Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/4723
Title: Αλγόριθμοι δρομολόγησης και ανάθεσης μηκών κύματος με βάση την ενέργεια σε οπτικά δίκτυα
Authors: Αγγελέτου, Αρχοντούλα
Issue Date: 2011-10-06T11:12:47Z
Keywords: Αλγόριθμοι δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος
Ελαχιστοποίηση ενέργειας
Keywords (translated): Routing and wavelengths assignment (RWA) algorithms
Energy minimization
Abstract: Η αλματώδης ανάπτυξη που παρατηρείται τα τελευταία χρόνια στον τομέα των οπτικών δικτύων τηλεπικοινωνιών, έχει ως συνέπεια την αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας. Σήμερα υπολογίζεται ότι η ενέργεια που οφείλεται σε IT τεχνολογίες αποτελεί το 1%-2% της παγκόσμιας κατανάλωσης. Ωστόσο, τα ποσοστά αυτά αναμένεται να αυξηθούν δραματικά μιας και όλο και περισσότερες εφαρμογές, που απαιτούν μεγάλο εύρος ζώνης (π.χ. video streaming, HDTV), αναπτύσσονται ταχύτατα. Μέχρι πρόσφατα ο κύριος περιορισμός στην ανάπτυξη των δικτύων ήταν το κόστος εξοπλισμού και μετάδοσης. Σήμερα το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι η όλο και αυξανόμενη κατανάλωση ενέργειας. Έτσι λοιπόν πιο energy-aware προσεγγίσεις για το σχεδιασμό, την υλοποίηση και τη λειτουργία των οπτικών δικτύων κρίνονται πλέον απαραίτητες. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος της κατανάλωσης ενέργειας σε οπτικά δίκτυα υπάρχουν δυο προσεγγίσεις: η ανάπτυξη ενεργο-αποδοτικών συσκευών δικτύου ή η ανάπτυξη αλγορίθμων δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος (RWA) που να λαμβάνουν υπόψη τους και την ενέργεια που καταναλώνει το δίκτυο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιλέχθηκε η δεύτερη προσέγγιση όπου και αναπτύχθηκαν Energy Aware RWA αλγόριθμοι για τον σχεδιασμό WDM οπτικών δικτύων με στόχο την ελαχιστοποίηση της ενέργειας που καταναλώνεται. Αυτό επιτυγχάνεται μειώνοντας τον αριθμό των συσκευών του δικτύου, όπως αναγεννητές, ενισχυτές, add/drop τερματικά κ.τ.λ. που είναι γνωστό ότι καταναλώνουν αρκετή ενέργεια κατά τη λειτουργία τους. Αρχικά αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος σε Ακέραιο Γραμμικό Ακέραιο Προγραμματισμό (Integer Linear Programming - ILP) που ελαχιστοποιεί από κοινού όλες εκείνες τις συσκευές του δικτύου που καταναλώνουν ενέργεια. Έπειτα το πρόβλημα χωρίζεται σε δυο υπο-προβλήματα: την κατανομή αναγεννητών σε κόμβους του δικτύου όπου η αναγέννηση είναι απαραίτητη και στο Energy Aware RWA. Σε αυτή τη περίπτωση εκτός από ILP προγραμματισμό εφαρμόζεται επίσης και χαλάρωση των περιορισμών ακεραιότητας (LP προγραμματισμός) ώστε να μπορούν να προκύψουν λύσεις και για μεγαλύτερες τοπολογίες. Για τον υπολογισμό της απόδοσης των προτεινόμενων αλγορίθμων διεξάγονται μια σειρά από πειράματα εξομοιώσεων σε Matlab, με τη βοήθεια του LINDO API για την επίλυση των (I)LP προβλημάτων σε ένα μικρό δίκτυο αλλά και στο ευρωπαϊκό δίκτυο Geant-2. Oι προτεινόμενοι αλγόριθμοι συγκρίνονται με τυπικούς RWA αλγορίθμους που δεν λαμβάνουν υπόψη την ενέργεια ή ελαχιστοποιούν κάποιες από τις συνιστώσες του δικτύου. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η κατανάλωση της ενέργειας του δικτύου μπορεί να μειωθεί μέχρι και 45% σε δίκτυο με συνδέσμους μονής ίνας και μέχρι και 65% σε συνδέσμους διπλής ίνας.
Abstract (translated): The continuing deployment and upgrade of optical telecommunication networks drive up power and energy consumption, in a way that makes operators worry that future energy consumption levels may pose constraints on communications growth that are more significant than those posed by bandwidth considerations. As community concerns about global energy consumption grow, the power consumption of the optical networks is becoming an issue of increasing importance. Even though energy consumption of IT-related infrastructure currently represents between 1% and 2% of global energy consumption, such values are destined to rise, as more bandwidth-hungry applications (such as video streaming, and HDTV in particular) continue to be developed. Thus, it seems that an energy-aware approach is increasingly needed during the design, implementation and operation of optical networks. Two different approaches can be explored to reduce energy consumption in optical networks: the improvement of the energy efficiency of the equipment and the energy awareness of the Routing and Wavelengths Assignment (RWA) algorithms. In this work the energy minimization problem in optical networks is considered from an algorithmic perspective. The objective of the proposed algorithms is to plan optical WDM networks so as to minimize the energy consumed, by minimizing the number of the most energy-consuming components. Such components can be amplifiers, regenerators, add/drop terminals, optical fibers, etc. Firstly an Integer Linear Programming (ILP) formulation is given that aims at jointly minimizing the energy consuming modules present in an optical network, such as the regenerators, amplifiers, wavelength selective switches, etc. Then the problem for a general (translucent network) is decomposed into a regeneration placement problem, and an energy-aware RWA for transparent networks problem, where again ILP formulations are given to minimize energy consumption. The ILP of the decomposed problem is solved as an LP problem, by relaxing the integer constraints, in order to obtain solutions for larger network topologies. In order to evaluate the performance of the proposed Energy Aware (EA)-RWA algorithms a number of simulation experiments is carried out. All the RWA algorithms are implemented in Matlab and LINDO API is used to solve the corresponding (I)LP problems. The proposed algorithms are compared with RWA algorithms that do not consider energy minimization techniques or RWA algorithms that partially take into account energy consuming components. The simulation results showed that the energy consumption in the optical layer can be reduced by up to 45% in single fiber networks and by up to 65% in multi-fiber networks.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
msc-aggeletu.pdf4.47 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons