Luận án Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trong thiết kế chuyển mạch sử dụng ở trung tâm dữ liệu

hỉ thanh ghi [4:0] TA Bit điều khiển dữ liệu [15:0] 
 Hình 2.8. Cấu trúc bản tin MDIO 
 Kết hợp bit 6 và bit 13 của thanh ghi MII để chọn 3 trạng thái băng thông khác: a) “00” 
cho 10 Mbps; b) “01” cho 100 Mbps; c) “10” cho 1 Gbps và “11” không sử dụng (Hình 2.9) 
 Tự động thương lượng
 Chế độ công suất thấp
 15 13 6 5 0
 R - SP0 AN LP - - - - SP1 - - - - - -
 Lựa chọn tốc độ
 Hình 2.9. Chức năng các bit trong thanh ghi MII 
 2.4.2. Mở rộng ản tin OpenFlow điều khiển cổng Ethernet 
 Để thay đổi tốc độ liên kết các cổng Ethernet cho chuyển mạch nhằm tiết kiệm năng, 
tác giả mở rộng bản tin điều khiển OpenFlow. 
 Trường link_state chứa thông tin điều khiển cổng như trên Hình 2.10. Giá trị „1‟ tại ô 
cờ (Flag) sẽ quyết định có hay không đổi trạng thái của chuyển mạch. Cặp bit {P1, P0} xác 
định số hiệu cổng, cặp bit {B1, B0} xác định băng thông trên cổng đã chọn: “11” tức là 
1Gbps, “10” nghĩa là 100Mbps, “01” sẽ giới hạn băng thông về 10Mbps, và “00” biểu thị 
cho việc tắt cổng đó. 
 Bảng 2.4. Bản tin OFPT_PORT_MOD 
 OpenFlow MAC Link 
 Port no Config Mask Advertise Pad 
 header address state 
 8bytes 2bytes 6bytes 4bytes 4bytes 1bytes 4bytes 3bytes 
 7 0
 F - - - B1 B0 P1 P0
 Flag Reserved Link Rate Port No. 
 Hình 2.10. Trường Link state mô tả tốc độ liên kết của cổng Ethernet 
 8 
2.5. Giải pháp thiết kế chuyển mạch OpenFlow tiết kiệm năng lƣợng 
 dƣới sự điều khiển của NOX / POX 
 2.5.1. Thiết kế phần cứng chuyển mạch 
 Dựa trên giải pháp giảm tần được đưa ra, khối điều khiển tần số có tên là Clock 
Controller (CC) được xây dựng thêm như một khối chức năng của chuyển mạch. Chức năng 
của khối CC lấy thông tin từ phần mềm thông qua PCI bus để điều khiển việc chia tần số 
hoạt động của chuyển mạch. 
 Hình 2.12. Vị trí của khối Clock Controller trong khối User Data Path 
 2.5.2. Thiết kế phần mềm chuyển mạch 
 . Xây dựng phần mềm điều khiển tốc độ link_rate cho cổng Ethernet 
 . Mở rộng bản tin điều khiển OpenFlow cho chuyển mạch 
 Phần mềm điều khiển tốc độ các cổng Ethernet của chuyển mạch Openlow dựa vào lưu 
lượng đầu vào nhằm tiết kiệm năng lượng. Đầu tiên mô hình điều khiển phần mềm được mô 
tả như Hình 2.16. 
 ETHERNET FPGA PC SOFTWARE
 PORT USER DATA 
 [0:3] PATH P
 R
 G
 _
 G CONTROL
 E DRIVER
 R SOFTWARE
 _
 2
 F
 N
 MII Control MDIO
 Register
 Hình 2.16. Khối điều khiển mềm (PC Software) 
 Khối phần mềm lập trình điều khiển mỗi cổng: bật /tắt hoặc đặt tốc độ liên kết đến 
10Mbps, 100Mbps, và 1Gbps bằng cách cấu hình cho các bit 6, bit 13 và bit 11 của thanh 
ghi MII. 
