一種電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法
【專利摘要】本發(fā)明一種電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，屬于電力通信網(wǎng)絡(luò)中的資源調(diào)度、管理和優(yōu)化領(lǐng)域，本發(fā)明利用能效模型描述業(yè)務(wù)速率與能效之間的關(guān)系，通過建立控制速率與能效之間的關(guān)系函數(shù)，以過載控制為約束條件，同時考慮應(yīng)用服務(wù)器的過載控制與能效問題，構(gòu)建能效的最優(yōu)化過載控制模型；利用模擬退火算法進行隨機搜索得到能效最優(yōu)時的應(yīng)用服務(wù)器的過載控制速率；能效過載控制從過載控制的設(shè)計環(huán)節(jié)開始逐步展開，對過載控制的不同方法進行研究，本發(fā)明不僅能滿足服務(wù)器容量和質(zhì)量的要求，而且產(chǎn)生的環(huán)境影響小，對物理資源的要求低，能夠有效的對分布式資源過載進行控制。
【專利說明】一種電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力通信網(wǎng)絡(luò)中的資源調(diào)度、管理和優(yōu)化領(lǐng)域，具體涉及一種電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]新一代電力通信網(wǎng)絡(luò)自問世以來，就以快速發(fā)展的態(tài)勢在世界范圍內(nèi)不斷推廣、應(yīng)用。傳統(tǒng)電力通信主要承擔(dān)電力網(wǎng)絡(luò)簡單的調(diào)度、語音和部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但隨著新一代電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是電力通信向智能電網(wǎng)方向快速發(fā)展，由于遠(yuǎn)程監(jiān)控、信號實時采集、視頻傳輸、實時調(diào)度、實時語音等新的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，新型業(yè)務(wù)類型呈爆炸式增長，電力通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕袚?dān)電力網(wǎng)絡(luò)以多媒體業(yè)務(wù)為主要特征的流媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的載體。新一代電力通信網(wǎng)絡(luò)以業(yè)務(wù)需求驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和部署，軟交換和應(yīng)用服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)資源是其兩個核心實體。電力通信業(yè)務(wù)量的不斷增長增加了這些網(wǎng)絡(luò)資源的處理壓力，并提出了新的問題和挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)其業(yè)務(wù)信息超過某一門限時，這些網(wǎng)絡(luò)資源處理效率急劇下降。有效的過載控制方法是當(dāng)前電力和新一代電力通信網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)資源管理和調(diào)度面對的主要問題。
[0003]目前，不斷上漲的能源成本、日益堪憂的資源供應(yīng)瓶頸和溫室效應(yīng)及其引發(fā)的經(jīng)濟問題，使得降低網(wǎng)絡(luò)能耗、提高網(wǎng)絡(luò)能效從而構(gòu)建綠色電力通信網(wǎng)絡(luò)成為未來電力通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。能效過載控制從過載控制的設(shè)計環(huán)節(jié)開始逐步展開，對過載控制的不同方法進行研究，從而使電力通信網(wǎng)絡(luò)資源不僅滿足電力通信對傳輸容量和質(zhì)量的要求，而且產(chǎn)生的環(huán)境影響最小，對物理資源的要求最低。
[0004]經(jīng)過多年的研究，過載控制方法已取得了長足的進展。Z.Liuyan等研究了通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的過載控制問題，利用公平因子提出一種過載控制方法。M.Homayouni等針對IP通信服務(wù)器中的過載問題，利用自適應(yīng)窗口，通過限制發(fā)送到下一跳的業(yè)務(wù)量來控制過載，并提出了一種自適應(yīng)的過載控制算法。J.Mueller等通過橋接應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的特定服務(wù)控制機制，優(yōu)化端到端之間連接的差距，提出一種自適應(yīng)的資源控制方法。
[0005]但是這些研究方法對物理資源要求較大，易造成資源浪費，并不是能效的控制方法?？梢娔壳暗倪^載控制方法已經(jīng)不能很好的適應(yīng)資源與環(huán)境的要求，不能滿足電力通信網(wǎng)絡(luò)進一步發(fā)展的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，以達(dá)到實現(xiàn)準(zhǔn)確控制網(wǎng)絡(luò)資源過載，減小環(huán)境影響降低物理資源要求的目的。
[0007]一種電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1、設(shè)置采樣間隔，根據(jù)采樣間隔和隨機系數(shù)，確定實際采樣間距，并在該實際采樣間距內(nèi)分別檢測周期內(nèi)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)量、不同業(yè)務(wù)的到達(dá)速率、處理速率和服務(wù)器的業(yè)務(wù)數(shù)量、不同業(yè)務(wù)的到達(dá)速率、處理速率，獲得CPU的利用率，并分別根據(jù)網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器的服務(wù)緩存空間的空閑空間，獲得服務(wù)緩存空間利用率；
[0009]步驟2、判斷分布式資源是否過載，即判斷CPU的利用率是否大于根據(jù)需求所設(shè)定的門限值，同時判斷服務(wù)緩存空間利用率是否大于根據(jù)需求所設(shè)定的門限值，若上述兩者同時大于門限值，則分布式資源過載，停止接收下一周期的業(yè)務(wù)并執(zhí)行步驟3，否則，將采樣間隔加一并返回執(zhí)行步驟I ;
