CN104041126A - 通过网络部件的功耗状态绿化网络 - Google Patents

Abstract

在实施例中，本发明包括一种装置，该装置包括存储与通信网络中的路径使用相关联的成本数据存储容器。该存储容器还包括与该路径使用相关联的功耗数据。该装置还包括至少一个用于根据成本数据和功耗数据确定路径得分的处理器。本发明还包括一种装置，该装置包括一种用于从多个网元（NE）接收数据的路径计算单元（PCE）。该数据包括在多个网元间建立一条路径的成本和功耗数据。该PCE用于根据成本数据和功耗数据确定路径的得分。

Description

通过网络部件的功耗状态绿化网络

相关申请案的交叉参考

本发明要求2011年7月25日由张等人递交的发明名称为“通过网络部件的功耗状态绿化网络”的第61/511,461号美国临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。

关于由联邦政府赞助的研究或开发的声明

不适用。

参考缩微胶片附录

不适用。

背景技术

大型网络通常包括很多连接到互连网元(NE)的多层网络的客户端机器。通常，多个冗余NE彼此之间互相充当备份***。如果任何NE停止正常运行，冗余NE可以快速接受不工作NE的数据流量，从而使得网络能够继续正常运行。

客户端机器之间的数据流量通常仅基于成本算法在网络中发送。这种成本算法可以包括各种准备用于表示***时延和可靠性的度量。典型的成本算法并不包括任何与网络功率使用相关的度量。这样就造成传统的只考虑成本的路由不顾节能，并且可能要求网络以高能耗的方式运作。例如，两条数据路径可通过两个NE来发送，即使其中一个NE可以处理两条路径，而允许另一个NE处于休眠模式。由于不断增加的能量消耗以及对增加通信带宽的不变需求，所采用的节能进程可以在经济上节省电信服务提供商大量成本。

现有的进程不能为处在不同网络状态的网络收集格式一致并有用的功耗数据。在没有足够网络功耗数据的情况下，无法为增加节能作出智能路由决策。而在节能度量不一致的情况下，任何新数据路径的建立都无法考虑到能量的消耗，并且由于***需求的变化，现有流量也不能转移到更佳的数据路径上。

发明内容

在实施例中，本发明包括一种由数据存储容器组成的装置，该数据存储容器包括与使用通信网络中的路径相关联的成本数据。该数据存储容器还存储与使用路径相关联的功耗数据。该装置还包括至少一个处理器，该处理器用于根据成本数据和功耗数据为所述路径确定分数。

在实施例中，本发明包括一种由路径计算单元(PCE)组成的装置，该路经计算单元(PCE)用于从多个NE中接收数据。所述数据包括为了在多个NE间建立一条数据路径的成本和功耗数据。所述PCE用于根据成本和功耗数据为所述路径确定分数。

在实施例中，本发明包括一种方法，该方法包括在通信***中获取多条路径的成本数据，获取这些路径的功耗数据，并且根据所述成本数据和功耗数据为这些路径确定一个或多个分数。

结合附图和权利要求书，可从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其他特征。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。

图1为网络的一项实施例的连接图。

图2为网络的一项实施例的连接图。

图3是NE的一项实施例的示意图。

图4是NE的一项实施例的功耗数据示例的柱状图。

图5是表格形式的NE的一项实施例的功耗数据示例。

图6是网络子集的一项实施例的示意图。

图7是一个新的路由选择方法的一项实施例的流程图。

图8是一个网络数据流量负载优化方法的一项实施例的流程图。

具体实施方式

首先应该理解的是，尽管下面提供了一种或多种实施例的示例性实现方式，本发明公开的***和/或方法可通过多种其他已知的或存在的技术实现。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。

本文所公开的是一种装置和方法，所述装置和方法用于获取网络功耗数据并基于功耗数据和传统成本度量做出智能路由的决策。每个NE的功耗数据都以表格的形式表示。针对通过NE的多个离散数据流量负载，该NE的功耗数据被罗列在表格中。一个NE的功耗数据是该NE的P状态，而该功耗数据对应的流量负载是该NE的C状态。数据流量负载可以包括休眠模式，空闲状态，以及达到该NE的最大容量的负载，每种负载都可以用NE容量的百分比来表示。根据***架构无论是NE还是PCE，路由部件都为每个需要考虑的节点和/或链路收集和/或存储功耗数据。该路由部件可以给当前网络的状态以及可能的替补网络状态获得分数。每个替补网络状态可以包括一个新请求的路由。可以使用等式S＝α*Cost+β*Consumption进行得分，其中S是分数，Cost是网络状态的总路由成本，而Consumption是网络状态的总功耗。α和β是网络操作员或其他用户可以选择的系数，用来增加该计算中路由成本或者能量效率所占的比例。α和β可以维持为α+β＝1的关系。一旦得出分数，该路由部件可以选择得分最低的替补网络状态，从而进行路由。该网络还可以通过比较当前网络状态与替补网络状态的得分来优化现有的流量。如果任何替补网络状态得分较低，该路由部件可以选择得分最低的替补网络状态，并且相应地重新发送现有和/或新的流量。