 2.5.2.1. Định nghĩa chế độ làm việc cho chuyển mạch OpenFLow 
 Các chế độ hoạt động mới của chuyển mạch được định nghĩa như sau: 
 Bảng 2.5. Các chế độ hoạt động mới của chuyển mạch 
 Chế độ Tần số Băng thông trên mỗi cổng 
 Công suất cao 125 MHz Idle/10Mbps/100Mbps/1Gbps 
 Công suất thấp 62.5 MHz Idle/10Mbps/100Mbps 
 Ngủ 3.90625 MHz Idle 
 9 
 2.5.2.2. Mở rộng bản tin OpenFlow cho các chế độ làm việc 
 Để thực hiện các chế độ hoạt động mới cho chuyển mạch nhằm tiết kiệm năng, tác giả 
mở rộng bản tin điều khiển OpenFlow. 
 Trường Switch_mode lưu trữ các thông tin cấu hình chuyển mạch như trong Bảng 2.6. 
Giá trị „1‟ ở vị trí cờ (F) cho phép chuyển mạch thay đổi trạng thái. Trường Switch_ mode 
chỉ ra chế độ làm việc của chuyển mạch như sau: chế độ công suất cao (M1M0=00), chế độ 
công suất thấp (M1M0=01) và chế độ ngủ (M1M0=10). M1M0=11 dự phòng (Hình 2.19). 
 Bảng 2.6. Bản tin OFPT_Switch_mode cho 3 chế độ hoạt động 
 OpenFlow Header Switch Mode Pad 
 8 Bytes 1 Bytes 3 Bytes 
 7 0
 F - - - - - M1 M0
 Flag Reserved Mode 
 Hình 2.19. Trường Switch Mode định nghĩa các chế độ hoạt động 
2.6. Giải pháp thiết kế chuyển mạch OpenFlow tự động tiết kiệm năng 
 lƣợng theo lƣu lƣợng đầu vào 
 Lưu lượng thường lên mức đỉnh vào ban ngày và hạ xuống rất thấp vào ban đêm. Khi 
lưu lượng thấp các thiết bị mạng vẫn đang ở trạng thái hoạt động, điều này gây ra tiêu tốn 
nhiều năng lượng không cần thiết để chạy các thiết bị mà không có lưu lượng đi qua. Vì vậy 
để tăng hiệu quả tiết kiệm năng lượng cho chuyển mạch, tác giả đề xuất một giải pháp khác 
giúp chuyển mạch Openflow có thể tự động tiết kiệm năng lượng theo lưu lượng đầu vào 
mà không cần sự can thiệp của bộ điều khiển NOX /POX. 
2.6.1. Giải pháp thiết kế 
 Thông thường một thiết bị mạng có chức năng tiết kiệm năng lượng tiêu thụ thì nó 
thường hoạt động ở hai chế độ: chế độ làm việc (working mode) và chế độ ngủ (sleep mode. 
Như vậy, năng lượng tiêu thụ của một thiết bị mạng nói chung có thể được mô hình hóa như 
sau: 
 E = Pworking * Tworking + Psleep * Tsleep (2.2) 
 Trong đó Tworking và Tsleep là thời gian thiết bị hoạt động ở chế độ làm việc và chế độ 
ngủ, Pworking và Psleep là công suất tiêu thụ của thiết bị tương ứng trong mỗi chế độ. Do vậy, 
để tăng sự tiết kiệm năng lượng cho chuyển mạch OpenFlow, chúng ta có thể tăng thời gian 
Tsleep bằng cách cho gói tin chứa trong hàng đợi đầu vào và chờ đợi đến một ngư ng lớn 
nhất có thể mà không ảnh hưởng đến chất lượng truyền dữ liệu thì chuyển mạch sẽ tự động 
được đánh thức (Wake up) để xử lý và chuyển tiếp các gói tin (Hình 2.21). 
 Th i gian h 
 )
 s Số gói tin lớn nhất
 p
 b
 M
 (
 g
 n
 ợ
 ư Tín hiệu 
 l
 u
 ư đầu vào
 L Tín hiệu 
 Th i gian (Phút) đầu ra
 Chiều dài hàng đợi lớn nhất 
 Hình 2.21. Hoạt động của chuyển mạch tự động tiết kiệm năng lượng 
 10 
2.6.2. Thiết kế khối phát hiện dữ liệu trên chuyển mạch OpenFlow 
 Để thiết kế chuyển mạch tự động tiết kiệm năng lượng theo dữ liệu đầu vào, tác giả xây 
dựng thêm khối phát hiện dữ liệu DD (Data Detector) và khối điều khiển tần số FC 
(Frequency Controller) cho chuyển mạch OpenFlow như mô tả Hình 2.22. Khối phát hiện 
dữ liệu này có chức năng quản lý các trạng thái của chuyển mạch và đưa ra tín hiệu điều 
khiển đến khối điều khiển tần số để thay đổi tần số cho chuyển mạch nhằm tiết kiệm năng 
lượng. 
