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淺析高能效互聯網傳輸技術的應用的論文
隨著無線移動通信系統迅速發展，人們可利用無線通信下系統進行移動多媒體業務，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，在網絡規模不斷擴大、用戶數量陡增情況下，無線通信網絡能耗劇增，造成大量的溫室氣體、能耗排放，污染環境。目前，運營商、全社會高度關注網絡能耗污染問題，對綠色互聯網提出需求，明確能耗組成，優化互聯網傳輸，全面應用高能效互聯網傳輸技術，實現互聯網的綠色、可持續發展。
1、目前我國互聯網傳輸能耗問題
1.1 網絡能耗大
在全球能源消耗中，通信、信息產業每天產生占全球溫室氣體排放量3%的CO2等溫室氣體，對環境、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，整個信息系統耗能量大。隨著能耗的持續增長，全球碳排放隨之增加，節能減排成為關注的重點。各國積極開展有關環境、氣候保護會議，共同商討如何節能減排，確保全球的可持續發展。例如，在2009年哥本哈根氣候峰會上，我國在“十二五”發展規劃中納入節能減排內容，并承諾與2005年相比，2020年CO2排放量降低4%。
1.2 系統設計不足
在我國創建節能型社會背景下，降低計算機設備、網絡設備能源消耗成為社會建設重點，需要運行商加強網絡系統設計，提高通信傳輸能力。然而在目前網絡系統設計中，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，在網絡空閑情況下，系統鏈路利用率低于5%，而在繁忙時間，利用率不足30%。但峰值帶寬是決定網絡設備能耗的核心因素，在設備全天全速工作狀態中，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，在網絡運行中，提出綠色無線通信概念，提高蜂窩移動通信網絡能量效率，注重資源使用效率，降低網路運營成本，降低寬帶通信系統能耗。
2、高效能互聯傳輸技術
2.1 邊緣網絡節能技術
邊緣網絡節能技術主要包括以太網節能技術和網絡存在性代理兩方面。其中，以太網是局域網組網的核心技術，傳統利用率低，能源消耗大。為了實現高能效互聯網，以以太網休眠技術、變頻技術實現網絡節能。例如，在2010年9月，IEEE 802.3az EEE相關標準被制定，在無數據傳輸時，休眠模式開啟，鏈路進入低能耗狀態，而當數據傳輸時，鏈路開啟，迅速傳輸新數據。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協議下，EEE得以實現，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，保持鏈路狀態不變。
在網絡存在性代理方面，網絡邊緣節點禁用電源管理的核心是保持網絡的的時刻存在性，共享應用遠程管理、遠程登錄、P2P等資源。在具體工作中，網絡開始工作時，節點處活躍狀態，傳輸數據，而當節點空閑時，節點、代理之間進行狀態傳輸，之后節點進入休眠狀態，且在休眠期間，發往被代理節點的網絡報文被網絡存在代理截獲處理，清理被代理節點狀態，實現直接通信。同時，在不同網絡層，網絡存在性代理處理路基不同。例如，在網絡層，支持IPv6、IPv4、ARP協議，并在一定情況下支持DHCP、IGMP。
2.2 核心網節能路由技術
對于鏈路及節點而言，其在核心網中利用頻率并不高，且在傳統網絡設計中，對峰值時間段出現的負載具有較多考慮，將網絡設備位置在峰值狀態。而由于網絡流量具有自身周期性，以天數自身表現計算，這樣，在低負載情況下，可讓一些不重要鏈路、節點處于低能耗模式，節約能耗，實現網絡的可持續發展。在具體核心網節能路由技術設計、應用中，節能路由器需要滿足電源模式、鏈路利用率、能源優化器等問題。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，建模能源優化器，確定鏈路頻率，關閉節點。如改變互聯網的拓撲結構，依據網絡負載、變化狀態，選擇具有能源面感性效果的網絡拓撲，確保網絡設備活躍數量聯系網絡負載，從而在負載下降時，使網絡設備處于休眠狀態，而負載提升使，加速設備工作運行。
3、高效能互聯傳輸技術的具體應用
3.1 依據能效比例計算理念，優化網絡能耗組成
實現綠色無線通信互聯網的核心理念是能效比例計算。該理念為互聯網設計提供新的方向，指的是系統能耗正比于工作負載，即在理想狀態下，網絡工作無負載時，能耗也幾乎不存在。在實際工作中，將整個網絡看做一個系統，網絡能耗相比于網絡負載，以整個系統為基礎進行能耗計算。同時，電源模型、能源優化器為實現高效計算的必要條件，以此為基礎組成、優化網絡能耗。例如，首先，利于變頻支持，優化設備、硬件層面，并自動實現鏈路變頻、流量聚合，感知流感，優化傳輸協議層面。其次，利用重尾分布規律，結合人們顯式、隱式訪問現象，將數據重復傳輸降低，節約流量，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、數據通訊量特點，提高應用位置的感知能力，將網絡存在代理發放應用在網絡系統中，實現網絡優化。此外，對無線通信天線、功放等耗能器件效率進行優化，優化基站偏置功率。
3.2 優化鏈路級能量
各類無線接入節點組成無線接入網，無線接入網的能耗幾乎均來自于基站系統功耗，因此在高能效互聯網設計中，應準確分析基站功耗結構、網絡能量效率、建�；竟β�，確定傳輸相關功率。在此基礎上，優化鏈路級能量，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能力。因此，需要利用高能效傳輸技術，優化鏈路，優化整個無線通信系統，其具體應用依賴業務傳輸性能與功耗折中、無線資源與傳輸功耗折中。例如，為滿足用戶業務需求，提高無線通信系統服務能力，需要對系統中各指標進行優化。在傳統蜂窩網絡中，功率分配根據設備處理能力、網絡最大負載量所達到的最大傳輸速度確定，以此確保業務傳輸暢通，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務特性，分析無線資源功率分配情況，進而對各傳輸參數進行準確設置，實現網絡能量效率最大化。
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同是分配無線資源的核心，根據用戶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，提高網絡傳輸容量。同時，隨著網絡技術的提升、業務的豐富，網絡資源分配也需全面考慮用戶接入公平性、業務需求等因素。例如，OFDMA網絡利用用戶分集分配資源。而LTE系統充分考慮信道業務需求、“雙選”特性，利用資源調度方法優化無線資源。此外，移動多媒體業務被下一代無線通信系統支持，且多媒體業務請求的規律性明顯，因此，可基于用戶請求業務內容，廣播熱點業務，避免單播造成的重復傳輸。融合廣播網、通信網，利用廣播網數據擁塞低、容量高、寬帶傳輸等特點，將熱點業務移交給廣播網絡傳輸，節省單播功率消耗。在此基礎上，還可融合WLAN、蜂窩網絡、終端短距離通信等網絡，集中、分布調度數據，基于業務特性、用戶分布對接入點進行合適選擇，減少傳輸距離。
4、結束語
隨著全球對網絡高能耗的關注，綠色節能網絡成為網絡系統研發、發展的主要方向。利用邊緣網絡節能技術、核心網節能路由技術，優化鏈路級能量、網絡能耗組成，進而合理分配資源，實現網絡資源的準確傳輸，降低資源浪費，實現能源消耗最小化，確�；ヂ摼W的可持續發展。
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