用于能量效率的网络调度.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102845110 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 5 1 1 0 A *CN102845110A* (21)申请号 201180013615.2 (22)申请日 2011.02.28 12/723,116 2010.03.12 US H04W 52/02(2006.01) (71)申请人阿尔卡特朗讯公司 地址法国巴黎 (72)发明人 DM安德鲁斯 Y张 A费尔南德斯 (74)专利代理机构北京市中咨律师事务所 11247 代理人张潇 杨晓光 (54) 发明名称 用于能量效率的网络调度 (57) 摘要 一种包括多个网络设备的网络

2、，其被配置为 实现用于能量效率的调度。在一个方面，识别网 络内线路中相互连接的一组网络设备，并且建立 公共帧尺寸。对所述线路的网络设备中的每一个， 在具有所述公共帧尺寸的相应帧中调度用于所述 网络设备的激活和非激活时间段，其中所述线路 的各自网络设备中的帧相对于彼此在时间上移动 所指定的偏移。对于所述线路的网络设备中的每 一个的一个或多个的激活时间段的每一个激活时 段，调度用于在所述网络设备进行处理的接收的 分组。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.09.12 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/026409 2011.02.28 (87)PCT申

3、请的公布数据 WO2011/112374 EN 2011.09.15 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书12页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 12 页 附图 5 页 1/2页 2 1.一种方法，包括： 在网络内识别线路中相互连接的一组网络设备； 在所述线路的每个网络设备处建立用于激活和非激活时间段的调度的公共帧尺寸； 对于所述线路的网络设备中的每一个，在具有所述公共帧尺寸的相应帧中调度用于所 述网络设备的激活和非激活时间段，其中所述线路的各自网络设备处的帧相对于彼此在时 间上移动所指定的偏移；以及 对于所述线路的网

4、络设备中的每一个的一个或多个激活时间段中的每一个，调度用于 在所述网络设备中进行处理的接收的分组。 2.根据权利要求1所述的方法，其中调度用于进行处理的接收的分组的步骤进一步包 括：基于最远先走来调度所述接收的分组，使得在激活时间段内，为网络中具有较长行进距 离的分组提供超过网络中具有较短行进距离的分组的优先级。 3.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别步骤包括：将网络划分为多个线路，每个 线路包括在线路中相互连接的相应的一组网络设备，并且进一步的，其中所述分组中的指 定分组从线路中的第一线路切换到线路中的第二线路，并且结合所述线路切换，所述分组 中的指定分组在第二线路的第一网络设备处等待所

5、述第一网络设备中的帧的第一激活时 间段。 4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：所述线路的网络设备中的第一网络识别 将消息发送到所述线路的网络设备中的第二网络设备的步骤，其中所述消息指定所述第一 网络设备中的帧和所述第二网络设备中的帧之间的偏移中的特定偏移。 5.根据权利要求4所述的方法，其中所述特定的偏移表示所述第一网络设备中的帧的 第一激活时间段的开始和所述第二网络设备中的帧的第一激活时间段的开始之间的时间 间隔。 6.根据权利要求4所述的方法，其中，除了所述线路的最后网络设备，所述线路的网络 设备中的每一个网络设备向所述线路的其直接下游相邻网络设备发送消息，所述消息指示 各自发送和相

6、邻网络设备的初始激活时间段之间的偏移。 7.一种制造产品，包括计算机可读存储介质，包含可执行程序代码，当处理设备中的处 理器执行所述可执行程序代码时，促使所述设备执行权利要求1所述方法的步骤。 8.一种装置，包括： 第一网络设备，包括耦合到存储器的处理器； 所述第一网络设备被配置用于与网络内线路中的其它网络设备的相互连接，其中在所 述线路的网络设备的每一个建立用于激活和非激活时间段的调度的公共帧尺寸； 所述第一网络设备用于调度具有所述公共帧尺寸的帧的激活和非激活时间段，并且对 于一个或多个激活时间段中的每一个，调度用于在激活时间段内进行处理的分组； 其中所述第一网络设备中的帧相对于所述线路的网

7、络设备中的另一网络设备中的相 应帧在时间移动指定的偏移。 9.一种在多个网络设备中的指定网络设备中使用的方法，所述网络设备被配置用于在 网络内线路中进行相互连接，并且具有用于每个网络设备处的激活和非激活时间段的调度 的公共帧尺寸，所述方法包括以下步骤： 为指定的网络设备调度具有所述公共帧尺寸的帧的激活和非激活时间段；以及 权 利 要 求 书CN 102845110 A 2/2页 3 对所述指定的网络设备的一个或多个激活时间段中的每一个，调度用于激活时间段内 在指定的网络设备中进行处理的分组； 其中所述指定的网络设备中的帧相对于所述线路的网络设备中的另一网络设备中的 相应帧在时间上移动指定的偏移

