[发明专利]一种基于混合睡眠模式的下游分组调度以太网节能方案

说明书

本发明涉及一种以太网的节能方案，特别是一种基于混合睡眠模式的下游分组调度以太网节能方案。本发明主要包括下游分组调度和混合睡眠模式。下游分组调度算法结合了帧间调度算法和帧内调度算法，确保了下游数据包的延迟能够满足要求；以太网节能模式则采用混合睡眠模式，它不仅包含了低负载以太网网络单元的深度睡眠模式，还包含了发射机和接收机的独立睡眠模式，从而确保以太网网络空闲时间段能量消耗最小。使得以太网网络在空闲时段能长时间处于低能耗模式，减少其能源损耗。主要应用在大型网络规模、大型网络拓扑结构的以太网网络节能。

技术领域

本发明涉及一种以太网的节能方案，特别是一种基于混合睡眠模式的下游分组调度以太网节能方案，可用于大型网络规模、大型网络拓扑结构的以太网网络节能，为以太网网络应用及其研究提供节能方案。

背景技术

以太网(Ethernet)是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，其传输速率有10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s、10Gbit/s四种，介质为双绞线或光纤，能满足以太网快速、实时、可靠的控制要求。从而在近几年得到了广泛应用。

目前，国内外都对以太网网络进行了大量的研究与应用。统计数据显示，2018年全球以太网的接入节点数已超过40亿，而与之相连接的交换机、路由器等设备的数量也同样庞大。然而传统以太网网络系统设计的两个原则：超额资源供给和冗余设计，都有悖于低碳节能的目标，从而造成当前以太网网络的能耗效率极其低下。目前以太网网络繁忙时的最大平均链路利用率不足30％，很多以太网网络的空闲时链路利用率甚至不足5％。大多数所有以太网网络设备的能耗都是由峰值带宽决定的，且绝大部分设备为7×24小时全速工作。但网络用户真正需要最高带宽的工作时间不足设备运行时间的5％。这就意味着即使在以太网网络空闲的情况下以太网网络设备依旧按照峰值带宽的标准消耗能量。

因此，以太网网络设备和计算机设备对能源的消耗严重阻碍着节能型社会的创建，如何减少以太网网络的能量消耗已成为一个急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有以太网网络存在的能量消耗的问题，提供一种基于混合睡眠模式的下游分组调度以太网节能方案，由两个部分组成：下游分组调度和混合睡眠模式。下游分组调度算法结合了帧间调度算法和帧内调度算法，确保了下游数据包的延迟能够满足要求；以太网节能模式则采用混合睡眠模式，它不仅包含了低负载以太网网络单元的深度睡眠模式，还包含了发射机和接收机的独立睡眠模式，从而确保以太网网络空闲时间段能量消耗最小。使得以太网网络在空闲时段能长时间处于低能耗模式，减少其能源损耗。

为了保证以太网网络的稳定，网络中的数据必须进行快速可靠的传输。所有的数据类型可分为实时周期数据、实时非周期数据及非实时数据三种类型，在先入先出FIFO(First-In-First-Out)队列中，这三种数据类型都会被视为相同优先级依次等待转发。然而若长数据帧一直在发送，实时数据长时间的得不到转发，就会对系统时延产生极大的影响。本发明将高优先级算法和低优先级算法两者相结合，采用下游分组调度，提出低负载网络单元帧间级调度和帧内级调度相结合的综合分组调度方法。低负载网络单元帧间级调度解决了非实时性数据抢占新到从而导致实时数据不能得到实时传输的问题。低负载网络单元帧内级调度对实时数据和非实时数据包采取了不同的策略，解决了优先级队列中数据转发顺序的问题。