[0010]步驟3、將所有業(yè)務(wù)根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級進行排序，并獲得排序后的各業(yè)務(wù)的CPU利用率，在所有業(yè)務(wù)中，選擇出CPU利用率大于各自CPU利用率閾值的業(yè)務(wù)，作為被控的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)；
[0011]步驟4、根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器處理全部業(yè)務(wù)所消耗的總能耗，結(jié)合不同業(yè)務(wù)控制速率的限制條件，建立能效優(yōu)化模型，具體為:
[0012]步驟4-1、根據(jù)網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器中的業(yè)務(wù)最大處理速率、最大處理速率對于處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗的影響和控制速率對于處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗的影響，建立處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗與不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率之間的關(guān)系；
[0013]步驟4-2、根據(jù)網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器中的最大緩存、最大緩存對于緩存能耗的影響和當(dāng)前緩存對于緩存能耗的影響，建立緩存能耗和緩存利用率之間的關(guān)系；
[0014]步驟4-3、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)基本能耗和當(dāng)前緩存對于緩存能耗的影響，建立樣測能耗和采樣間隔之間的關(guān)系；
[0015]步驟4-4、 根據(jù)處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗、緩存能耗和樣測能耗獲得總能耗，并根據(jù)總能耗建立能效與不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率之間的關(guān)系；
[0016]步驟4-5、設(shè)定在過載控制過程中的限定條件，包括不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的CPU利用率小于其CPU利用率閾值、不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的控制速率均大于零和兩個不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率比例在設(shè)置范圍內(nèi)；
[0017]步驟4-6、結(jié)合過載控制過程中的限定條件建立能效與不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率之間的關(guān)系；
[0018]步驟5、采用模擬退火算法獲得能效最大時的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)控制速率；
[0019]步驟6、根據(jù)獲得的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)的最終控制速率，設(shè)置計數(shù)器，即設(shè)定下一周期內(nèi)接收業(yè)務(wù)的數(shù)量，實現(xiàn)對分布式資源過載的控制，即對網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器過載的控制；
[0020]步驟7、判斷本采樣間距內(nèi)所有業(yè)務(wù)是否均處理完成，若是，則將采樣間隔減一，等待接收新業(yè)務(wù)，并返回執(zhí)行步驟I ;否則繼續(xù)對剩余業(yè)務(wù)進行處理。
[0021]步驟I所述的根據(jù)采樣間隔和隨機系數(shù)，確定實際采樣間距，具體為:將采樣間隔與隨機系數(shù)相乘獲得實際采樣間距，所述的隨機系數(shù)取值范圍為0~I。
[0022]步驟I所述的根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)量、不同業(yè)務(wù)的到達(dá)速率和處理速率，獲得CPU的利用率；
[0023]CPU利用率A公式如下:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、設(shè)置采樣間隔，根據(jù)采樣間隔和隨機系數(shù)，確定實際采樣間距，并在該實際采樣間距內(nèi)分別檢測周期內(nèi)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)量、不同業(yè)務(wù)的到達(dá)速率、處理速率和服務(wù)器的業(yè)務(wù)數(shù)量、不同業(yè)務(wù)的到達(dá)速率、處理速率，獲得CPU的利用率，并分別根據(jù)網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器的服務(wù)緩存空間的空閑空間，獲得服務(wù)緩存空間利用率； 步驟2、判斷分布式資源是否過載，即判斷CPU的利用率是否大于根據(jù)需求所設(shè)定的門限值，同時判斷服務(wù)緩存空間利用率是否大于根據(jù)需求所設(shè)定的門限值，若上述兩者同時大于門限值，則分布式資源過載，停止接收下一周期的業(yè)務(wù)并執(zhí)行步驟3，否則，將采樣間隔加一并返回執(zhí)行步驟I ; 步驟3、將所有業(yè)務(wù)根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級進行排序，并獲得排序后的各業(yè)務(wù)的CPU利用率，在所有業(yè)務(wù)中，選擇出CPU利用率大于各自CPU利用率閾值的業(yè)務(wù)，作為被控的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)； 步驟4、根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器處理全部業(yè)務(wù)所消耗的總能耗，結(jié)合不同業(yè)務(wù)控制速率的限制條件，建立能效優(yōu)化模型，具體為: 步驟4-1、根據(jù)網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器中的業(yè)務(wù)最大處理速率、最大處理速率對于處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗的影響和控制速率對于處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗的影響，建立處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗與不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率之間的關(guān)系； 