8、。 10.一种通信网络，包括： 多个网络设备，包括线路中相互连接的一组网络设备； 其中， 为所述线路的网络设备中的每一个建立公共帧尺寸； 所述线路的网络设备中的每一个用于调度帧的激活和非激活时间段，并且对于一个或 多个激活时间段中的每一个，调度用于在激活时间段内进行处理的分组； 所述线路的各自网络设备中的帧相对于彼此在时间上移动指定的偏移。 权 利 要 求 书CN 102845110 A 1/12页 4 用于能量效率的网络调度 技术领域 0001 一般地，本发明涉及通信网络，并且更具体地，涉及用于调度在上述网络的网络设 备中进行处理的分组的技术。 背景技术 0002 据估计，美国电信设施每年要

9、消耗600亿千瓦小时的功率。如此庞大的消耗部分 源自于大多数网络被操作来处理峰值业务的事实。诸如路由器和交换机的网络设备趋于以 全速率运行并消耗最大功率，然而，典型的业务水平仅仅是最大吞吐量的一小部分。 0003 一种已知的减小网络中的能量消耗的方式涉及间歇性的降低特定网络设备的 功率。例如，这些网络设备可被设置进入休眠模式，即关闭状态或其它类型的非激活状 态，在这些状态下，该网络设备的功率消耗相对于其最大功率消耗要显著地降低。然而， 在这样的停工期间（downtime）内，需要对到达网络设备处的用于处理的任意分组进行缓 冲，并且这会导致该分组通过网络的传输被显著地延迟。因此，使网络设备处于它

10、们各自 （respective）的激活状态中的时间段最小与使网络中分组传输延迟最小成为两个冲突的 目标。在激活和非激活状态间切换指定的网络设备通常也将牵扯相当多的转换时间的事实 也会加剧上述问题。 0004 为了解决与网络设备的激活和非激活状态之间转换相关联的成本，建议采用具有 相同源和目的地的网络组分组的边缘路由器并且按突发的方式传送所述分组，以此减小转 换的数量并且增加所述网络设备的非激活时间。参见S.Nedevschi等人的“通过休眠和 速率自适应来降低网络能量消耗（Reducing Network Energy Consumption via Sleeping and Rate-Ada

11、ptation）”，J.Crowcroft和M.Dahlin（达林），电子设备协会（eds.），NSDI，第 323-336页，USENIX联盟，2008年。然而，上述方法仍然会导致网络中的分组传输的显著延 迟，并且也不能提供一种能够同时解决能量消耗和延迟最小化的全局优化。 发明内容 0005 本发明的示例性实施方式提供了一种调度技术，其显著地提高了指定的通信网络 中的能量效率，且还使分组延迟最小。 0006 在本发明的一个方面，将包括多个网络设备的通信网络配置为执行用于能量效率 的调度。更具体地，识别网络内的线路中互相连接的一组网络设备，并且建立公共帧尺寸。 对于线路中的每个网络设备，具有公

12、共帧尺寸的相应帧中调度该网络设备的激活和非激活 时间段，该线路中的各个网络设备中的帧相对于彼此在时间上移动指定的便宜。对于该线 路的每个网络设备的一个或多个激活时间段的每一个，对接收的分组进行调度以在该网络 设备中进行处理。 0007 在一个示例性实施方式中，基于“最远先走（farthest-to-go）”，可以执行用于 在网络设备的激活时间段内进行处理的接收分组的调度，使得在激活时间段内，为具有在 网络中行进的较远距离的分组提供比具有在网络中行进的较短距离的分组高的优先级 说 明 书CN 102845110 A 2/12页 5 （priority）。 0008 在本发明的另一个方面，所述线路

13、的网络设备中的第一网络设备可发送消息到所 述线路的网络设备中的第二网络设备，所述消息指示所述第一网络设备中的帧和所述第二 网络设备中的帧之间的便宜中的特定便宜。例如，所述特定便宜可表示所述第一网络设备 中的帧的第一激活时间段的开始和所述第二网络设备中的帧的第一激活（active）时间段 的开始之间的时间间隔。更为一般地，除了所述线路的最后网络设备外，所述线路的每个网 络设备都可向该线路的其直接下游相邻网络节点发送消息，所述消息指示各自的发送和相 邻网络设备的初始激活时间段之间的便宜。 0009 所公开的技术可应用于网络中的多个线路。例如，所述网络可被划分为多个线路， 每个线路包括在线路中相互连

