淺析高能效互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術的應用的論文

時間：2023-03-17 20:45:34 其他類論文我要投稿

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　　隨著無線移動通信系統(tǒng)迅速發(fā)展，人們可利用無線通信下系統(tǒng)進行移動多媒體業(yè)務，為移動用戶提供高速寬帶無線傳輸、無線接入可能，為用戶生活、工作提供方便。但是，在網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大、用戶數(shù)量陡增情況下，無線通信網(wǎng)絡能耗劇增，造成大量的溫室氣體、能耗排放，污染環(huán)境。目前，運營商、全社會高度關注網(wǎng)絡能耗污染問題，對綠色互聯(lián)網(wǎng)提出需求，明確能耗組成，優(yōu)化互聯(lián)網(wǎng)傳輸，全面應用高能效互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的綠色、可持續(xù)發(fā)展。

淺析高能效互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術的應用的論文

　　1、目前我國互聯(lián)網(wǎng)傳輸能耗問題

　　1.1 網(wǎng)絡能耗大

　　在全球能源消耗中，通信、信息產(chǎn)業(yè)每天產(chǎn)生占全球溫室氣體排放量3%的CO2等溫室氣體，對環(huán)境、氣候造成嚴重影響。在電能消耗方面，每年全球蜂窩移動通信系統(tǒng)消耗約600億度電，且每年我國移動運營商消耗約200億度電，無線通信能源消耗嚴重。同時，以太網(wǎng)接入點劇增，并有大量與之相連的路由器、交換機等設備，整個信息系統(tǒng)耗能量大。隨著能耗的持續(xù)增長，全球碳排放隨之增加，節(jié)能減排成為關注的重點。各國積極開展有關環(huán)境、氣候保護會議，共同商討如何節(jié)能減排，確保全球的可持續(xù)發(fā)展。例如，在2009年哥本哈根氣候峰會上，我國在“十二五”發(fā)展規(guī)劃中納入節(jié)能減排內容，并承諾與2005年相比，2020年CO2排放量降低4%。

　　1.2 系統(tǒng)設計不足

　　在我國創(chuàng)建節(jié)能型社會背景下，降低計算機設備、網(wǎng)絡設備能源消耗成為社會建設重點，需要運行商加強網(wǎng)絡系統(tǒng)設計，提高通信傳輸能力。然而在目前網(wǎng)絡系統(tǒng)設計中，存在冗余設計、超額資源供給問題，設計目標為保障通信暢通，忽視能耗問題，能源效率低。例如，在網(wǎng)絡空閑情況下，系統(tǒng)鏈路利用率低于5%，而在繁忙時間，利用率不足30%。但峰值帶寬是決定網(wǎng)絡設備能耗的核心因素，在設備全天全速工作狀態(tài)中，用戶真正需要最高寬帶的時間較少，但設備能量消耗仍以峰值寬帶進行，造成大量能源浪費。因此，在網(wǎng)絡運行中，提出綠色無線通信概念，提高蜂窩移動通信網(wǎng)絡能量效率，注重資源使用效率，降低網(wǎng)路運營成本，降低寬帶通信系統(tǒng)能耗。

　　2、高效能互聯(lián)傳輸技術

　　2.1 邊緣網(wǎng)絡節(jié)能技術

　　邊緣網(wǎng)絡節(jié)能技術主要包括以太網(wǎng)節(jié)能技術和網(wǎng)絡存在性代理兩方面。其中，以太網(wǎng)是局域網(wǎng)組網(wǎng)的核心技術，傳統(tǒng)利用率低，能源消耗大。為了實現(xiàn)高能效互聯(lián)網(wǎng)，以以太網(wǎng)休眠技術、變頻技術實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)能。例如，在2010年9月，IEEE 802.3az EEE相關標準被制定，在無數(shù)據(jù)傳輸時，休眠模式開啟，鏈路進入低能耗狀態(tài)，而當數(shù)據(jù)傳輸時，鏈路開啟，迅速傳輸新數(shù)據(jù)。其中，Ts表示進入休眠所需時間，Tq為低能耗模式時間，Tr為刷新時間，而換新醒鏈路時間為Tw。在具體工作中，空閑時，以太網(wǎng)處于低能耗模式，能源消耗僅為正常模式的10%。在物理成的IPI協(xié)議下，EEE得以實現(xiàn)，且鏈路兩端設備在IPI模式下利用率低，低能耗模式切換靈活，保持鏈路狀態(tài)不變。