图1为网络100的一项实施例的连接图。该网络100包括通过多个节点连接的一个或多个路径计算客户端(PCC)110。PCC110可以通过节点相互传递信息并可以作为数据路径的源和/或目的地。网络100还包括多个可以包括NE120的节点，它们相互之间和/或PCC110之间可以传输数据。网络100的节点还可以包括一个或多个冗余NE121。如果NE120失败或超负荷，这些冗余NE121出现在网络100中来接受数据流量。冗余NE121是指在给定时间内不需要传输数据的NE120。冗余NE121和NE120可根据网络数据流量负载的状态互相转换。各个NE120管理网络数据流量负载的一部分，即给定时间内网络100的流量数据。在网络100中，NE120，冗余NE121，或两者都可以用作路由部件。一个路由部件可以负责做出网络路由决决策。一个路由部件可以包括一个存储容器，该存储容器可存储与通信网络中的一条或多条数据路径使用相关联的成本数据。在网络中，所述存储容器还存储与这些数据路径使用相关联的功耗数据和/或与做出路由决策相关的其他数据。该路由部件还可以包括至少一个处理器，用于根据成本数据和功耗数据确定路径得分，如下论述。网络100中的路由可以以分布式方式进行。

NE120和冗余NE121需要消耗功率来运行。NE120可能需要大量功率来管理少量数据路径，并且需要少量的额外功率来管理额外数据路径。传统的只考虑成本的路由算法忽略了功耗数据，并可以都通过NE120和冗余NE121发送数据路径。所述只考虑成本的路由算法可以要求所有的网络部件始终有效，这可能导致次佳的功耗。通过在一些NE120中发送尽量多的数据路径，稍微增加这些NE120的功率成本，将数据路径从冗余NE121中发送出去,以及为了节省大量功率允许冗余NE121处于休眠模式，网络100得以优化。冗余NE121减少的功耗与NE120增加的功耗之间的差值，从而降低了网络100的整体功耗。附图1中的粗线示出了一允许所有冗余NE121处于休眠模式的优化路由方案。

图2为网络200的一项实施例的连接图。网络200运行的方式与网络100本质上类似，除了一个或更多PCE230在网络100中可以用作路由部件代替NE120和121。这些PCE230可以通过使用内部网关协议(IGP)，如开放式最短路径优先(OSPF)或者中间***到中间***(IS-IS)，简单网络管理协议(SNMP)，和/或类似协议或算法用于从多个NE211接收数据。该数据可以包括用于在NE211之间建立路径的路由成本和功耗数据。该PCE还可以用于根据路由成本和功耗成本确定路径的得分，如下文论述。网络200可以包括连接到一个PCE230和一个或多个NE211的一个或多个PCC220，这些NE211可能是NE211的互连网络210的部分。

图3是网元300的一项实施例的示意图，NE300可以用作网络100和/或200的一个节点。本领域技术人员认识到术语NE包含广泛的设备，而NE300仅仅是一个举例。包含NE300只是为了清楚地进行论述，而决不是将本发明的应用限于一个特定的NE实施例或一类NE实施例。本发明中描述的至少一些特征/方法可以在一个网络设备或部件里实现，例如NE300。举个例子，本发明的特征/方法可以通过安装硬件、固件、和/或软件运行硬件来实现。NE300可以是通过一个网络传输帧的任何设备，比如，交换机，路由器，桥，服务器等等。如图3所示，NE300可包括：接收器(Rx)310，其耦接到多个入端口320，用于从其他节点接收帧；逻辑单元330，其耦接到接收器以确定将帧发往哪些节点；以及发射器(Tx)340，其耦接到逻辑单元330且耦接到多个出端口350，用于将帧传输到其他节点。逻辑单元330可以包括一个或多个多核处理器和/或存储设备，所述处理器和/或存储设备可以用作存储容器。入端口320和/或出端口350可以含有电和/或光发射和/或接收部件。NE300可能是或可能不是做出路由决策的路由部件。