14、接的相应组网络设备。可将分组中的一个指定分组从线路中 的第一线路切换到线路中的第二线路，并且结合所述线路切换，所述分组可在所述第二线 路的第一网络设备处等待所述第一网络设备中的帧的第一激活时间段。 0010 示例性实施方式通过使激活（active）和非激活（inactive）时间段的转换对分组 延迟的影响最小的协调方式，通过调度网络中特定节点的激活和非激活时间段来提高通信 网络中的能量效率。 0011 通过附图和下面的详细说明，本发明的这些或其它特点或优点可变得更加明显。 附图说明 0012 图1示出了本发明示例性实施方式中的通信网络； 0013 图2是图1的网络中特定网络设备的更为详细的视图

15、； 0014 图3是示出了在图1的网络中执行的调度过程的操作的流程图； 0015 图4示出了网络的一部分的示例性线路分解； 0016 图5示例了图4的网络部分中的网络设备中的特定网络设备之间的可能路由； 0017 图6示例了图1的网络中的网络设备中指定网络设备的示例性调度器的操作； 0018 图7示例了图1的网络中在这种设备的线路上的网络设备之间的交互。 具体实施方式 0019 此处将结合通信网络、网络设备以及相关联的调度处理的示例性实施方式来描述 本发明。然而，应当理解，本发明不局限于在所描述的特定网络、设备和处理过程中应用，相 反，其可应用于任何需要通过协调调度网络设备的激活和非激活时段来

16、提供改善的能量利 用的网络设备中。 0020 图1示出了包括多个相互连接的网络设备102的通信网络100。网络设备102可 包括任何组合方式的路由器、交换机、服务器、计算机或其它处理设备，此处还可将它的实 例称为网络节点或终端。通常地，指定的网络设备会包括：处理器以及耦合到该处理器的存 储器，以及收发器，其允许网络设备能够同与其相互连接的其它网络设备进行通信。如图所 示，至少地，网络设备102的子集耦合到控制器104。 0021 如将在下面更加详细地描述的，网络设备100被配置为执行协调的调度过程，其 显著地增加指定通信网络的能量效率且使分组延迟最小。使用所述网络设备中的调度器 或其它元件，按

17、分布式方式来执行当前实施方式中的调度过程，如将在图2至7中描述的。 说 明 书CN 102845110 A 3/12页 6 在这样的实施方式中，可利用控制器104来促进网络单元之间的便宜或其它调度信息的通 信，或者可执行与所述调度过程相关的特定计算或其它操作。可替换地，可按集中式方式来 实现所述调度过程，控制器执行实质上所有的调度操作并且向每个网络设备传递合适的调 度。如另一实例，控制器104可被全部移除并且按完全分布式方式来实现调度过程，而没有 集中式控制。因此，本发明的实施方式可以是完全分布式的、完全集中式的或者可利用分布 式和集中式控制的混合。 0022 网络100可包括适于传输数据或其

18、它信号的任何类型的通信网络，并且在这个方 面上不会限制本发明。举例来说，网络100的一部分可包括广域网，例如因特网、城域网、局 域网、有线网络、电话网络、卫星网络以及这些网络或者其它网络的一部分或组合。因此，此 处所使用的术语“网络”旨在被广义地解释。 0023 现在参照图2，示出了网络100的指定网络设备102的一种可能的实现方式。在 该实施方式中，网络设备包括耦合到存储器202的处理器200，并且进一步包括网络接口电 路204。网络设备中还包括调度器210和线路分解（decomposition）模块212。存储器202 包括用于存储接收到的分组的缓冲器215，其中网络设备会传送所述分组或处

19、理所述分组。 应当注意的是，此处使用的术语“分组”旨在被广义地理解，以便包含例如各种各样不同类 型的协议数据单元。 0024 可将处理器200实现为微处理器、微控制器、应用集成电路（ASIC）、或其它类型的 处理设备，以及这些设备的一部分或组合。存储器202可包括电子随机存取存储器（RAM）、 只读存储器（ROM）、基于磁盘的存储器或其它类型的存储设备，以及这些设备的一部分或组 合。处理器和存储器可被用于存储和执行一个或多个软件程序，所述软件程用于调度网络 设备的激活和非激活时间段以及执行相关操作，例如与将网络分解成网络设备的一个或多 个线路相关的相关操作。因此，可至少部分地使用这种软件程序来