 2.6.2.1. Vị trí khối phát hiện dữ liệu 
 Khối phát hiện dữ liệu được thiết kế nằm trong NF2 Core như mô tả trên Hình 2.22, 
nhằm lấy tín hiệu đầu vào từ các khối CPCI Bus, NF2 DMA, CPU DMA Queue, NF2 Reg 
grp, User Data Path và NF2 Mac. 
 NF2 TOP
 NF2 CORE
 CPU DMA QUEUE
 CPU RX CPU TX NF2 DMA CPCI BUS
 Queue Queue
 FC
 DD NF2 REG 
 (Frequency GRP
 Controller) (Data Detector)
 NF2_MAC USER DATA PATH
 VLAN VLAN
 TX RX remover Output adder
 Input Output
 Port 
 Queue Queue Arbiter Queues
 Lookup
 Watchdog
 Ethernet MAC
 Hình 2.22. Vị trí khối phát hiện d liệu trong chuyển mạch 
 2.6.2.2. Xây dựng khối phát hiện dữ liệu 
 Dựa trên cấu trúc của chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng NetFPGA, tác giả đã tổng 
hợp và tìm ra các tín hiệu báo có gói tin tới chuyển mạch và tín hiệu báo chuyển mạch đã 
chuyển hết các gói tin tới các thiết bị khác trong mạng. Từ đó, khối phát hiện dữ liệu dựa 
vào các tín hiệu đầu vào này đã được đề xuất. Các tín hiệu được trình bày trong Hình 2.23. 
 Data Detector
 Max Queue L
 Queue 
 NF2 MAC Max Num Packet Software 
 Condition Registers
 Wait timeout Register
 Mac_grp_core_en
 Idle timeout
 Frequency
 Packets Core Clock 
 NF2 DMA Core_clk_packet_en Core_clk_en Controller
 Manager Controller
 Working state
 Core_clk_reg_en
 USER DATA 
 PATH
 Registers NF2 REG 
 System Manager GROUP
 States CPCI BUS
 CPU QUEUE
 Hình 2.23. Thiết kế chi tiết khối phát hiện d liệu 
 11 
 Trong thiết kế này bao gồm các khối chức năng nhỏ: Khối trạng thái hệ thống (System 
States), khối thanh ghi (Registers), khối điều kiện hàng đợi (Queue Condition), khối quản lý 
gói tin (Packets Manager), khối quản lý thanh ghi (Registers Manager) và khối điều khiển 
Core Clock (Core Clock Controller). 
 Từ những tín hiệu trên, ba trạng thái mới cho chuyển mạch tiết kiệm năng lượng 
OpenFlow được đề xuất như Hình 2.25. 
 mac_grp_core_en |dma_vld_c2n 
 | working_state = 1
 IDLE WORKING
 core_clk_packet_en core_clk_packet_en 
 = 1 = 1
 mac_grp_core_en |dma_vld_c2n 
 | working_state = 0
 Id
 le 
 t n
 i e 1
 m _ 
 e e =
 > r n
 i o 2
 d c c
 le _ _
 t p
 im r ld
 SLEEP g v
 e _ _
 o c a
 u a
 t core_clk_packet_en m
 m d
 = 0 |
 Hình 2.25. S đ chuyển trạng thái của chuyển mạch tiết kiệm năng lượng 
 Sự thay đổi các trạng thái này được biểu diễn như trên Hình 2.25. Tại WORKING mode 
và IDLE mode thì tín hiệu core_clk_packet_en = 1 để yêu cầu duy trì tần số hoạt động ở 
125 MHz. Tần số hoạt động này sẽ được giảm xuống 0 MHz ở SLEEP mode (tín hiệu 
core_clk_packet_en= 0) để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của chuyển mạch OpenFlow. 
