述关断链路集合S的具体计算方法如下：

首先，设S初始值为0，按序选择有序集合L*中的链路l，计算γ＝λ(G-S-l)/λ(G)，

当γ≤γth时，S加入链路l，然后判断是否访问完了有序集合L*中的所有链路l，没有访问完成，返回步骤5，继续计算；完成了，得到关断链路集合S；

当γ＞γth时，S不变，然后判断是否访问完了有序集合L*中的所有链路l，没有访问完成，返回步骤5，继续计算；完成了，得到关断链路集合S；

在步骤5中，所述按序是按照Δ(1)从小到大进行选择。

2.根据权利要求1所述的基于代数连通度的网络节能方法，其特征在于该方法只需要使用可支持SDN的交换机，就能保证网络的性能。

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