20、实现模块210和212。此 处，存储器202可被视为更为普遍地作为计算机程序产品或者还更为普遍作为的具有体现 可执行程序代码的计算机可读存储介质的实例。计算机可读存储介质的其它实例可包括磁 盘或者其它类型的磁或光介质或其任意组合。 0025 处理器200、存储器202以及接口电路204可包括公知的传统电路，该传统电路适 于被修改以按照此处所描述的方式来进行操作。这种电路的传统方面是本领域技术人员所 熟知的，并且因此此处将不对其进行详细描述。 0026 可以理解的是，此处所公开的网络设备可使用除了图2的示例性安排中具体示出 的那些组件和模块之外不同的组件和模块来实现。 0027 现在将参照图3至

21、图7来描述示例性实施方式中的网络设备102的操作。 0028 图3是本发明的一个实施方式中的在图1的网络100中实现的调度过程的流程 图。本实施方式中的调度过程通常将网络划分为网络设备的多个线路，调度每个线路上网 络设备的各自网络设备处的帧中的激活和非激活时间段，以及调度用于在每个激活时间段 进行处理的分组。如图所示，过程包括步骤300至306。 0029 在步骤300中，将网络100的至少一部分划分为在线路上相互连接的一组网络设 备102。使用网络设备102的线路分解模块212来执行所述划分。在图4和5中示出了在 步骤300中可用于将网络划分为线路的一种类型的线路分解的实例。这可以被视为最大

22、流 分解的类型，并且其适用于一般拓扑的网络。 说 明 书CN 102845110 A 4/12页 7 0030 图4示出了网络100的一部分，其中将网络设备102中的特定网络设备标识为节 点1、2、3、4和5。使用最大流分解，将网络的上述部分示例性地划分为：包括节点1、2、3和 4第一线路400和包括节点2、5和3组成的第二线路402。这通常涉及：在每个节点处确定 携带最大吞吐量业务流的特定输入和输出链路，以及声明这些链路位于同一条线路上。更 具体地，为了将网络划分为线路，我们在每个节点处匹配具有最大吞吐量业务流的两个链 路并将这两个链路分派给同一线路，以及重复这个过程直到匹配了与每个节点相关

23、联的所 有链路。如果这种划分过程的结果出现了环路，则可在任意点上切断该环路以创建线路。 0031 举例来说，假设通过节点2的业务可沿方向1-2-3、1-2-5或者3-2-5来传输，在图 5中分别由数字500、502以及504来标识方向1-2-3、1-2-5或者3-2-5。节点2处的线路 分解模块212确定这些方向中的哪个方向停留在指定线路中。在图4所示的实例中，假设 1-2-3携带比1-2-5或3-2-5更多的业务。因此，节点1、2和3全部位于线路400上，使得 用于1-2-3的业务停留在同一线路上。节点2处，用于1-2-5或者3-2-5的业务必须从线 路400切换到线路402。通过在同一线路

24、上保持更高的业务链路，使得必须切换线路的分组 的数量最小。这样是重要的，因为每次从一个线路切换到另一个线路可能潜在地引入分组 处理的延迟，这是由于每个分组可能必须等待以赶上新线路的调度。然而，此处所公开的激 活和非激活时间段的经协调的调度的特别优势是：在指定线路的每个网络设备处，分组通 常无需等待激活时间段，而仅是当切换线路时才需要等待。 0032 应当注意的是，步骤300不需要使用任何特殊的分解过程。本发明的另一个实施 方式采用所谓的毛虫（caterpillar）分解来将具有树形结构的网络划分为网络设备的线 路，并且以下将进行更为详细的描述。因此，可将图3的调度过程应用到网络设备的任何线 路

25、或任意多个线路，不论这些线路是采用何种特定的方式确定的。然而，优选的是采用易于 使线路之间的分组切换最小的分解。 0033 当确定了网络设备的线路之后，图3的调度过程继续进行到步骤302。在这个步骤 中，对于网络设备的线路中的每一个，建立公共帧尺寸以用于调度所述线路的每个网络设 备的激活和非激活时间段。如下所述，通过指定的帧长度T来提供示例性实施方式中的公 共帧尺寸，尽管也可使用其它类型的公共帧尺寸。在步骤304中，对于每条线路的每个网络 设备，在具有公共帧尺寸的相应帧中调度用于所述网络设备的激活和非激活时间段，所述 线路的各自网络设备中的帧相对于彼此在时间上移动所指定的便宜。 0034 举例

