21、软件定义网络（SDN）的节能与负载均衡优化

软件定义网络（SDN）的节能与负载均衡优化

1. 现有网络节能与路由方法概述

在数据中心中，可以通过调整活动链路和交换机来实现节能，但这种方法并不适用于一般的网络拓扑。Chabarek等人提出了一种能源感知的网络设计方法，通过关闭低负载的链路和节点，并将流量转移到其他链路和节点来实现节能。然而，IP网络不支持这种路由方法，并且难以部署。

软件定义网络（SDN）为实现更强大的路由优化算法提供了可能性。基于SDN平台探索网络的电源管理策略是可行的，也是当前研究的趋势。以下是一些相关的算法：
- GGA算法 ：在SDN中提出的一种能源感知路由算法，当网络相对空闲时，通过不同路径重新路由流量来调整链路的工作量。但使用贪心算法不能保证算法性能，且没有充分利用SDN架构。
- Tu等人的节能模型 ：为SDN建立了一个节能模型，并在不同的流量模型和流量负载下测试了该模型的节能效果。但该模型仅适用于数据中心。
- MOEA算法 ：利用多目标进化算法进行路由选择，以优化整个网络的能源性能。MOEA可以在不降低高优先级流量QoS的情况下提高其能源性能，但在低优先级流量上性能会下降。

2. 数学模型

2.1 能源模型和多优化目标

通过实验测量，交换机的功耗主要由机箱和多个线卡组成。这里使用双端口线卡，当交换机连接两条新链路时需要开启一个线卡；如果交换机连接多条链路，则必须保持机箱开启。网络的能源模型可以用以下公式描述：
[
PN_{total} = \sum_{i = 1}^{N} PCy_i