图4是NE，如NE300的一项实施例的功耗数据400的柱状图示例。功耗数据400用于讨论，因此以下示例计算使用示例数据进行。该图在NE数据流量负载容量的离散百分比范围内，展示出该NE的平均功耗数据400。数据流量负载的容量可以是由NE管理和/或通过NE发送的数据路径和/或连接的最大数值。NE的功耗数据400可以从NE制造商处获得。示例数据显示出该NE在闲置状态下功率消耗50瓦特，这表示该NE在运行却不管理任何数据路径的情况下功率消耗为50瓦特。该网元在管理百分之0到10的容量时平均消耗70瓦特。该网元在管理百分之10到20的容量时消耗80瓦特，百分之20到30的容量消耗85瓦特，百分之30到40的容量消耗88瓦特，百分之40到50容量消耗90瓦特，百分之50到100的容量消耗91瓦特。本领域技术人员知道当运行更高百分比的数据流量负载容量时，包含功耗数据500的NE每单元功率可以管理更多数据路径，并且当逐步管理多达NE数据流量负载容量的数据路径，NE可以逐步变得更有能效。

图5是表格形式的NE实施例的功耗数据500的示例。功耗数据500除了是表格形式之外，与功耗数据400实质上是一样的。本领域技术人员将从中发现，当NE不使用时，其被设置为进入休眠模式。NE休眠模式的数据500已经加入表格中，表示NE在休眠模式下不消耗功率。按百分比表示的NE数据流量负载容量被指定为C状态栏，而与其相关联的功率使用被指定为P状态栏。

图6是网络子集600的一项实施例的示意图，该网络子集600用于为下文的计算和方法提供简单的示例。该网络子集600可以是网络100，网络200，和/或其他许多网络架构或者拓扑的一个子集。该网络子集600可以包括节点S610，节点A620，节点B630，和节点T640，这些节点都可以包含NE。这些节点可以逻辑地通过逻辑链路连接或耦合。每条链路都有相关路由成本，其可以由传统路由成本度量，使用内部网关协议(IGP)，如开放式最短路径优先(OSPF)或中间***对中间***(IS-IS)，简单网管协议(SNMP)，和/或类似的协议或算法进行确定。链路SA653连接节点S610和节点A620，其路由成本为4。链路SB651连接节点S610和节点B630，其路由成本为3。链路BT652连接节点B630和节点T640，其路由成本为3。链路AT654连接节点A620和节点T640，其路由成本为4。在网络子集600中，数据可以沿着第一数据路径661或第二数据路径662从节点S610发送至节点T640。数据路径可以由各种路由协议/算法来确定，比如最短路径优先(SPF)，约束最短路径优先(CSPF)，等价多路径(ECMP)，[RFC4915]定义的多拓扑(MP)路由，资源预留-业务工程(RSVP-TE)，标签分发协议(LDP)，和/或其它常用的路由协议或算法。

以下等式可以用于研究在网络子集600中沿一数据路径的新数据流的路由成本和功耗数据：

1.S＝α*Cost+β*Consumption

$2.\mathrm{Cost}=\underset{i\∈\mathrm{All}}{\mathrm{\Σ}}(f_i\·\underset{l\∈P_i}{\mathrm{\Σ}}{W}_l)$

在等式1中，S可以是沿单条数据路径的新数据流的得分并可以用于路由决策，Cost可以是由等式2确定的数据路径的网络路由成本。

Consumption可以是基于功耗数据网络中所有节点和/或逻辑链路的功耗的总和。α和β是***操作员或其他用户为了更高的路由效率或能量效率，用来使计算产生偏差的系数。α和β保持α+β＝1的关系。在等式2中，f_i是第i个数据流，P_i是第i个数据流可以通过的潜在数据路径，以及W_l是使用特定的链路和/或节点的路由成本。Cost是基于包括第i个数据流和后台数据流在内所有数据流的总网络路由成本。等式1和2可以用来基于所有背景流和新潜在数据路径的路由成本和功耗数据确定网络状态的总得分。可以通过选择替补潜在数据路径接受第i个数据流，从而反复应用等式1和2。接着可以比较结果，并且选择网络总得分最低的潜在数据路径。通过使用等式1和/或等式2，基于成本数据和功耗数据，一个路由部件可以将与数据路径使用有关的成本数据乘以第一常数，将与数据路径使用相关的功耗数据乘以第二常数，并将结果相加来确定数据路径的得分。在另一可选实施例中，通过等式1和2来体现的原理可以通过仅计算单条路径的功耗和路由成本而不计算整个网络状态的功耗和路由成本，从而用以计算出潜在路径的分数。

