Intelligent resource allocation in communication networks

Abstract

Η χρήση της πληροφορίας μέσω των σύγχρονων δικτύων δεδομένων παίζει εξελικτικό ρόλο σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας, συμπεριλαμβανομένης της εργασίας, της εκπαίδευσης, της ψυχαγωγίας και της παρακολούθησης του περιβάλλοντος. Η ανάγκη για δικτύωση τόσο για τους ανθρώπους όσο και για κάθε συσκευή που μπορεί να παράγει χρήσιμες πληροφορίες αυξάνεται, εκτοξεύοντας έτσι τον όγκο δεδομένων που πρέπει να διαχειριστούν οι δικτυακές υποδομές. Εκτός από τον αυξημένο όγκο, τα δίκτυα πρέπει να εξυπηρετούν τις εξελισσόμενες απαιτήσεις που υπάρχουν στη ροή πληροφοριών που σχετίζονται με την απόδοση, την καθυστέρηση, την αξιοπιστία και την ασφάλεια.Αντιμέτωπη με τις προαναφερθείσες προκλήσεις, η λειτουργία των δικτύων αναγκάζεται να ακολουθήσει τη δική της εξέλιξη που βασίζεται σε τρεις βασικούς παράγοντες διαφορετικής σημασίας που αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους. Ο πρώτος και σημαντικότερος από αυτούς τους παράγοντες είναι η εξέλιξη των τεχνολογιών του φυσικού επιπέδου, όπως η μετάβαση από το σύρμα χαλκού στην οπτική ίνα, η εφαρμογή προηγμένων τεχνικών διαμόρφωσης και η βελτίωση της απόδοσης του υλικού που χρησιμοποιείται. Η εξέλιξη της τεχνολογίας στο φυσικό επίπεδο πολλαπλασιάζει τους διαθέσιμους πόρους, επιτρέποντας στα δίκτυα να βελτιώσουν τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά τις υπηρεσίες που μπορούν να παρέχουν. Ο δεύτερος παράγοντας ανάπτυξης των δικτύων είναι ο σχεδιασμός και εξέλιξη των υποδομών τους, ο οποίος καθοδηγείται τόσο από τις νέες δυνατότητες που προέρχονται από την εξέλιξη των τεχνολογιών του φυσικού επιπέδου, όσο και από τις αυξημένες απαιτήσεις των σύγχρονων εφαρμογών, δημιουργώντας έτσι νέους τύπους δικτύων και τεχνολογιών ικανών να τις αντιμετωπίσουν. Τέτοιες νέες τεχνολογίες περιλαμβάνουν το διαδίκτυο των πραγμάτων, το δίκτυο καθορισμένο από λογισμικό (Software defined network), την εικονικοποίηση λειτουργιών δικτύου, τη δικτύωση μεγάλων δεδομένων , ενώ νέοι τύποι δικτύων περιλαμβάνουν δίκτυα αισθητήρων, ελαστικά οπτικά δίκτυα, παθητικά οπτικά δίκτυα και ασύρματα μέσω οπτικών ινών δίκτυα. Ο τρίτος παράγοντας είναι η δημιουργία μηχανισμών που θα ελέγχουν την αποτελεσματική λειτουργία των νέων τεχνολογιών δικτύου. Αυτοί οι μηχανισμοί περιλαμβάνουν τη δημιουργία και ανάπτυξη πρωτοκόλλων και αλγορίθμων που σκοπό έχουν την αποτελεσματική χρήση και διανομή των διαθέσιμων πόρων του δικτύου. Η εξέλιξη των τεχνολογιών δικτύου, εκτός από την προσφορά νέων δυνατοτήτων και αυξημένων διαθέσιμων πόρων, δημιουργεί προβλήματα υψηλού βαθμού πολυπλοκότητας όσον αφορά τη βέλτιστη αξιοποίησή τους. Για το λόγο αυτό, αυτοί οι μηχανισμοί πρέπει να χρησιμοποιούν προηγμένες μεθόδους και εργαλεία επίλυσης προβλημάτων όπως η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση.Η διατριβή σχετίζεται με τον τρίτο παράγοντα ανάπτυξης δικτύων και στοχεύει στη διερεύνηση και παρουσίαση λύσεων σε ανοιχτά ερευνητικά ζητήματα, που σχετίζονται με τη δημιουργία μηχανισμών ελέγχου και διαχείρισης πόρων, που αφορούν σύγχρονα δίκτυα πρόσβασης και κορμού. Η διδακτορική διατριβή αποτελείται από τέσσερα μέρη στα οποία προτείνονται πρωτόκολλα και αλγόριθμοι που βελτιώνουν τη λειτουργία των ασυρμάτων μέσω οπτικής ίνας, παθητικών οπτικών, ελαστικών οπτικών και δικτύων αισθητήρων αντίστοιχα. Σε όλες τις περιπτώσεις η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων μηχανισμών συγκρίνεται με αντίστοιχους από τη βιβλιογραφία χρησιμοποιώντας αναλυτικά σενάρια και αποτελέσματα προσομοίωσης.