高性能路由器節(jié)能技術(shù)研究

【摘要】： 因特網(wǎng)在過去20多年間的飛速發(fā)展,對整個社會產(chǎn)生了深刻的影響。但是伴隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和帶寬需求的急劇擴大,網(wǎng)絡(luò)能耗問題也日益嚴(yán)重。高性能路由器既是網(wǎng)絡(luò)通信的核心節(jié)點,也是電能消耗的主要來源之一。 本文基于高級配置于電源接口規(guī)范(Advanced Configuration Power Interface,簡稱ACPI),結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)流量特點,將軟硬件協(xié)同思想引入到路由器節(jié)能體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,提出了一種新型的路由器動態(tài)功率管理體系結(jié)構(gòu)HERPM,并深入研究了HERPM中的若干關(guān)鍵技術(shù)。本文的主要工作和創(chuàng)新點包括: (1)針對以操作系統(tǒng)為中心的功率管理體系結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)功耗的滯后性和不能充分利用細(xì)粒度節(jié)能潛力的缺陷,提出了一種全新的路由器動態(tài)功率管理體系結(jié)構(gòu)HERPM。HERPM在ACPI的基礎(chǔ)上,采用軟硬件協(xié)同節(jié)能的機制,在軟件方面利用操作系統(tǒng)通曉設(shè)備運行狀況的優(yōu)勢,提高了功率管理決策的科學(xué)性;在硬件方面利用了硬件反應(yīng)迅速的特點,能夠有效開發(fā)短間隔時段報文的節(jié)能潛力,從而獲得較高的節(jié)能效率。 (2)為了充分利用HERPM的優(yōu)勢,針對路由器系統(tǒng)的工作特點,提出了路由器系統(tǒng)及部件動態(tài)功率管理模型,對系統(tǒng)性能需求和功耗進(jìn)行了細(xì)粒度的劃分,從而使得系統(tǒng)的功耗能更精確地與負(fù)載相匹配。在該模型的基礎(chǔ)上,提出了四種便于硬件實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換算法,并以廣泛應(yīng)用于Intel IXP系列網(wǎng)絡(luò)處理器的Xscale核為例,對四種算法進(jìn)行了模擬比較,分析驗證了算法的節(jié)能效率和對報文的延遲影響。 (3)針對目前節(jié)能研究大多關(guān)注于單臺計算機和路由器設(shè)備的現(xiàn)狀,提出了網(wǎng)絡(luò)層次的動態(tài)功率管理模型。在該模型中,同一個管理域中的路由器在相互交換路由信息的同時,也相互傳遞負(fù)載狀態(tài)和功耗控制信息,在形成對路由一致性認(rèn)識的過程中,為采用協(xié)同睡眠的方式節(jié)能創(chuàng)造了條件。 論文還對路由器間協(xié)同節(jié)能的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討,深入分析了節(jié)能對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的影響,并提出了可能的解決方法和實現(xiàn)方案。本文的工作對高性能路由器在節(jié)能方面的設(shè)計和實現(xiàn)具有重要的指導(dǎo)意義。 【關(guān)鍵詞】：路由器 節(jié)能 動態(tài)功率管理 模型 體系結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP393.05
【目錄】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 研究背景12-17
• 1.1.1 Internet 能耗現(xiàn)狀12-13
• 1.1.2 服務(wù)器節(jié)能技術(shù)13-15
• 1.1.3 路由器系統(tǒng)節(jié)能的可行性研究15-17
• 1.2 研究設(shè)想17
• 1.3 研究成果和創(chuàng)新點17-18
• 1.4 論文的組織18-19
• 第二章 路由器組成與負(fù)載特性19-28
• 2.1 IP 路由器體系結(jié)構(gòu)19-22
• 2.1.1 單處理器共享總線體系結(jié)構(gòu)19-20
• 2.1.2 多處理器共享總線體系結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.3 多處理器交換結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)21
• 2.1.4 基于網(wǎng)絡(luò)處理器的體系結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2 路由器關(guān)鍵部件22-24
• 2.3 互聯(lián)網(wǎng)流量特性24-26
• 2.4 路由器接口流量實例研究26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 動態(tài)功率管理原理和關(guān)鍵技術(shù)28-39
• 3.1 動態(tài)功率管理（DPM）原理28-31
• 3.1.1 部件級DPM28-29
• 3.1.2 系統(tǒng)級DPM29-30
• 3.1.3 網(wǎng)絡(luò)級DPM30-31
• 3.2 元器件對功率管理的支持31-35
• 3.2.1 微處理器31-32
• 3.2.2 內(nèi)存32-34
• 3.2.3 總線34-35
• 3.3 動態(tài)功率管理的關(guān)鍵技術(shù)35-38
• 3.3.1 靜態(tài)預(yù)測技術(shù)36
• 3.3.2 預(yù)測性關(guān)閉36-37
• 3.3.3 預(yù)測性喚醒37
• 3.3.4 自適應(yīng)預(yù)測技術(shù)37
• 3.3.5 混合預(yù)測技術(shù)37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 路由器動態(tài)功率管理技術(shù)39-46
• 4.1 功耗狀態(tài)劃分39-40
• 4.2 路由器線卡動態(tài)功率管理模型40-41
• 4.3 路由器系統(tǒng)功率管理模型41-42
• 4.4 路由器功率管理體系結(jié)構(gòu)HERPM42-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第五章 狀態(tài)轉(zhuǎn)換算法及性能分析46-59
• 5.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換算法46-49
• 5.1.1 固定閾值超時算法48
• 5.1.2 閾值調(diào)整超時算法48-49
• 5.1.3 固定閾值預(yù)測算法49
• 5.1.4 閾值調(diào)整預(yù)測算法49
• 5.2 測試方法49-52
• 5.2.1 測試對象49-51
• 5.2.2 測試方法51
• 5.2.3 測試程序結(jié)構(gòu)51-52
• 5.3 測試數(shù)據(jù)及分析52-58
• 5.3.1 測試過程52-53
• 5.3.2 測試數(shù)據(jù)及分析53-57
• 5.3.3 結(jié)論57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第六章 展望：趨勢與前景59-62
• 6.1 發(fā)展方向59
• 6.2 節(jié)能對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的影響59-61
• 6.3 可能的協(xié)議解決方案61
• 6.4 本章小結(jié)61-62
• 致謝62-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果目錄67