等式1和2被用作基于数据网络子集600的分数计算示例的一部分。为了使计算更简单，假设每条链路都有如图5中所示的功耗数据，并且假设每个节点都不需要消耗功率。假设每个链路的数据流量负载容量为10千兆比特每秒(Gbps)。该第一数据路径661的背景数据流为1千兆比特每秒(Gbps)，而第二数据路径662的背景数据流为2千兆比特每秒(Gbps)。假设α为0.6，β为0.4。每个链路的路由成本都罗列在图6中。当前网络状态的分数可根据以下的计算得出：

S₀＝0.6*(2*8+1*6)+0.4*(80+80+70+70)＝133.2

节点S610可以决定将额外的1千兆比特每秒(Gbps)数据流量传输到节点T640。在网络子集600中，第一数据路径661和第二数据路径662能够使该传输得以实现。在选择了一条潜在数据路径之后，网络状态的潜在得分可以根据以下的计算得出，其中S₁是选择第一数据路径661之后的网络状态，S₂是选择第二数据路径662之后的网络状态：

S₁＝0.6*(2*8+2*6)+0.4*(80+80+80+80)＝144.8

S₂＝0.6*(3*8+1*6)+0.4*(85+85+70+70)＝142

由于第二数据路径的得分比第一数据路径661的得分低，该路由部件，其可以是NE120或者PCE230，沿第二数据路径662发送新数据流。同时，尽管功耗有差别但由于路由成本6低于路由成本8，所以传统的只考虑成本的路由***将分析两条数据路径并作出相反的选择。

根据对网络子集600的要求，该路由部件还可以考虑通过重新发送后台数据流量来优化网络子集600上的数据流量负载。如果所有的数据流量都沿第一路径661重新发送，那么节点A620，链路SA653，和链路AT654都处于休眠模式。网络子集600的状态得分可根据以下计算得出，其中S₃是网络状态的得分，其中所有数据流量沿第一数据路径661重新发送：

S₃＝0.6*(4*6)+0.4*(88+88)＝84.8

由于S₃的得分比S₁和S₂的得分低，路由部件可以选择网络状态S₃并相应地做出路由变化。

图7是一个新的路由选择方法700的一项实施例的流程图。该路由选择方法700可以用于光网络中，比如波长交换光网络(WSON)，电力域里运行的网络，以及其他具有消耗功率的NE的网络。在图7中，该路由部件收到沿新数据路径701发送新数据流的请求。针对网络702中的多个潜在数据路径，可以获得成本数据和功耗数据。通过上述等式，该路由组件可以确定多个替补网络状态的得分，每个都包括一条不同的新潜在数据路径703。作为替代。以交替的形式，每个单独的新数据路径都可以在不考虑网络状态的背景数据流的情况下，在成本和功耗数据的基础上，为该路由组件得分。然后，该路由部件可以为导致最低网络状态或数据路径704分数的新数据流量选择新的数据路径。出于效率的原因，基于某种标准，该路由组件可以明确地不考虑次佳数据路径。例如，该路由部件可设置为，在现在或将来遇到得分超过200或功耗数据超过100瓦特的情况下，不考虑所有的数据路径。

图8是一个网络数据流量负载优化方法800的一项实施例的流程图。该数据流量负载优化方法800可以用于光网络中，比如波长交换光网络(WSON)，电力域里运行的网络，以及其他具有消耗功率的NE的网络。该路由部件可以接受一条优化请求，基于编程或输入发起优化，或者确定优化网络801上的数据流量负载。该路由组件可以为网络802中的部件获取路由成本和功耗数据。该路由组件然后可以通过使用上述804讨论的等式为当前网络状态确定得分并为潜在替代状态打分。如果潜在状态的得分低于现在状态804的得分，该路由组件可以用与最低得分805的替代网络状态一样的方法重新路由数据流量。这样的重路由现有数据流量可以允许一个或多个NE处于休眠状态。如果现在的网络状态的得分最低，那么不需要任何优化。该路由部件然后可以发送一条合适的回复给发起优化806的组件。