　　在網(wǎng)絡存在性代理方面，網(wǎng)絡邊緣節(jié)點禁用電源管理的核心是保持網(wǎng)絡的的時刻存在性，共享應用遠程管理、遠程登錄、P2P等資源。在具體工作中，網(wǎng)絡開始工作時，節(jié)點處活躍狀態(tài)，傳輸數(shù)據(jù)，而當節(jié)點空閑時，節(jié)點、代理之間進行狀態(tài)傳輸，之后節(jié)點進入休眠狀態(tài)，且在休眠期間，發(fā)往被代理節(jié)點的網(wǎng)絡報文被網(wǎng)絡存在代理截獲處理，清理被代理節(jié)點狀態(tài)，實現(xiàn)直接通信。同時，在不同網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡存在性代理處理路基不同。例如，在網(wǎng)絡層，支持IPv6、IPv4、ARP協(xié)議，并在一定情況下支持DHCP、IGMP。

　　2.2 核心網(wǎng)節(jié)能路由技術

　　對于鏈路及節(jié)點而言，其在核心網(wǎng)中利用頻率并不高，且在傳統(tǒng)網(wǎng)絡設計中，對峰值時間段出現(xiàn)的負載具有較多考慮，將網(wǎng)絡設備位置在峰值狀態(tài)。而由于網(wǎng)絡流量具有自身周期性，以天數(shù)自身表現(xiàn)計算，這樣，在低負載情況下，可讓一些不重要鏈路、節(jié)點處于低能耗模式，節(jié)約能耗，實現(xiàn)網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展。在具體核心網(wǎng)節(jié)能路由技術設計、應用中，節(jié)能路由器需要滿足電源模式、鏈路利用率、能源優(yōu)化器等問題。例如，需要鏈路、路由器逐漸形成低能耗電源模式，合理處理不同電源的能耗開銷及轉換問題，降低電源使用率、浪費率。同時，全面結合網(wǎng)絡吞吐能力、鏈路利用率、組丟失率等建設評價模型、約束模型。此外，建模能源優(yōu)化器，確定鏈路頻率，關閉節(jié)點。如改變互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結構，依據(jù)網(wǎng)絡負載、變化狀態(tài)，選擇具有能源面感性效果的網(wǎng)絡拓撲，確保網(wǎng)絡設備活躍數(shù)量聯(lián)系網(wǎng)絡負載，從而在負載下降時，使網(wǎng)絡設備處于休眠狀態(tài)，而負載提升使，加速設備工作運行。

　　3、高效能互聯(lián)傳輸技術的具體應用

　　3.1 依據(jù)能效比例計算理念，優(yōu)化網(wǎng)絡能耗組成

　　實現(xiàn)綠色無線通信互聯(lián)網(wǎng)的核心理念是能效比例計算。該理念為互聯(lián)網(wǎng)設計提供新的方向，指的是系統(tǒng)能耗正比于工作負載，即在理想狀態(tài)下，網(wǎng)絡工作無負載時，能耗也幾乎不存在。在實際工作中，將整個網(wǎng)絡看做一個系統(tǒng)，網(wǎng)絡能耗相比于網(wǎng)絡負載，以整個系統(tǒng)為基礎進行能耗計算。同時，電源模型、能源優(yōu)化器為實現(xiàn)高效計算的必要條件，以此為基礎組成、優(yōu)化網(wǎng)絡能耗。例如，首先，利于變頻支持，優(yōu)化設備、硬件層面，并自動實現(xiàn)鏈路變頻、流量聚合，感知流感，優(yōu)化傳輸協(xié)議層面。其次，利用重尾分布規(guī)律，結合人們顯式、隱式訪問現(xiàn)象，將數(shù)據(jù)重復傳輸降低，節(jié)約流量，或用用廣播代替單播，進而將流量降低，降低能耗。最后，利用控制流量、數(shù)據(jù)通訊量特點，提高應用位置的感知能力，將網(wǎng)絡存在代理發(fā)放應用在網(wǎng)絡系統(tǒng)中，實現(xiàn)網(wǎng)絡優(yōu)化。此外，對無線通信天線、功放等耗能器件效率進行優(yōu)化，優(yōu)化基站偏置功率。

