12 research outputs found
Ενεργειακά αποδοτικά οπτικά δίκτυα κορμού
No full textThe need for bandwidth is growing more than ever before as technology evolves and high bandwidth-dependent applications have increased at unprecedented level. This feverish Internet growth brought about the development of optical networks in global use. The extent use of optical networks is based not only due to the greatly increased bandwidth they provide, but also because they meet the requirements of low cost, high reliability and extensive geographical coverage. The rapid spread of the Internet has also contributed to a significant increase in energy consumption of network equipment, an equally important issue for the research community. Since the energy crisis and environmental protection are of increasing concern in recent years many research efforts related to finding technological solutions are in use to save energy. Thus, despite the significant development of optical networks in the last decade regarding the provided capacity, initiatives must be taken in order to further improve the energy efficiency. Therefore, energy conservation in optical networks is important for the survival of the future Internet. The aims of the current research are to define the key causes of energy consumption for the current IP Over WDM fixed grid optical networks as well as the future flexible grid IP Over elastic platform, and to propose and compare strategies to increase their energy efficiency. Regarding the IP Over WDM optical networks, novel energy efficient schemes are presented, aiming to increase the lightpath reuse rate during the VT design. The proposed algorithms manage to lower the number of the established lightpaths in the VT and take advantage of the remaining capacity of the optical paths by exploiting the lightpaths' resources in a more efficient way. Furthermore, backbone networks in countries with high seismicity suffer from unexpected link failures caused by earthquakes, which in turn, cause a huge amount of bandwidth loss and service disruptions. To that end, a new scheme is proposed which uses actual seismic information in order to maintain tolerant connectivity of the backbone network after a large scale earthquake occurs, while supporting energy efficiency. The objective of the proposed scheme is the design of a power and earthquake aware WDM network, by establishing the minimum number of backup paths in the VT in order to maintain tolerant connectivity. Another important approach to energy saving in optical networks is to selectively disable the network's components under low utilization when the load is reduced, while maintaining the network's vital functions in order to serve the remaining traffic. Regarding the IP Over Elastic Optical Networks, a power aware algorithm is introduced, which selectively switches off network links under low utilization scenarios supporting energy efficiency, while maintaining a low bandwidth blocking probability (BBP) under dynamic traffic. Finally, a new adaptive power-aware algorithm is implemented, which selectively turns off bandwidth variable transponders to achieve energy efficiency under low utilisation conditions, during the network operation. This novel adaptive scheme makes use of Learning Automata in order to curtail the overall energy consumption while maintaining the BBP at low levels.Η πυρετώδης ανάπτυξη του Διαδικτύου επέφερε την εξέλιξη των οπτικών δικτύων σε παγκόσμιο επίπεδο. Η ευρεία χρήση των οπτικών δικτύων οφείλεται όχι μόνο στο αυξημένο εύρος ζώνης που παρέχουν, αλλά ταυτόχρονα επειδή πληρούν τις απαιτήσεις χαμηλού κόστους, υψηλής αξιοπιστίας και εκτεταμένης γεωγραφικής κάλυψης. Επιπλέον, η ταχεία αυτή εξάπλωση του Διαδικτύου συνέβαλε σημαντικά στην αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας του δικτυακού εξοπλισμού, ένα εξίσου σημαντικό ζήτημα που προβληματίζει την ερευνητική κοινότητα. Έτσι, παράλληλα με τη σημαντική βελτίωση των οπτικών δικτύων την τελευταία δεκαετία σχετικά με την παρεχόμενη χωρητικότητα, πρέπει να αναληφθούν πρωτοβουλίες προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω και η ενεργειακή απόδοσή τους. Οι στόχοι της παρούσας έρευνας είναι να προσδιοριστούν οι βασικές αιτίες της κατανάλωσης ενέργειας στα οπτικά δίκτυα κορμού σταθερού και ευέλικτου πλέγματος IP Over WDM και IP Over EON αντίστοιχα, και να προταθούν και να συγκριθούν στρατηγικές για την αύξηση της ενεργειακής τους απόδοσης. Όσον αφορά στα οπτικά δίκτυα σταθερού φάσματος IP Over WDM, παρουσιάζονται νέα ενεργειακά αποδοτικά σχήματα, με στόχο την αύξηση του ρυθμού επαναχρησιμοποίησης των μονοπατιών φωτός κατά τη φάση του σχεδιασμού της Εικονικής Τοπολογίας (ΕΤ). Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι καταφέρνουν να μειώσουν τον αριθμό των προεγκατεστημένων μονοπατιών φωτός στην ΕΤ και να επωφεληθούν από την εναπομένουσα χωρητικότητα των οπτικών διαδρομών εκμεταλλευόμενοι τους πόρους των μονοπατιών φωτός με πιο αποτελεσματικό τρόπο. Επιπλέον, τα δίκτυα κορμού σε χώρες με υψηλή σεισμικότητα υποφέρουν από απροσδόκητες αστοχίες συνδέσεων που προκαλούνται από σεισμούς, οι οποίοι με τη σειρά τους, προκαλούν τεράστια απώλεια εύρους ζώνης και διακοπές υπηρεσιών. Προς αυτή λοιπόν την κατεύθυνση, προτείνεται ένα νέο σχήμα που χρησιμοποιεί πραγματικές σεισμικές πληροφορίες προκειμένου να διατηρήσει τη συνδεσιμότητα του δικτύου μετά από έναν σεισμό μεγάλης κλίμακας, ενώ ταυτόχρονα υποστηρίζει την ενεργειακή του απόδοση. Ο στόχος του προτεινόμενου σχήματος είναι ο σχεδιασμός ενός δικτύου WDM, που καθορίζοντας τον ελάχιστο αριθμό εναλλακτικών διαδρομών στην ΕΤ διατηρεί τη συνδεσιμότητα στο δίκτυο. Μια άλλη σημαντική προσέγγιση όσον αφορά στην εξοικονόμηση ενέργειας στα οπτικά δίκτυα είναι η επιλεκτική απενεργοποίηση των δικτυακών στοιχείων κάτω από συνθήκες χαμηλής χρησιμοποίησης, διατηρώντας παράλληλα τις ζωτικές λειτουργίες του δικτύου έτσι ώστε να εξυπηρετείται η υπολειπόμενη κίνηση. Όσον αφορά στα δίκτυα μεταβλητού φάσματος IP Over EON, εισάγεται ένας νέος ενεργειακά αποδοτικός αλγόριθμος, ο οποίος εφαρμόζεται υπό δυναμική κίνηση και απενεργοποιεί επιλεκτικά τους συνδέσμους του δικτύου σε σενάρια χαμηλής χρήσης, διατηρώντας παράλληλα την πιθανότητα αποκλεισμού των συνδέσεων σε χαμηλά επίπεδα. Στο τελευταίο μέρος αυτής της διατριβής παρουσιάζεται και αναλύεται ένας νέος προσαρμοστικός ενεργειακά αποδοτικός αλγόριθμος, ο οποίος απενεργοποιεί επιλεκτικά τους μεταδότες μεταβλητού εύρους ζώνης για να επιτύχει ενεργειακή απόδοση υπό συνθήκες χαμηλής χρήσης, κατά τη λειτουργία του δικτύου. Ο νέος αυτός προσαρμοστικός αλγόριθμος χρησιμοποιεί ένα Μανθάνων Αυτόματο προκειμένου να περιορίσει τη συνολική κατανάλωση ενέργειας του δικτύου διατηρώντας παράλληλα την πιθανότητα αποκλεισμού των συνδέσεων σε χαμηλά επίπεδα
An Adaptive LoRaWAN MAC Protocol for Event Detection Applications
No full textIn recent years, the Internet of Things (IoT) is growing rapidly and gaining ground in a variety of fields. Such fields are environmental disasters, such as forest fires, that are becoming more common because of the environmental crisis and there is a need to properly manage them. Therefore, utilizing IoT for event detection and monitoring is an effective solution. A technique for monitoring such events over a large area is proposed in this research. This work makes use of the Long-Range Wide Area Network (LoRaWAN) protocol, which is capable to connect low-power devices distributed on large geographical areas. A learning-automata-based hybrid MAC model is suggested to reduce the transmission delay, when a small part of the network produces event packets stemming from an event occurrence that is related to environmental monitoring applications, such as events related to forest fires. The proposed hybrid MAC is evaluated via simulation, which indicates that it achieves significantly higher performance in terms of packet delay, when compared to traditional LoRaWAN schemes
Earthquake-Tolerant Energy-Aware Algorithm for WDM Backbone Network
No full textTraffic on backbone communication networks is growing significantly every year. This results in an increase in both energy consumption and the carbon footprint they leave on the environment. As a response, research efforts are focused on reducing energy consumption in telecom networks. Wavelength division multiplexing (WDM) optical networks are key for addressing rising bandwidth demands in backbone networks, but this leads to a concurrent surge in energy usage. Additionally, regions with high seismic activity risk damage to backbone networks from earthquakes, causing significant bandwidth loss and service disruptions. This paper aims to reduce the energy consumption in a backbone network by implementing an algorithm that optimizes energy efficiency while preserving network connectivity and resistance to earthquake phenomena. The proposed algorithm redesigns and modifies a backbone network by deactivating the unnecessary links without affecting the network performance. The scheme is extensively evaluated through simulations using real seismic data from the Geodynamic Institute of the National Observatory of Athens, confirming earthquake resilience and energy efficiency goals, with an energy saving of up to 9% compared to existing solutions
A TDMA-Based Access Protocol for Dense Networks with Moving Nodes for IoT Applications
No full textLow-power wide-area (LPWA) technologies have gained popularity in accordance with the explosive growth of the Internet of Things (IoT). Among others, LoRa is considered as the leading standard that can meet the needs of modern wireless networking, mainly offering energy efficiency and broad coverage as well as a massive amount of device support. In addition to the ALOHA protocol, which is the default channel access mechanism used by the standard, a number of alternatives have been proposed in the literature in an effort to ameliorate the overall network performance. Furthermore, with moving nodes gaining ground more and more in the IoT realm and the research being at a relatively premature stage, it is imperative to create innovative algorithms that support highly dense networks with fast moving nodes. Motivated by these reasons, this work proposes a novel medium access protocol that takes advantage of the increased capabilities of modern wake up radio (WuR) technology in order to achieve low latency and mitigate the risk of lost packets in IoT networks with moving nodes based on the LoRa technology. A number of simulation scenarios have been devised and the findings suggest that the proposed protocol achieves the set goals and improves existing solutions