26、来说，可以按以下方式来进行用于网络设备的指定线路的激活和非激活时间 段的调度。假设网络设备的线路为图4的线路400，其至少包括节点1、2、3和4。设定T表 示公共帧尺寸，使得线路的每个节点处的激活和非激活时间段的调度每隔T个时间单位重 复一次。设定每个节点的激活时间段等于r T ，其中r为分组到达该节点处的速率，节点要不 然处于非激活状态。这意味着，原则上，在每个节点处都具有足够的激活时间段来处理所有 的分组。基于此前的假设，用于当前实例的一种可能的调度如下：节点1在时间段0，r T 期间是激活的；节点2在时间段p1，p1+r T 期间是激活的，其中p1是分组从节点1去到节 点2的传输时间；节

27、点3在时间段p1+p2，p1+p2+r T 期间是激活的，其中p2是分组从节点 2去到节点3的传输时间；以及该线路上的其它节点依此类推。通过这种方式，当线路中的 一个节点处理分组后，该分组将会及时地到达该线路上的下一个节点并被该下一个节点处 理。应当理解的是，这个简单的实例仅是在指定线路的网络设备上激活和非激活时间段的 说 明 书CN 102845110 A 5/12页 8 调度的一种可能的示例。下面将结合图6和7来介绍其它的实例。为在划分步骤300中确 定的网络设备的其它线路的每一个重复上述激活和非激活调度。 0035 在步骤306中，对于每个线路的每个网络设备的每个激活时间段，调度缓冲的分

28、 组以用于在激活时间段内处理。在该实施方式中，在每个激活时间段内，基于最远先走 （FTG）来调度分组，使得在激活时间段内为行进最远距离的分组提供优先级。也就是说，先 对网络中与调度节点具有较远的行进距离的分组进行调度处理，后对网络中与调度节点具 有较近的传输距离的分组进行调度处理。因此，在激活时间段期间，处理缓冲的分组使得距 离其目的地最远的分组先发送出去。 0036 尽管图3的实施方式使用FTG方式来调度用于在网络设备的指定激活时间段 内进行处理的分组，其它实施方式可使用用于激活时间段的其他类型的“尽力服务（best effort）”调度，或者可能在不同的节点处的不同调度技术的组合。 003

29、7 可以看出的是，通过指定线路的每个节点的激活和非激活时间段的适当调度，分 组将仅为其第一节点的激活时间段等待一次。一旦其开始移动，则其持续移动直到其到达 目的地。尽管分组在其从一个线路切换到另一个线路时可能需要再次等待激活时间段，通 过所切换的线路的数量来确定累积的延迟，而不是由所遍历的节点的数量确定的。后者的 数量通常要远大于前者的数量。 0038 图6示例了图1网络中网络设备102的指定网络设备中的示例性调度器210的操 作。在该实施方式中，调度器210耦合到线路分解模块212和缓冲器215。线路分解模块 212确定相邻网络设备中的哪个网络设备与指定的网络设备处于同一线路上。缓冲器215

30、 存储在网络设备处接收到的分组600。调度器210在重复帧内控制该网络设备的激活和非 激活时间段，并且还在每个激活时间段内对分组设置优先级。此处，还将激活和非激活的时 间段称为“打开”和“关闭”时间段，尽管网络设备并不需要在这些时间段内完全打开或关 闭。举例来说，如图所述，所述帧的关闭时间段对应于相对较低的处理水平L1。所述帧的每 个打开时间段具有不同的相对较高的处理水平。例如，所述帧的第一打开时间段602与处 理水平L2相关联，且相对于第一个打开时间段的处理水平L2来说，第二个和第三个打开时 间段604和606分别具有稍微较低和稍微较高的各自处理水平。因此，在相应帧内，特定线 路的网络设备中

31、的指定网络设备的两个或多个激活时间段均可对应于不同的处理水平。如 图3的步骤306所指示的，在时间段602、604以及606中的每一个内，调度器210将处理优 先级提供给与他们各自目的地的行进距离最远的分组。 0039 图7示出了作为线路700的一部分的一组网络设备102-1、102-2以及102-3之 间的交互。上述设备也可被标记为设备1、设备2和设备3，并且也可被视为对应于图4的 实例中的节点1、2和3的各自节点。通常按图6所示的方式来配置每个设备，并且因此其 包括调度器210-1、210-2或210-3以及缓冲器215-1、215-2或215-3。为了说明的请求 和简单，从附图中省略了线

