[发明专利]网络能量最小开销方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种网络能量最小开销方法。

背景技术

随着科技的不断发展，因特网已经成为一个统一、全球范围内的分布式系统。传统的Web内容和越来越多的视频文件，如用户产生视频（User Generation Video，UGV）、视频点播（Video on Demand）等，都通过因特网进行内容分发和传输。据思科公司2012年报估计，到2015年视频点播类流量会增长到3×10¹⁹。为了减少访问内容的访问延时和网络传输流量，网络设备的缓存能力被提出成为其基本属性，网络设备，包括路由器等设备按照一定的策略对其经过的数据包进行缓存，从而可以为后续到来的请求提供更好的服务。演进式基站节点（Evolved Node Basestation，eNodeB）是长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）中基站的名称，作为接入用户的最后一公里，。无线接入网络（Ration Access Network）的eNodeB也被提出应具备缓存能力。eNodeB具备缓存能力对提升网络性能有很大的意义，而现有技术仍没有设计专门针对eNodeB缓存能力的缓存策略。

如图1所示，移动用户将请求首先给某个eNodeB发送，在传统方案中eNodeB收到请求后只承担请求路由转发的功能，eNodeB负责将请求发送到服务网关（Service Gate，SGW）。当eNodeB节点具备缓存能力之后，其收到请求先查找本地的存储空间，看请求是否能在本地得到满足，如满足则直接向移动用户返回请求内容；反之则向SGW转发。

综上所述，给eNodeB具备缓存能力可以将用户的访问内容更靠近地推送给用户，以减少用户对访问内容的访问时延，。从网络能耗的角度考虑，图1中为满足用户请求产生的网络能耗E_tot主要包括传输能耗E_tr和缓存能耗E_ca。通过给eNodeB配备缓存能力可以减少了内容的传输能耗，但也会带来额外的缓存能耗。传输能耗开销和存储能力开销存在对立的关系。在给定无线网络拓扑，eNodeB节点的缓存大小，需要决定在缓存空间放置哪些内容，可以使网络能耗最小；当缓存空间满了以后，则需要决定是否进行内容的替换。针对这些问题，当前仍没有系统模型研究无线接入网络中因eNodeB配备缓存设备后传输能耗和缓存能耗的关系。

Ahlehagh等人在“In Wireless Communications and Networking Conference(WCNC),2012IEEE,pages2276–2281.IEEE,2012.”《Video caching in radio access network:Impact on delay and capacity》中提出一种在无线接入网络的eNodeB节点放置内容的策略来尽量避免在核心网络的内容传输，但是他们的工作仅仅关注于eNodeB的缓存决策，而没有提及由于在eNodeB设置缓存而带来缓存能耗开销，也没有对缓存能耗和传输能耗的关系讨论。

Gupta和Singh是最早研究因特网能耗的学者，他们在“In Proceedings of the2003conference on Applications,technologies,architectures,and protocols for computer communications,pages19–26.ACM,2003.”《Greening of the internet》中提出美国网络设备的耗电占美国总耗电量的0.07%，并且逐年呈指数级增长的趋势。当前的技术主要关注于如何减小网络能耗，如Nedevschi等人提出一种周期性令设备休眠的机制来节约能耗，但是这种方案不适用于实时的网络设备，因为该方案有可能造成不可接受的网络时延；Raghavan等人在“InProceedings of the2003conference on Applications,technologies,architectures,and protocols for computer communications,pages19–26.ACM,2003.”中提出一种模型来近似因特网的能耗开销，他们主要计算因特网的操作能耗。Nedevschi和Raghavan对网络能耗的研究方案都不能直接应用于无线接入网络eNodeB节点的缓存。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供了一种可以有效较少网络能耗的网络能量最小开销方法。