2.6.3. Thiết kế khối điều khiển tần số FC (Frequency Controller) 
 Khối này có nhiệm vụ sử dụng tín hiệu core_clk_en để phát hiện trạng thái của chuyển 
mạch và lựa chọn cung cấp tần số cho chuyển mạch ở 125MHz hoặc 0. Việc có thể chuyển 
tần số về 0 không gây ảnh hưởng tới hệ thống khi bật do hệ thống luôn duy trì một khối phát 
hiện dữ liệu cho phép bật core_clk. Toàn bộ khối này đều hoạt động ở miền clock khác 
(gmii_tx_clk) không bị tắt. Sơ đồ cấu tạo khối FC như Hình 2.28. Khối FC gồm 1 khối 
Digital Clock Managers (DCM), khối BUFGMUX và khối BUFG. 
 core_clk_en
 DCM
 core_clk = 125MHz CLK0
 CLKIN 125MHz Io
 core_clk_int
 CLKFB 0 I1
 BUFGMUX
 BUFG
 Hình 2.28. S đ khối FC 
2.6.4. Định nghĩa các chế độ hoạt động cho chuyển mạch OpenFlow 
 Chế độ Normal: Đây là chế độ hoạt động bình thường của chuyển mạch. Ở chế độ 
 này chuyển mạch OpenFlow hoạt động với tần số là core clock là 125 MHz và không 
 tiết kiệm năng lượng. 
 Chế độ High Performance: Mục đích của chế độ này là đưa chuyển mạch về chế độ 
 hoạt động bình thường sau khi nhận hoàn chỉnh 1 gói tin. Vì cơ chế hoạt động của 
 12 
 chuyển mạch là nó nhận hoàn chỉnh gói tin thì mới bắt đầu xử lý nên việc bật trước 
 khi xử lý cũng không mang lại tác dụng. Do vậy các thông số được cấu hình như sau: 
 Idle Timeout = 5 clocks, Max Queue Length = 2000 bytes, Max Number packet = 
 1gói tin, Wait_Timeout = 12500 clocks = 100us. 
 Chế độ Save Power: Mục đích của chế độ này là cài đặt các thông số lớn nhất có thể 
 với mong muốn có thể tiết kiệm được nhiều năng lượng nhất. Do vậy, các thông số 
 được cấu hình như sau: Idle Timeout = 5 clocks, Max Queue Length = 5120 bytes, 
 Max Number packet = 127 gói tin, Timeout = 12500000 clocks = 100ms. 
2.7. Hệ thống đo đạc và kết quả đạt đƣợc 
 Tác giả xây dựng một hệ thống kiểm tra đo đạc năng lượng cho chuyển mạch 
OpenFlow trên nền tảng NetFPGA. Mô hình hoàn chỉnh của hệ thống kiểm tra được cho 
trên Hình 2.31. 
 Hình 2.31. Hệ thống thực nghiệm đo đạc và kiểm tra 
 2.7.1. Kết quả đo đạc giải pháp giảm tần 
 Để đo công suất tiêu thụ của chuyển mạch hoạt động ở các chế độ giảm tần. Đầu tiên, 
tác giả đo điện năng tiêu thụ của chuyển mạch đồng thời thay đổi tần số đầu vào. Kết quả đo 
đạc này được mô tả Bảng 2.9. Bằng phương pháp thực nghiệm, tác giả giảm tần số của 
chuyển mạch xuống thấp hơn 3.90625MHz thì chuyển mạch không thể chuyển tiếp các gói 
tin, có nghĩa là ta có thể đưa chuyển mạch sang trạng thái ngủ. 
 Bảng 2.9. Công suất tiêu thụ của chuyển mạch khi giảm tần 
 Chế độ Tần số hoạt động của Số lần Công suất tiêu Công suất tiết 
 chuyển mạch (MHz) giảm thụ (mW) kiệm (mW) 
 0 125 1 11576 0 
 1 62.5 1/2 10228 1348 
 2 31.25 1/4 9872 1701 
 3 15.625 1/8 9554 2022 
 4 7.8125 1/16 9271 2305 
 5 3.90625 1/32 8965 2611 
 13 
 Kết quả thực nghiệm: Cho thấy khối điều khiển tần số CC giúp cho chuyển mạch có 
khả năng tiết kiệm được khoảng 22.5% năng lượng tiêu thụ (2611mW của 11576mW). 