32、路分解模块。如图3的步骤304所指示的，在具有公共帧尺寸 （common frame size）的相应帧内，线路的每个网络设备调度其激活和非激活时间段，线路 的各自网络设备中的帧相对于彼此在时间上移动所指定的便宜。在本实施方式中，调度器 210-1、210-2或210-3在各自的帧702-1、702-2和702-3内调度他们各自的网络设备的激 活和非激活时间段，上述帧中的每一个具有相同的帧长度。可以看出的是，帧702-1、702-2 和702-3彼此偏移，即在时间段704-1、704-2和704-3上它们各自初始的开始点在时间上 说 明 书CN 102845110 A 6/12页 9 错开。更

33、为具体地，设备1处打开时间段704-1的开始与设备2处打开时间段704-2的开 始之间存在指定的偏移710。类似地，设备2处打开时间段704-2的开始与设备3处打开时 间段704-3的开始之间存在指定的偏移（offset）712。类似地，在附图中没有示出的线路 700的附加网络设备可具有他们各自的相对于彼此进行了时间移动的帧。 0040 图7的实施方式中的网络设备102可通过传递消息来彼此进行通信，该消息指示 上述偏移和可能的其它信息，如图7中穿过设备的曲线所指示的。例如，线路700的网络设 备102-1可向线路700的网络设备102-2发送消息，所述消息指示在它们各自的帧702-1 和702

34、-2之间应用的偏移710。类似地，网络设备102-2可向网络设备102-3发送消息，所 述消息指示在它们各自的帧702-2和702-3之间应用的偏移712。在这个实例中，特定的偏 移表示网络设备的一个中的帧的第一激活时间段的开始与该线路的直接相邻网络设备的 第一激活时间段的开始之间的时间间隔。因此，线路700的网络设备102中的每一个，除了 该线路的最后的网络设备，都可向该线路的其直接下游相邻网络设备发送消息，以指示各 自发送和相邻网络设备的初始激活时间段之间的偏移。例如，可以采用类似的消息来传送 的其它信息包括，网络设备102的各自线路分解模块212使用的用于确定哪些设备与同一 线路相关联的

35、信息。 0041 参考图7实施方式中的帧702-1、702-2和702-3，可以看出的是，每个帧中经调度 的激活和非激活时间段可能是不同的。因此，用于线路700的网络设备中的一个的指定的 经调度的帧可能具有与该线路的网络设备中的另一个的相应经调度的帧不同的活动和不 活动的时间段的安排。另外，从附图还可以看出，所述线路的网络设备中的一个的激活时间 段中的至少一个可对应于与该线路的网络设备中的另一个的至少一个激活时间段不同的 处理水平。 0042 现在将介绍本发明实施方式的更加详细的实例。在这个实施方式中，假定每个网 络设备或者操作于全速率激活模式，或者操作于零速率睡眠模式。网络支持一组连接，每个

36、 连接需要以指定的速率在一对节点之间传送分组。连接i沿路径P i 被路由，其中P i 可被指 定为输入或被计算为输出的一部分。我们研究这两种情况。如果上述路由不是输入的一部 分，问题的路由部分为每个连接i指定路由P i 。按漏桶算法（leaky-bucket）来控制到达的 分组且连接i具有所期望的速率 i 。问题的调度部分指定每个链路的激活时间段，即链路 何时操作于被概括为R=1的全速率，以及在每个激活时间段内如何设置分组的优先级。在 两个节点之间的转换要占用个时间单元，并且其按照与全速率相同的速率来消耗能量， 尽管该网络设备在转换期间并不能处理任何分组。 0043 应当理解的是，该特定实例上

37、下文中对链路调度的参考旨在包含驱动这些链路的 各自网络设备的调度。 0044 我们关注基于帧的调度，其中，在每个长度为T，(0,T，(T,2T，的帧内每个链 路在固定的持续时间内是激活的。令为通过链路e的总速率，令 0045 A e =TR e 0046 为链路e的激活时间段的最小长度。如果每个链路e上的激活时间段的持续时间 正好为A e ，则我们称之为调度“最小”。显然，对与路由的固定结合以及对于固定的T，最小 调度为能量最优。 0047 我们要证明以下的结果。为了简明期间，我们假定在链路上传送一个分组要花费 说 明 书CN 102845110 A 7/12页 10 一个时间单位或时间步长。