　　3.2 優(yōu)化鏈路級能量

　　各類無線接入節(jié)點組成無線接入網(wǎng)，無線接入網(wǎng)的能耗幾乎均來自于基站系統(tǒng)功耗，因此在高能效互聯(lián)網(wǎng)設計中，應準確分析基站功耗結構、網(wǎng)絡能量效率、建�；竟β�，確定傳輸相關功率。在此基礎上，優(yōu)化鏈路級能量，由于天線效率、功放效率、饋線損耗等因素影響，基站射頻部分消耗較大功率，且其功率配置影響無線通信系統(tǒng)能力。因此，需要利用高能效傳輸技術，優(yōu)化鏈路，優(yōu)化整個無線通信系統(tǒng)，其具體應用依賴業(yè)務傳輸性能與功耗折中、無線資源與傳輸功耗折中。例如，為滿足用戶業(yè)務需求，提高無線通信系統(tǒng)服務能力，需要對系統(tǒng)中各指標進行優(yōu)化。在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡中，功率分配根據(jù)設備處理能力、網(wǎng)絡最大負載量所達到的最大傳輸速度確定，以此確保業(yè)務傳輸暢通，但是，低負載階段仍消耗大量功率，資源浪費。這樣，利用最小功耗代價、放松各性能苛刻要求，折中功率、業(yè)務，可有效提高傳輸能量。在應用過程中，需要運營商全面了解業(yè)務特性，分析無線資源功率分配情況，進而對各傳輸參數(shù)進行準確設置，實現(xiàn)網(wǎng)絡能量效率最大化。

　　3.3 分配無線資源，融合多媒體廣播

　　對用戶無線接入競爭進行協(xié)同是分配無線資源的核心，根據(jù)用戶CSI對傳輸功能功率、無線信道進行合理分配，進而自適應無線鏈路，提高網(wǎng)絡傳輸容量。同時，隨著網(wǎng)絡技術的提升、業(yè)務的豐富，網(wǎng)絡資源分配也需全面考慮用戶接入公平性、業(yè)務需求等因素。例如，OFDMA網(wǎng)絡利用用戶分集分配資源。而LTE系統(tǒng)充分考慮信道業(yè)務需求、“雙選”特性，利用資源調度方法優(yōu)化無線資源。此外，移動多媒體業(yè)務被下一代無線通信系統(tǒng)支持，且多媒體業(yè)務請求的規(guī)律性明顯，因此，可基于用戶請求業(yè)務內容，廣播熱點業(yè)務，避免單播造成的重復傳輸。融合廣播網(wǎng)、通信網(wǎng)，利用廣播網(wǎng)數(shù)據(jù)擁塞低、容量高、寬帶傳輸?shù)忍攸c，將熱點業(yè)務移交給廣播網(wǎng)絡傳輸，節(jié)省單播功率消耗。在此基礎上，還可融合WLAN、蜂窩網(wǎng)絡、終端短距離通信等網(wǎng)絡，集中、分布調度數(shù)據(jù)，基于業(yè)務特性、用戶分布對接入點進行合適選擇，減少傳輸距離。

　　4、結束語

　　隨著全球對網(wǎng)絡高能耗的關注，綠色節(jié)能網(wǎng)絡成為網(wǎng)絡系統(tǒng)研發(fā)、發(fā)展的主要方向。利用邊緣網(wǎng)絡節(jié)能技術、核心網(wǎng)節(jié)能路由技術，優(yōu)化鏈路級能量、網(wǎng)絡能耗組成，進而合理分配資源，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的準確傳輸，降低資源浪費，實現(xiàn)能源消耗最小化，確�；ヂ�(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

　　參考文獻：

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