本文關(guān)鍵詞：信息中心網(wǎng)絡(luò)綠色節(jié)能機(jī)制研究

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【摘要】：目前,互聯(lián)網(wǎng)已成為現(xiàn)代社會(huì)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一,被廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化、政治、軍事和生活的各個(gè)領(lǐng)域,是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的重要因素。隨著互聯(lián)網(wǎng)流量的爆炸式增長(zhǎng),互聯(lián)網(wǎng)缺少對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的關(guān)注。為了更好應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)使用從發(fā)送者驅(qū)動(dòng)的端到端通信模式向接受者驅(qū)動(dòng)的內(nèi)容獲取模式,創(chuàng)新性的信息中心網(wǎng)絡(luò)(Information-Centric Networking, ICN)架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。目前國(guó)內(nèi)外已對(duì)ICN領(lǐng)域進(jìn)行了一些研究工作,絕大多數(shù)工作集中在架構(gòu)問(wèn)題,包括命名與尋址、緩存、流量控制與移動(dòng)性,但是能效問(wèn)題被忽視。然而,隨著網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸式增長(zhǎng),ICN能效問(wèn)題越來(lái)越引人關(guān)注。此外,日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和快速增長(zhǎng)的能源成本使得互聯(lián)網(wǎng)能效問(wèn)題日益嚴(yán)重。本論文針對(duì)ICN中的休眠技術(shù)與能量有效的緩存策略進(jìn)行了相關(guān)研究,提出了相應(yīng)的創(chuàng)新性解決方案,并通過(guò)理論分析和計(jì)算機(jī)仿真證明了所提算法的性能。本論文的主要貢獻(xiàn)以及成果主要概括為如下三個(gè)方面：(1)提出關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)空閑的內(nèi)容路由器與鏈路來(lái)提高CCN能效。首先,首次系統(tǒng)地從關(guān)閉內(nèi)容路由器與網(wǎng)絡(luò)鏈路的角度分析了CCN能效問(wèn)題。第二,將能耗問(wèn)題抽象為一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃(Mixed Integer Linear Programming, MILP)模型,并提出一個(gè)基于生成樹(shù)的集中式解決方案來(lái)求解該問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)能耗的最小化。第三,為了分布式求解能耗最優(yōu)化問(wèn)題,方案采用對(duì)偶分解(Dual Decomposition, DD)的方法提出了一種分布式能耗最優(yōu)算法,該算法可以將集中式的能耗最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成路由節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、鏈路狀態(tài)、鏈路流量這三個(gè)子問(wèn)題,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分布式求解。第四,為了提高基于DD的求解算法收斂速度,方案提出一種基于交替方向乘子算法(Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM)的分布式一致最優(yōu)化算法,該算法為一般的DD方法引入一種交替方法。具體來(lái)說(shuō),該算法首先將能耗最優(yōu)化問(wèn)題抽象為帶有局部變量的一致化問(wèn)題,然后使用ADMM方法來(lái)快速求解,提高網(wǎng)絡(luò)的收斂速度。通過(guò)復(fù)制流變量,能耗問(wèn)題分解為特定節(jié)點(diǎn)帶局部變量的子問(wèn)題,這些變量使用ADMM算法迭代趨于一致。最后,通過(guò)仿真驗(yàn)證對(duì)比設(shè)計(jì)的兩種分布式方案以及現(xiàn)有方案的性能。(2)在CCN背景下提出一種能量有效的分布式網(wǎng)絡(luò)緩存機(jī)制。首先,在設(shè)計(jì)的能量有效的分布式緩存機(jī)制中,每個(gè)內(nèi)容路由器只需要知道局部的信息來(lái)做緩存決定,該過(guò)程同時(shí)考慮了網(wǎng)絡(luò)緩存能耗與傳輸能耗。第二,本方案將能量有效的分布式網(wǎng)絡(luò)緩存問(wèn)題抽象為一個(gè)非合作博弈,通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析與推導(dǎo),證明了即使每個(gè)內(nèi)容路由器緩存行為本質(zhì)上是利己,該分布式策略存在純納什均衡解,并且解集合中一直存在一個(gè)最優(yōu)解。最后,通過(guò)仿真驗(yàn)證對(duì)比所提方案以及現(xiàn)有方案的性能。