38、下面，我们的结果将任意链路传输时间概括（generalize）为链 路。 0048 我们以线路拓扑开始。因为路由是固定的，我们仅关注调度。我们提供最小调度， 其中k i 个链路的每个连接i的端到端延迟的上限为2T+k i 。我们还提供准最小调度，其中 对所有的e来说，激活时间段的持续时间为A max max e A e 。在这种情况下，我们示出对所有 的i的端到端延迟为T+k i 。 0049 对每一固定的T，由于具有较小延迟的调度消耗更多能量并且反之亦然，因此，这 两种调度之间的能量-延迟的折衷是清楚的。在每种调度内，我们还观察了折衷，因为较大 的T意味着较大的延迟限制，且较小的激活-休眠转

39、换，并且进而较小的能量消耗。 0050 随后，我们描述如何在具有任意拓扑结构的网络中应用线路调度技术以获取结 果。如果路由不是输入的一部分，我们首先选择目标是使 e A e 与转换成本的和最小的路 径。所述和可近似处于因子中，其中n为网络的尺寸。此外，我们还可确保上述路 径构成了树。使用毛虫（caterpillary）分解，我们将树划分为线路的集合（collection）， 使得每个连接路径最多与2logn个线路交互。在每个线路上，我们采取最小调度。当分组 从一个线路移动到另一个线路时，最大的额外延迟T是足够的。这允许我们证明能 够保证用于所有连接的端到端延迟。 0051 如果已经指定了路由，

40、我们提出直接转发最小调度，其中用于每个连接i的延迟 限制为Tk i 。然而，如果在足够大的帧内，链路的激活时间更长，那么我们给出改进的延迟 限制。这再次论证了能量和延迟之间的折衷。 0052 线路上的调度 0053 如上所述，我们以调度线路上的一组连接作为开始。每个连接的终端不必是该线 路的端点。尽管限制了线路拓扑，将解决方案用作用于处理任意拓扑的构建块。对于线路， 对所有的e，只要TA e +2，我们可选择任意的帧尺寸T。由于A e TR e ，因此意味着 0054 0055 以下将会示出，对于线路拓扑，经过最大为T的初始延迟后，每个分组在经历最多 A max 的额外队列延迟后可到达其目的地

41、。激活时间段为A e ，其对每个链路e来说是最小的。 0056 我们首先定义最小调度。让我们标记沿线路的链路为e 1 、e 2 等。对任意j1的 整数，用于第i个链路e i 的第j个激活时间段为此后，我们考虑固定的 j。令S i 为一组分组，其将e i 作为它们的第一链路且在时间段(j-1)T+i,jT+i)内被注入。 下面我们将示出 i S i 中的分组将在每个链路的第j个激活时间段内行进到它们的目的地。 0057 在激活时间段内，我们为这些分组分配时隙以使得：i）对每个分组，在其路由路径 上的时隙是不减少的；ii）对共享公共链路的两个分组，在该公共链路上为它们分配不同的 时隙。在这些条件下

42、，所述时隙定义了每个分组何时得到推进。 0058 从 i S i 中分组，我们重复地提取其路径形成整个线路的最小覆盖的那些分组，例 如，这些分组路径的任何合适子集都不能覆盖整个线路。通过这种最小覆盖C，我们移除重 叠并且创建精确覆盖，其中每个链路正好被一个分组路径覆盖。因为C是最小的，我们从唯 一的分组路径开始，将唯一的分组路径定义为p，其包含e 1 。我们沿着p走，直到其第一次与 说 明 书CN 102845110 A 10 8/12页 11 另一个分组路径相重叠，将另一个分组路径定义为q。我们为所述精确覆盖保持p-pq并 且移除pq。注意的是，由于C的最小性，因而q也是唯一的。我们继续沿q

43、走，直到其与 另一个分组路径重叠。我们按同样的方式从q中移除所述重叠。当所有重叠都被移除时，C 就成为精确覆盖。现在，从每个激活时间段为每条路径C分配下一个可用时隙。注意的是， 对某些公共k来说，所述下一个可用时隙是每个激活时间段的第k个时隙。在简单归纳中这 个保持不变。还要注意的是，如果切断分组路径，被移除的部分总在未被移除的部分之后， 并且因而随后总被分配较大的时隙。这将保证时隙分配对分组移动来说是可行的。当剩余 的分组路径的联合不覆盖整个线路时，我们在每个断开连接的线路上执行上述过程。同样 要注意的是， i S i 中的分组的A e 最多需要每个链路e。因此，对所有的分组来说，激活时 间