 2.7.2. Kết quả đo đạc giải pháp thay đổi trạng thái cổng Ethernet 
 Đo công suất tiêu thụ của chuyển mạch hoạt động ở các băng thông khác nhau. Kết quả 
đo được hiển thị trên Bảng 2.10. 
 Bảng 2.10. Thay đổi tốc độ link-rate của cổng Ethernet 
 Chế độ Băng thông Công suất tiêu thụ của Công suất tiết kiệm 
 trên 4 cổng chuyển mạch P(mW) P(mW) 
 1 1Gbps 11525.6 0 
 2 100Mbps 7372 4154 
 3 10 Mbps 6537.6 4988 
 4 Idle (tắt cổng) 6440.6 5085 
 Kết quả thực nghiệm: cho thấy rằng chuyển mạch có thể giảm khoảng 35% điện năng 
tiêu thụ khi thay đổi băng thông từ 1Gbps xuống 100Mbps. Ngoài ra, con số này có thể lên 
đến gần 41,6% nếu chúng ta tắt tất cả các cổng của chuyển mạch. 
 2.7.3. Kết quả đo đạc chuyển mạch OpenFlow tiết kiệm năng lƣợng dựa trên 
 ộ điều khiển NOX /POX 
 Để đo công suất tiêu thụ của chuyển mạch hoạt động ở các chế độ làm mới. Các kết quả 
đo được hiển thị như trong Bảng 2.12. 
 Bảng 2.12. Công suất tiêu thụ của chuyển mạch ứng với các chế độ hoạt động 
 Chế độ Tần số (MHz) Băng thông (Mbps) Công suất (mW) 
 Công suất cao 125 1000 11574 
 Công suất thấp 62.5 100 6175 
 Ngủ 3.9065 0 4577 
 Kết quả thực nghiệm: ta có thể tiết kiệm đến 46.6% năng lượng của chuyển mạch khi 
thiết lập chế độ công suất thấp và hơn nữa mức tiết kiệm có thể lên đến 60% nếu chế độ ngủ 
so với chế độ công suất cao. 
 2.7.4. Kết quả đo và đánh giá chuyển mạch tự động tiết kiệm theo lƣu lƣợng 
 đầu vào 
 2.7.4.1. Kết quả đo công suất tiêu thụ của chuyển mạch 
 Xây dựng hệ thống kiểm tra, đo đạc công suất tiêu thụ của các chế độ hoạt động đã đề 
xuất cho chuyển mạch OpenFlow tự động tiết kiệm năng lượng theo lưu lượng đầu vào. 
Thí nghiệm số 1: Sự phụ thuộc công suất tiêu thụ theo mức lưu lượng đầu vào. 
 Tác giả sử dụng phần mềm Packet Generator để tạo ra lưu lượng đi vào chuyển mạch 
theo các mức khác nhau từ 0 tới 1Gbps (Hình 2.34) 
 14 
 1500
 1000
 500
 Lưu lượng (Mbps) lượng Lưu 0
 0 10 20 30 40 50 60 70
 Thời gian (phút) 
 Hình 2.34. Lưu lượng đi vào chuyển mạch từ mức 0 đến 1Gb 
 Sau đó, đo đạc công suất tiêu thụ trung bình của chuyển mạch trong tại các chế độ đã đề 
xuất: chế độ Normal, chế độ High Performance, và chế độ Save Power. Kết quả đo đạc 
như Hình 2.35. 
 Hình 2.35. Đ thị công suất tiêu thụ của chuyển mạch tại các chế độ 
Thí nghiệm số 2: Sự phụ thuộc năng lượng tiêu thụ theo các lưu lượng đầu vào khác nhau. 
