Intelligent protocols for access and backbone networks

Abstract

Optical computer networks provide the means for reliable data communications with low transmission and propagation delay, low error rate, and at the same time, high throughput. Their adoption rate constantly increases for fulfilling connectivity needs in the backbone of large counties or the constant need for access from the end-user perspective. The increase of resource usage leads to higher energy consumption which is a factor that should be confronted by embedding energy-efficiency in the computational logic while transferring data. Energy-efficient algorithms design the logical backbone topology of the network with low energy consumption and the preservation of performance at a high level. On the other hand, optical access networks intermediate between end-user units and the backbone, covering the last mile of connectivity. The fast access in these networks from the end-user perspective, improves their quality of service and the overall throughput. Artificially intelligent algorithms exploit the operating state of the network by adapting to its runtime conditions, allocating resources more efficiently than the static alternatives. Thus, being suitable for either the backbone or the access part of the network. Two types of AI algorithms are designed and evaluated which are capable of achieving the aforementioned goals, i.e., those with energy-efficiency in their computational logic for the backbone, and also those offering adaptive bandwidth distribution at the access side of the network.

Τα οπτικά δίκτυα υπολογιστών παρέχουν τα μέσα για αξιόπιστες επικοινωνίες δεδομένων με χαμηλή καθυστέρηση μετάδοσης και διάδοσης, χαμηλό ρυθμό σφαλμάτων και συγχρόνως, υψηλή ρυθμαπόδοση. Ο ρυθμός υιοθέτησής τους σταθερά αυξάνεται για την εκπλήρωση των αναγκών συνδεσιμότητας στον δικτυακό κορμό μεγάλων χωρών ή τη σταθερή ανάγκη για πρόσβαση από τη σκοπιά του τελικού χρήστη. Η αύξηση της χρήσης πόρων οδηγεί σε υψηλότερη ενεργειακή κατανάλωση, η οποία αποτελεί παράγοντα για αντιμετώπιση, ενσωματώνοντας την ενεργειακή αποδοτικότητα στην υπολογιστική λογική καθώς μεταφέρονται τα δεδομένα. Οι ενεργειακά αποδοτικοί αλγόριθμοι σχεδιάζουν τη λογική τοπολογία κορμού του δικτύου με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και τη διατήρηση της απόδοσης σε υψηλό επίπεδο. Από την άλλη πλευρά, τα οπτικά δίκτυα πρόσβασης μεσολαβούν ανάμεσα στους χρήστες και το δίκτυο κορμού, καλύπτοντας το τελευταίο μίλι της συνδεσιμότητας. Η γρήγορη πρόσβαση σε αυτά τα δίκτυα από τη σκοπιά του τελικού χρήστη, βελτιώνει την ποιότητα των υπηρεσιών τους και τη συνολική ρυθμαπόδοση. Οι τεχνητά νοήμονες αλγόριθμοι εκμεταλλεύονται την κατάσταση λειτουργίας του δικτύου με προσαρμογή στις συνθήκες της, εναποθέτοντας πόρους πιο αποδοτικά συγκριτικά με τις στατικές εναλλακτικές. Οπότε, όντας κατάλληλοι είτε για τον κορμό, είτε για το μέρος πρόσβασης του δικτύου. Δύο τύποι με τεχνητά νοήμονες αλγορίθμους έχουν σχεδιαστεί και αξιολογηθεί, οι οποίοι είναι ικανοί για την επίτευξη τον προαναφερθέντων στόχων, σχετιζόμενοι με ενεργειακή αποδοτικότητα στην υπολογιστική λογική για το δίκτυο κορμού. Επιπλέον, αυτοί που προσφέρουν προσαρμοστική κατανομή του εύρους ζώνης στην πλευρά πρόσβασης του δικτύου.