步驟4-2、根據(jù)網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器中的最大緩存、最大緩存對于緩存能耗的影響和當(dāng)前緩存對于緩存能耗的影響，建立緩存能耗和緩存利用率之間的關(guān)系； 步驟4-3、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)基本能耗和當(dāng)前緩存對于緩存能耗的影響，建立樣測能耗和采樣間隔之間的關(guān)系； 步驟4-4、根據(jù)處理業(yè)務(wù)所消耗的能耗、緩存能耗和樣測能耗獲得總能耗，并根據(jù)總能耗建立能效與不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率之間的關(guān)系； 步驟4-5、設(shè)定在過載控制過程中的限定條件，包括不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的CPU利用率小于其CPU利用率閾值、不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的控制速率均大于零和兩個不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率比例在設(shè)置范圍內(nèi)； 步驟4-6、結(jié)合過載控制過程中的限定條件建立能效與不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率之間的關(guān)系； 步驟5、采用模擬退火算法獲得能效最大時的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)控制速率； 步驟6、根據(jù)獲得的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)的最終控制速率，設(shè)置計數(shù)器，即設(shè)定下一周期內(nèi)接收業(yè)務(wù)的數(shù)量，實現(xiàn)對分布式資源過載的控制，即對網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器過載的控制； 步驟7、判斷本采樣間距內(nèi)所有業(yè)務(wù)是否均處理完成，若是，則將采樣間隔減一，等待接收新業(yè)務(wù)，并返回執(zhí)行步驟I ;否則繼續(xù)對剩余業(yè)務(wù)進行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，其特征在于，步驟I所述的根據(jù)采樣間隔和隨機系數(shù)，確定實際采樣間距，具體為:將采樣間隔與隨機系數(shù)相乘獲得實際采樣間距，所述的隨機系數(shù)取值范圍為O~I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，其特征在于，步驟I所述的根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)量、不同業(yè)務(wù)的到達(dá)速率和處理速率，獲得CPU的利用率； CPU利用率P ?公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，其特征在于，步驟4-6所述的結(jié)合過載控制過程中的限定條件建立能效與不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)控制速率之間的關(guān)系，具體為建立能效優(yōu)化模型，公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力通信網(wǎng)絡(luò)的分布式資源過載控制方法，其特征在于，步驟5所述的采用模擬退火算法獲得能效最大時的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)控制速率，具體包括以下步驟: 步驟5-1、設(shè)定模擬退火算法的初始溫度，退溫系數(shù)和最低溫度； 步驟5-2、根據(jù)檢測得到的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)到達(dá)速率，生成當(dāng)前溫度下的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)控制速率向量Nt:
Nt= [Ntl, Nt2,..., NJ (4) 其中，η表示業(yè)務(wù)優(yōu)先級；Ntl，Nt2,..., Ntn表示在當(dāng)前溫度t下，每個不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)的控制速率，初始狀態(tài)時，Ntl，Nt2,..., Ntn為不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)到達(dá)速率，t為初始溫度，同時，將控制速率向量Nt作為最優(yōu)過載業(yè)務(wù)控制速率向量Nj ； 步驟5-3、根據(jù)獲得的最優(yōu)過載業(yè)務(wù)控制速率向量％計算該向量的能效值E (Np，作為最優(yōu)能效值； 步驟5-4、將不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)控制速率按照鄰域函數(shù)生成新的控制速率，進而獲得新的不同優(yōu)先級過載業(yè)務(wù)控制速率向量W，作為新控制速率向量:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合優(yōu)化的電力通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器過載控制方法，其特征在于，步驟2所述的采樣間隔加一，當(dāng)采樣間隔大于采樣間隔上限值時，將采樣間隔設(shè)置為上限值；步驟7所述的采樣間隔減一，當(dāng)采樣間隔小于I時，講采樣間隔設(shè)置為I。
【文檔編號】H04L12/851GK103581048SQ201310552753
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】劉剛, 趙宏昊, 孟凡博, 金鑫, 宗穎利, 吳彤, 雷雨, 王芝茗, 葛維春, 趙慶杞, 曹瑩, 林志超, 齊智剛, 劉楊 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司本溪供電公司, 遼寧省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司, 遼寧省醫(yī)療器械檢驗所