(3)在帶緩存的單基站背景下提出一個(gè)能耗與時(shí)延均衡的模型。首先,在帶緩存的單基站背景下分析了能耗與時(shí)延均衡問(wèn)題,并對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了建模分析。雖然部署的緩存會(huì)引入額外的緩存能耗,但是緩存能夠顯著降低基站負(fù)載與網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,最終實(shí)現(xiàn)能耗與時(shí)延的均衡。其次,在仿真中將提出的帶緩存單基站能量與時(shí)延均衡模型方案與相比傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)模型進(jìn)行比較,驗(yàn)證了方案的有效性。同時(shí),我們也發(fā)現(xiàn)一個(gè)更大的緩存容量并不意味著一直能夠?qū)崿F(xiàn)更好的系統(tǒng)性能。
【關(guān)鍵詞】：信息中心網(wǎng)絡(luò) 能效 能量有效的緩存放置 能量有效的內(nèi)容放置 休眠技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP393.02
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 論文研究背景12-21
• 1.1.1 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及面臨的挑戰(zhàn)12-16
• 1.1.2 信息中心網(wǎng)絡(luò)16-20
• 1.1.3 信息中心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用前景20-21
• 1.2 研究現(xiàn)狀及意義21-23
• 1.3 論文主要工作與組織結(jié)構(gòu)23-28
• 1.3.1 論文主要工作23-25
• 1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu)25-28
• 第二章 信息中心網(wǎng)絡(luò)及節(jié)能技術(shù)概述28-38
• 2.1 引言28-38
• 2.1.1 信息中心網(wǎng)絡(luò)概述28-30
• 2.1.2 信息中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)概述30-38
• 第三章 基于休眠技術(shù)的分布式能耗最優(yōu)化算法38-70
• 3.1 引言38-40
• 3.2 系統(tǒng)模型40-42
• 3.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?/span>40
• 3.2.2 多商品流模型40-41
• 3.2.3 問(wèn)題描述41-42
• 3.3 基于生成樹(shù)啟發(fā)的集中式算法42-43
• 3.4 基于對(duì)偶分解的分布式算法43-48
• 3.4.1 對(duì)偶分解43-46
• 3.4.2 鏈路狀態(tài)子問(wèn)題46-47
• 3.4.3 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)子問(wèn)題47
• 3.4.4 鏈路流量子問(wèn)題47
• 3.4.5 算法實(shí)現(xiàn)47-48
• 3.5 基于交替方向乘子的分布式算法48-55
• 3.5.1 一致最優(yōu)問(wèn)題49-51
• 3.5.2 分布式算法實(shí)現(xiàn)51-53
• 3.5.3 算法實(shí)現(xiàn)與可擴(kuò)展性53-55
• 3.6 仿真結(jié)果55-68
• 3.6.1 仿真設(shè)置55-56
• 3.6.2 性能評(píng)估結(jié)果56-68
• 3.7 本章小結(jié)68-70
• 第四章 能量有效的分布式網(wǎng)絡(luò)緩存機(jī)制70-88
• 4.1 引言70-71
• 4.2 系統(tǒng)模型71-73
• 4.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型71
• 4.2.2 能量消耗模型71-73
• 4.2.3 問(wèn)題描述73
• 4.3 基于非合作博弈的能量有效的緩存問(wèn)題求解73-79
• 4.3.1 效用模型建立74-75
• 4.3.2 效用模型分析75-79
• 4.4 仿真結(jié)果79-86
• 4.4.1 仿真設(shè)置79
• 4.4.2 性能評(píng)估結(jié)果79-86
• 4.5 本章小結(jié)86-88
• 第五章 能量與時(shí)延均衡的帶緩存單基站部署方案88-96
• 5.1 引言88-89
• 5.2 系統(tǒng)模型89-91
• 5.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型89-91
• 5.2.2 問(wèn)題描述91
• 5.3 仿真結(jié)果91-92
• 5.3.1 仿真設(shè)置91-92
• 5.3.2 性能評(píng)估結(jié)果92
• 5.4 本章小結(jié)92-96
• 第六章 全文總結(jié)及展望96-100
• 6.1 論文的工作總結(jié)96-97
• 6.2 下一步研究計(jì)劃97-100
• 參考文獻(xiàn)100-110
• 致謝110-112
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄112

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