 Trong phép đo số 2 này, các đặc tính lưu lượng đầu vào khác nhau trên PC1 được tạo ra 
để gửi cho PC2 qua chuyển mạch OpenFlow. Sử dụng phần mềm Packet Generator tạo ra 
các đặc tính lưu lượng đầu vào khác nhau: Lưu lượng đầu vào 1, Lưu lượng đầu vào 2, Lưu 
lượng đầu vào 3. Sau đó lần lượt phát các đặc tính lưu lượng này và đo tổng năng lượng tiêu 
thụ trong vòng 15 phút của chuyển mạch tại các chế độ đã đề xuất: chế độ Normal, chế độ 
High Performance, và chế độ Save Power. Kết quả đo đạc được trình bày trong Bảng 2.14. 
 Bảng 2.14. Năng lượng tiêu thụ tại các chế độ trong ph t 
 Đặc tính Năng lượng tiêu thụ tại c c chế độ (J) Năng lượng tiết kiệm (%) 
 Chế độ Chế độ High Chế độ Save Chế độ High Chế độ Save 
 Normal Performance power Performance power 
 Lưu lượng đầu vào 1 10314J 7088J 6881J 31.27% 33.3% 
 Lưu lượng đầu vào 2 10314J 6530J 6453J 36.68% 37.43% 
 Lưu lượng đầu vào 3 10314J 6625J 6510J 35.77% 36.88% 
 15 
 Dựa trên kết quả Bảng 2.14, ta thấy năng lượng tiết kiệm của chuyển mạch phụ thuộc 
vào các lưu lượng đầu vào khác nhau. Với lưu lượng đầu vào thấp, ít sử dụng như buổi đêm 
(khoảng 0h đến 6h) thì năng lượng tiết kiệm được lớn. Trong thí nghiệm số 2, kết quả thu 
được cũng cho thấy mức năng lượng tiết kiệm được của chế độ Save Power là lớn nhất dao 
động từ 33% - 37%. 
 2.7.4.2. Đánh giá khả năng đáp ứng của chuyển mạch mới 
 Từ các kết quả đo đạc, tác giả đã đánh giá trễ và mất gói tin của các chế độ hoạt động 
mới đã đề xuất cho chuyển mạch, có thể tổng kết các kết quả theo Bảng 2.15. 
 Bảng 2.15. Đánh giá thời gian trễ và mất gói tin so với chuyển mạch thường 
 Tham số High Performance Save Power 
 Thời gian trễ Khoảng 16ns – 24ns Twait timeout + Tprocess 
 Mất gói tin Không Không 
2.8. Tổng kết chƣơng 
 Qua chư ng này tác giả thực hiện bốn công việc chính: 
 Đề xuất giải pháp thay đổi tần số hoạt động trên toàn bộ chip FPGA, do đó năng 
 lượng tiết kiệm sẽ được nhiều hơn. 
 Trong chương này đã đề xuất phương pháp điều khiển mỗi cổng Ethernet chạy ở một 
 số băng thông khác nhau tiết kiệm năng lượng nhiều hơn. 
 Thiết kế chuyển mạch OpenFlow tiết kiệm năng lượng dựa theo bộ điều khiển NOX 
 /POX và mở rộng bản tin điều khiển OpenFlow 
 Thiết kế thành công chuyển mạch tự động tiết kiệm năng lượng cho mạng OpenFlow 
 dựa theo lưu lượng đầu vào. 
 Chƣơng 3 
 Mô hình hóa năng lƣợng cho chuyển mạch 
3.1. Giới thiệu chƣơng 
 Chương 3 trình bày mô hình hóa điện năng tiêu thụ của một chuyển mạch các chế độ 
hoạt động khác nhau, đề xuất thuật toán giới hạn năng lượng tối đa và thuật toán giới hạn 
năng lượng tối thiểu cũng như năng lượng sử dụng trung bình, chỉ số công suất trung bình 
API (Average Power Index) để đánh giá tỉ lệ năng lượng tiết kiệm khi lưu lượng đầu vào tốt 
hơn chỉ số EPI. 
