Operation algorithms for energy-efficient backbone networks

Abstract

Η βιομηχανία τηλεπικοινωνιών συμβάλει κατά 2% με 3% στην παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση. Αυτό το ποσοστό αναμένεται να αυξηθεί λόγω των αυξημένων απαιτήσεων σε φόρτο από τους τελικούς χρήστες, των επαυξημένων δυνατοτήτων του εξοπλισμού των χρηστών, την αυξημένη ποιότητα των πολυμέσων που ανταλλάσσονται μέσω Διαδικτύου και την μαζική ανάπτυξη και εγκατάσταση της τεχνολογίας 5G radio. Η χρήση δικτύων διανομής περιεχομένου, υπηρεσιών ζωντανής μετάδοσης βίντεο και εφαρμογών νέφους είναι πλέον καθημερινή και αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό της κίνησης στο Διαδίκτυο. Τα δίκτυα κορμού συγκεντρώνουν όλη αυτή την κίνηση, η οποία συλλέγεται από ένα σύνολο διαφορετικών δικτύων πρόσβασης και πρέπει να μεταδοθεί σε παγκόσμια κλίμακα με μικρή καθυστέρηση και αξιοπιστία. Τα δίκτυα IP-over-WDM προσφέρουν την προσαρμoστικότητα και την καθολική συνδεσιμότητα του IP πρωτοκόλλου σε συνδυασμό με το τεράστιο παρεχόμενο εύρος ζώνης των δικτύων πολυπλεξίας μήκους κύματος. Κατά συνέπεια, τα οπτικά δίκτυα κορμού έχουν την δυνατότητα να χειριστούν τον επιπρόσθετο φόρτο κίνησης. Παρόλα αυτά, ένα ζήτημα που προβληματίζει τους τηλεπικοινωνιακούς παρόχους είναι η αναμενόμενη αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης των δικτύων λόγω του επιπρόσθετου φόρτου. Παράλληλα, παρατηρείται η ανάπτυξη συλλογικών στόχων για την μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα, καθώς και η θέσπιση νομοθετικών πλαισίων για τη τήρηση περιβαλλοντικών πολιτικών. Η αύξηση των ερευνητικών εργασιών σχετικά με την ενεργειακά αποδοτική διαχείριση των οπτικών δικτύων κατά την διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας είναι πλέον πιο σχετική από ποτέ. Η παρούσα διατριβή αντιμετωπίζει το πρόβλημα της ενεργειακά αποδοτικής διαχείρισης δικτύων για την λειτουργία των οπτικών δικτύων κορμού. Στα πλαίσια αυτής προτάθηκαν και δημοσιεύθηκαν καινοτόμοι αλγόριθμοι λειτουργίας για ενεργειακά αποδοτικά δίκτυα IP-over-WDM. Ο κύριος στόχος των προτεινόμενων αλγορίθμων λειτουργίας είναι η μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης του δικτύου μέσω της απενεργοποίησης αδρανών ή υποχρησιμοποιούμενων δικτυακών συσκευών χωρίς όμως να επιδεινώνεται η απόδοση του δικτύου. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι επικεντρώνονται στα επιμέρους προβλήματα της ενεργειακά αποδοτικής δρομολόγησης της κίνησης και της αναδιαμόρφωσης της εικονικής τοπολογίας, προτείνοντας νέους μηχανισμούς ορίων φόρτου, ένα καινοτόμο σύστημα αξιολόγησης οπτικών μονοπατιών και μια νέα πολιτική αναδιαμόρφωσης. Όλοι οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι αξιολογήθηκαν μέσω εκτενών πειραμάτων προσομοίωσης, όπου και παρατηρήθηκε ότι είναι πιο ενεργειακά αποδοτικοί συγκριτικά με παρεμφερείς λύσεις από την βιβλιογραφία.