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数据中心网络技术的节能机制

发布日期:2022-06-09  浏览次数:

数据中心日益增长的规模虽然满足了用户的需求,但同时大幅增加了数据中心网络的能耗,据Cisco公司提供的数据,2009年美国境内所有的数据中心网络支付的电费高达33亿美元。

随着新能源(如太阳能、风能)的日益普及,一些研究致力于将新能源引入数据中心网络中、降低能耗开销.与此同时,为了解决传统树型拓扑对数据中心网络的性能限制,近年来提出了多种“富连接”的网络拓扑,保证在峰值网络流量条件下网络依然能够保持较好的性能.一方面,这些新型拓扑较传统拓扑使用了更多的网络设备,加剧了数据中心网络的能耗.另一方面,数据中心网络中的流量多数情况下远低于峰值,从而造成数据中心能耗使用效率低下。因此,学术界和工业界越来越关注对数据中心网络节能机制的研究。目前对数据中心网络节能机制的研究成果大致可以分为两类:一类是通过降低硬件设备的能耗达到节能目的,另一类是通过设计新型的路由机制降低能耗。
 

 
1、硬件设备节能机制
对网络设备能耗模型的研究表明,网络设备的能耗不仅与启用的线卡和接口数量有关系,还与接口速率大小 有关系.基于这样的研究成果,目前硬件设备节能机制的研究成果主要可以划分为两类,分别是设备休眠和速率调整。
(1)设备休眠技术
设备休眠技术的原理比较简单,即通过动态切换网络设备的休眠/工作模式达到节能的目的:当网络设备没有流量经过的时候,将处于空闲状态的网络设备或网络设备的线卡或接口置于休眠模式;当处于休眠模式的网络设备需要处理流量时,唤醒处于休眠模式的网络设备,恢复到工作模式.休眠与工作模式的切换机制是设备休眠技术研究的重点。
(2)速率调整技术
网络设备接口速率的配置与其能耗有直接的关系.因此,速率调整技术的核心思想是通过实时调整网络设备的接口速率达到节能的目的。

2、节能路由机制
近年来,硬件功耗的降低使得网络设备在能耗优化方面已经取得了很大的进展,但研究表明,数据中心流量的增长对网络设备性能和能耗需求的增长远远快于硬件工艺的发展.而且基于单设备的节能技术依赖于网络流量分布,所带来的节能效果非常有限.另外,随着“富连接”网络拓扑的应用,每对服务器之间存在多条路径,等价多路径等路由策略被广泛应用于数据中心网络中,以提高网络链路利用率.但这些路由策略在实现网络负载均衡的同时并没有考虑网络能耗,不可避免地浪费了大量能耗.因 此,节能路由机制的研究应运而生.节能路由机制的核心思想是通过合理的选择路由,只使用一部分网络设备承载流量,并对没有流量经过的网络设备进行关闭或置于休眠模式,达到节能的目的.但关闭部分网络设备势必会对网络可达性造成一定的影响,从而影响网络性能.因此在路由机制设计的时候需要在节能效果和网络性能之间进行权衡。

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