44、段因此具有足够的时隙。因此，除了传输时间（通过从一个链路到下一个链路的激活时间 段的位移来反映） i S i 中的分组要至多经历总共A max 的队列时间。 0059 迭代地创建覆盖的上述集中式算法可被之前提及的FTG所代替。对每个链路e，在 其激活时间段内，FTG给予 i S i 中具有最大数量的要遍历的剩余链路的分组优先级。看 到FTG符合上面所描述的集中式算法，我们注意到，对于每个k0，在每个激活间隙中使用 的第k个时隙的分组使它们的路径构成了该线路的最小覆盖。 0060 如果我们将每个链路的激活时间段放宽为A max ，则在最大为T的初始延迟后，一旦 每个分组开始移动，其不会再经历排队

45、延迟。可以看出的是，对线路拓扑来说，在最多为T 的初始延迟后，每个分组都会到达其目的地而没有进一步的排队延迟。对每个链路来说，激 活时间段是A max 。这从下面可以看出。对于任何j1的整数，沿线路的用于第i个链路e i 的第j个激活时间段为jT+i,jT+i+A max )。再次令S i 为一组分组，其将e i 作为它们的第一 链路且在时间段(j-1)T+i,jT+i)期间被注入。 i S i 中的分组在每个链路的第j个激活 时间段期间行进到它们的目的地。看到这，注意的是，来自 i S i 的分组的最多A max 具有沿 其路径的e。因此，熟知的间隙图着色结果意味着，可为S中的每个分组分配1

46、,A max 中的 颜色，使得如果它们共享任何公共链路，则为两个分组分配不同的颜色。在分组可以前进的 激活时间段中，这些颜色定义了时隙。按照这种方式，当分组从一个链路移动到下一个链路 时，该分组具有直接可用于传输的时隙。 0061 结合的路由和调度 0062 现在，我们将注意力转移到任意网络拓扑的情况。如果并没有将路由提供作为输 入，则我们首先为每个连接i选择路径P i 。回想到是链路e上作为路由结果 的总速率，令： 0063 0064 通过以最小 e f(R e )为目标的路由连接，我们使所有链路上的总的激活时间段和 转换时间最小，并且因此使能量最小。注意到，上述公式仅在R e 1时是有意义

47、的。我们 可以合理地假定R e 1，而不考虑路由，这是因为是在全速率R=1显著大于所需的速率的场 景下才激或能量降低。 0065 注意到的是，f()是个凹函数并且路由问题实质上对应于充分研究过的购买大 量（buy-at-bulk）网络设计问题。一种可能的解决方案使用树状度量的概率逼近度量概念。 说 明 书CN 102845110 A 11 9/12页 12 参见B.Awerbuch（奥多巴克）和Y.Azar（阿扎）的“Buy-at-bulk network design（购买大 量网络设计）”，Proc.IEEE FOCS，1997年，以及Y.Bartal（巴尔特）的“On approxima

48、ting arbitrary metrics by tree metrics（关于树形度量的逼近任意度量）”，Proc.ACM STOC,1998年。该想法是树上的概率分布来近似图G中的距离。特别地，令d ij (G)为图G中 的链路(i,j)的长度。假设树H是根据所述概率分布来随机选择的，并且令d ij (H)为树H 中的i和j之间的距离。如果满足下式，我们说树上的概率分布概率上逼近图G： 0066 E(d ij (H)/d ij (G)d ij (H) 0067 在以上引用的Awerbuch和Azar的参考中示出的是，如果我们根据概率分布随 机地选择树并然后沿该树所指定的唯一路径来路由所有

49、连接，则延展意味着购买大量 （buy-at-bulk）中的O()近似。 0068 我们使用关于的以下结果：可通过生成树的多项式可计算概率分布来对每个 网络G进行-概率近似，为的概念隐藏了术语loglogn并且更小。事 实上，的准确值为O(lognloglognlog 3 loglogn)。这意味着存在随机化算法，其选择路由 使得总的激活时间段和转换时间为最小优化的倍。此外，上述路径构成树，并且对 任意连接来说，该树上的所期望路由距离是原始网络的最短路径距离的倍。 0069 进一步的，我们利用所述结果路径形成树的这个事实。我们通过结合树的毛虫分 解法和在线路拓扑上进行调度来解决该调度问题。更为具体地，我们设计线路上的最小调 度，其中，一旦分组开始运动，分组的排队延迟最多为T初始加上总的最多为A max =TR max 。假 定支持路由的链路形成所述树，以下我们将显示毛虫分解法可使我们将该树分解为线路的