3.2. Chỉ số tỉ lệ năng lƣợng tƣơng đối (EPI) 
 Chỉ số EPI (Energy Proportionality Index) để định lượng được tỉ lệ năng lượng của 
thiết bị mạng : 
 (3.1) 
 16 
3.3. Mô hình tuyến tính của công suất tiêu thụ 
 Phần này sẽ đưa ra mô hình tuyến tính của điện năng tiêu thụ trong chuyển mạch liên 
quan đến lưu lượng sử dụng. Mô hình tuyến tính được đề xuất có thể được biểu diễn bằng 
công thức dưới đây: 
 ( ) ( ) ( ) (3.4) 
3.4. X y dựng thuật toán tính đƣ ng iên công suất cực tiểu 
 Thuật toán 1. Tìm kiếm trạng thái tiêu thụ năng lượng nhỏ nhất ứng với một lưu lượng 
qua chuyển mạch 
 Switch_state get_min_power_state(throughput T){ 
 N1000 = (int)floor(T*1.0/999); 
 check1000: 
 if(N1000 >= N){ 
 N1000 = N; N100 = 0; N10 = 0; 
 goto finish; 
 } 
 N100 = (int)floor(max((T-N1000*999), 0)*1.0/99); 
 check100: 
 if((N100 > N - N1000) || (N100*P100 > P1000)){ 
 N1000++; 
 goto check1000; 
 } 
 N10 = (int)ceil(max((T-N1000*1000-N100*99), 
 0)*1.0/9); 
 if((N10 > N-N1000-N100) || (N10*P10 > P100)){ 
 N100++; 
 goto check100; 
 } 
 finish: 
 N0 = N - N1000 - N100 - N10; 
 return Switch_state(N1000,N100,N10,N0); 
 } 
3.5. X y dựng thuật toán tính đƣ ng iên công suất cực đại 
 Thuật toán 2. Tìm kiếm trạng thái tiêu thụ năng lượng lớn nhất ứng với một lưu lượng 
qua chuyển mạch 
 Switch_state get_max_power_state(throughput T){ 
 N1000 = (int)floor(T * 1.0 / 100); 
 if(N1000 >= N){ 
 N1000 = N; N100 = 0; N10 = 0; N0 = 0; 
 }else{ 
 N100 = (int)floor(max((T-N1000*100), 0) * 1.0 / 10); 
 if(N100 >= N - N1000){ 
 N100 = N-N1000; N10 = 0; N0 = 0; 
 }else{ 
 N10 = max((T - N1000*100 - N100*10), 0); 
 if(N10 >= N - N1000 - N100){ 
 N10 = N - N1000 - N100; N0 = 0; 
 else{ 
 N0 = N - N1000 - N100 - N10; 
 } 
 } 
 } 
 return Switch_state(N1000,N100,N10,N0); 
 } 
 Thủ tục get_max_power_state() trong thuật toán 2 trả về trạng thái 
* + tương ứng với công suất tiêu thụ cực đại của chuyển mạch 
 17 
Pmax(T) tại lưu lượng T. Do đó đường biên công suất cực đại của chuyển mạch được biểu 
diễn bởi công thức Pmax(T); , -. 
3.6. Tính toán đƣ ng cong công suất trung ình 
 Đường công suất trung bình được biểu diễn theo hàm: 
 ̅ ( ) ∑ ( ) , -; (3.12) 
3.7. Đề xuất chỉ số công suất trung ình (API) 
 Để thể hiện các đặc điểm công suất của thiết bị mạng tốt hơn, chỉ số mới API (Average 
Power Index) ch s c ng su t trung nh được đề xuất, để chỉ ra bao nhiêu năng lượng mà 
thiết bị có thể tiết kiệm được dựa trên đường công suất trung bình. API được định nghĩa là tỉ 
lệ phần trăm của tổng công suất trung bình tiết kiệm được so với công suất tiêu thụ cực đại 
khi chuyển mạch hoạt động ở trạng thái tối đa. API được tính như sau: 
 * ̅ + ̅
 ∫ ( ) ∫ ( ) 
 (3.13) 
 ∫ 
 Với khái niệm API, chuyển mạch có API cao hơn sẽ tiết kiệm được nhiều năng lượng 
hơn. Như miêu tả của Hình 3.2, API của thiết bị 1 được chỉ ra là vùng diện tích được giới 
hạn bởi đường cong công suất trung bình (đường nét liền) với đường công suất hằng số 
100% . Tương tự, thiết bị 2 cũng có API với đường biên là đường nét đứt. Ta có thể thấy 
rằng, diện tích của API1 lớn hơn so với API2; điều đó có nghĩa là thiết bị 1 tiết kiệm