本发明揭示多项实施例，且所属领域的技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征作出的变化、组合和/或修改在本发明的范围内。因组合、合并和/或省略所述实施例的特征而得到的替代性实施例也在本发明的范围内。在明确陈述数值范围或限制的情况下，应将此类表达范围或限制理解为包含属于明确陈述的范围或限制内的类似量值的迭代范围或限制(例如，从约为1到约为10包含2、3、4等；大于0.10包含0.11、0.12、0.13等)。例如，每当揭示具有下限R_l和上限R_u的数值范围时，具体是揭示落入所述范围内的任何数字。具体而言，特别揭示所述范围内的以下数字：R＝R_l+k*(R_u-R_l)，其中k是从1％到100％以1％增量递增的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％、……50％、51％、52％、……95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，还特此公开了，上文定义的两个R值所定义的任何数值范围。相对于权利要求的某一要素，术语“可选择”的使用表示该要素可以是“需要的”，或者也可以是“不需要的”，二者均在所述权利要求的范围内。例如包括、包含和具有等较广义的术语，应被理解为用于支持较狭义的术语，例如组成、所组成、以及实质上组成等。因此，保护范围不受上文所述的限制，而是由所附权利要求书定义，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有等效物。每一和每条权利要求作为进一步揭示内容并入说明书中，且权利要求书是本发明的实施例。揭示内容中对参考的论述并非承认其为现有技术，尤其是公开日期在本申请案的在先申请优先权日期之后的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文本中，其提供补充本发明的示例性、程序性或其他细节。

虽然本发明多个具体实施例，但应当理解，所公开的***和方法也可通过其他多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一***中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、***、子***和方法可以与其他***、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项也可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、装置或中间部件间接地耦接或通信。其他变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离此处公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

存储容器，存储与通信网络中的路径使用相关联的成本数据和与路径使用相关联的功耗数据；

至少一个处理器，用于根据成本数据和功耗数据确定路径的得分。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该装置基于成本数据和功耗数据将与数据路径使用有关的成本数据乘以第一常数，将与数据路径使用相关的功耗数据乘以第二常数，并将结果相加来确定该路径的得分。

3.根据权利要求2所述的装置，其中用户可以选择第一常数，第二常数或这两者。

4.根据权利要求2所述的装置，其通信网络包括经过多个网络元件的一个或多个背景数据流，其中与路径使用有关的成本数据的确定，是通过相加每个数据流每个网络元件（即所经过的数据流）的路由成本，以及路径中每个网络元件中新数据流的路由成本而得到的。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器用于接收路径选择请求。

6.根据权利要求5所述的装置，其中存储容器和所述处理器用于存储多条路径的成本和功耗数据以及基于所述成本和功耗数据确定每条路径的得分。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述处理器用于选择网络状态得分最低的路径。

8.根据权利要求6的装置，其中所述处理器被设置为，在得分超过指定门限值时，不考虑所有数据路径。

9.根据权利要求1所述的装置，其中沿所述路径的逻辑链路的成本数据通过使用内部网关协议（IGP）来确定，其中IGP是开放式最短路径优先（OSPF）或者中间***到中间***（IS-IS）。

10.一种装置，包括：

路径计算单元，用于从多个网元（NE）接收数据，

其中所述数据包括在多个NE间建立路径的成本数据；

其中所述数据还包括在多个NE间建立所述路径的功耗数据；

其中所述路径计算单元用于基于所述成本数据和功耗数据确定所述路径的得分。

11.根据权利要求10所述的装置，其中在多个NE间建立所述路径的功耗数据包括在NE数据流量负载容量的离散百分比范围内，NE的平均功耗数据。

12.根据权利要求11所述的装置，其中在多个NE间建立所述路径的功耗数据包括处于空闲和休眠模式的NE的功耗数据。

13.根据权利要求12所述的装置，其中网络数据流量负载表现为C状态，相应的功耗数据表现为P状态。

14.根据权利要求13所述的装置，其中当C状态显示为休眠时，P状态约为零，其中当C状态显示为空闲时，P状态超过最大值的一半，其中相对各个C状态的变化范围来说，P状态几乎不变，其中相对C状态从最大值的一半变到最大值来说，P状态大概为最大值。

15.一种方法，包括：

在通信网络中获取多条路径的成本数据；

获取所述路径的功耗数据；

基于成本数据和功耗数据确定所述路径的一个或多个得分。

16.根据权利要求15的所述方法，还包括基于路径得分为新数据流量选择一条路径。

17.根据权利要求15的所述方法，其中基于成本数据和功耗数据为所述路径确定一个或多个分数，包括为当前网络使用状态下的现有数据流量，使用数据为多个路径确定一个单独的分数。

18.根据权利要求17的所述方法，进一步包括为替补网络的使用状态确定分数。

19.根据权利要求18的所述方法，包括当替代网络使用状态的得分低于当前网络使用状态的得分时，重新路由现有数据流量。

20.根据权利要求19的所述方法，其中重新路由现存数据流量以允许网元（NE）处于休眠状态。