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云計算平臺中的能耗管理方法    潘鈺

基于粒子群算法的通信基站空調(diào)能效比參數(shù)辨識    郭會芳

基于溫度預(yù)測的存儲系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究    程錦

異構(gòu)集群下并行任務(wù)的復(fù)制調(diào)度算法    劉莉

一種實現(xiàn)大型報文交換設(shè)備的新體系結(jié)構(gòu)    征容

雙向報文交換同步的原子性約束與解決    徐朝農(nóng);鄧志東;

入侵檢測中的報文交換    唐小明,李郴良,廖民鋰

報文分組交換計算機網(wǎng)    王行剛;

面向下一代互聯(lián)網(wǎng)實驗平臺的新型報文處理模型——EasySwitch    李韜;孫志剛;陳一驕;賈春波;蘇琪;郭騰飛;

通用報文交換平臺的構(gòu)想與設(shè)計    張雨瑞;張震;

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基于公共事業(yè)繳費平臺報文接口的加密機制研究與實現(xiàn)    許翯翯;肖來元;

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展望數(shù)據(jù)通信發(fā)展的趨勢    劉澤全;

并行路由器體系結(jié)構(gòu)若干關(guān)鍵技術(shù)研究    胡曉峰

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基于移動通信系統(tǒng)特性的移動IP性能研究    唐宏

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面向CDMA2000核心網(wǎng)絡(luò)安全的支撐技術(shù)研究    陳培鑫

DTN中基于報文質(zhì)量的擁塞控制策略研究    徐正歡

基于相關(guān)性投遞的車載自組織網(wǎng)絡(luò)安全信息廣播策略研究    黃龍嬌

基于X.400的高可靠報文處理系統(tǒng)研究與實現(xiàn)    劉巍

基于空間環(huán)境的容延網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究    王永鋒

基于DTN保管傳送機制的空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可靠性傳輸研究    焦龍宇

基于隧道的IP廣播報文交換機制的研究及其在EMS系統(tǒng)中的應(yīng)用    支恒廉

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