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TOWARD A GREENER INTERNET - Design and evaluation of green IP and content routing for sustainable communication networks

Jo, Seng-Kyoun (2021):
TOWARD A GREENER INTERNET - Design and evaluation of green IP and content routing for sustainable communication networks. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.26083/tuprints-00018637,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: TOWARD A GREENER INTERNET - Design and evaluation of green IP and content routing for sustainable communication networks
Language: English
Abstract:

Green networking is receiving attention to sustainable information and communication technology because it enables more energy-efficient networks and reduces environmental impact. Previous research made strides toward green development for network infrastructure by improving energy efficiency and leveraging renewable energy. In this thesis, we focused on green networking strategies to improve state-of-the-art telecommunication from a green perspective. We especially focused on the Internet protocol (IP) and content networking, which are indispensable core components of the current network designing and planning. The contributions of this thesis are as follows. Green IP routing. We designed an energy-efficient packet switching framework for green IP networking to reduce energy waste caused by dynamic changes in a network. The network is thereby partitioned into clusters consisting of one header node and several member nodes. Only the header node within a cluster performs the IP routing, and its member nodes put the routing-related functionality to sleep and conduct packet switching using a tag. We further investigated the performance impact of energy efficiency compared with the existing green solutions through simulations. Green content routing. To optimize content requests and caching toward green content delivery, we designed a content routing framework for green named data networking. We also introduced a quantitative metric for measuring the network’s environmental footprint to define the network node’s greenness and green path. Green paths encourage traffic to aggregate along routes powered by eco-friendly renewable energy. We evaluated the proposed approach’s performance through simulations of named data networking and green metrics under real topologies and their meteorological data followed by comparing the existing caching schemes. The performance of proposed approaches were evaluated through simulations using real Internet topologies, meteorological data, and energy metrics. The results indicated that applying the proposed green approaches to real networks achieves significant energy efficiency and environmental gains.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Green Networking erfährt große Aufmerksamkeit im Sinne nachhaltiger Informations- und Kommunikationstechnologien. Die entsprechende Forschung zielt auf energieeffizientere Computernetzwerke und damit auf Reduktion der mweltbelastung. Bisherige Forschung erzielte bereits beachtliche Fortschritte in Richtung grüner Netzwerk-Infrastrukturen durch Verbesserung der Energieeffizienz und die Nutzung erneuerbarer Energien. In der vorliegenden Dissertation wurden neue Konzepte und Methoden erforscht und evaluiert, die moderne Computernetzwerke aus einer grünen Perspektive zu verbessern helfen sollen. Wir haben uns besonders auf das Internetprotokoll (IP) konzentriert, das unverzichtbare Kernkomponenten der aktuellen Netzwerkgestaltung und -planung ist, sowie auf modernes Content Centric Networking (genauer: Named Data Networking (NDN); dieses gewinnt neben klassischem IP-basiertem Internet zunehmend an Bedeutung. Die vorliegende Dissertation leistet kurz zusammengefasst Beiträge wie folgt.

Green IP-Routing: Wir konzipierten und evaluierten Konzepte und Mechanismen für energieeffizientes Packet-Switching in grünen IP-Netzwerken; diese reduzieren u.a. den nergieverbrauch durch dynamische Veränderungen in entsprechend ausgerüsteten Netzwerksegmenten. Das Netzwerk(-Segment) wird dazu in Cluster partitioniert, die aus einem Header Node und mehreren Member Nodes bestehen. Nur der Header Node innerhalb eines Clusters führt das IP-Routing durch, während die Member Nodes die IP-Routing-bezogene Funktionalität in den Ruhezustand versetzen und die Paketvermittlung mithilfe von Tags durchführen. Mit Hilfe von Simulationen untersuchten wir die Auswirkungen unserer energieeffizienten Mechanismen auf die Leistung im Vergleich zu bestehenden grünen Lösungen.

Green Content-Routing: Zur Optimierung von Content-Anfragen und Caching im Hinblick auf eine umweltfreundliche Bereitstellung von Inhalten haben wir ein Content-Routing-Framework für grüne Named Data Netzwerke. Darüber hinaus haben wir eine quantitative Metrik zur Messung des ökologischen Fußabdrucks des Netzwerks eingeführt, um die Umweltfreundlichkeit eines Netzwerkknotens und somit einen grünen Pfad zu definieren. Grüne Pfade veranlassen den Verkehr, sich entlang von Routen zu bewegen, die mit umweltfreundlicher, erneuerbarer Energie betrieben werden. Wir haben die Leistung des vorgeschlagenen Ansatzes durch Simulationen von Named Data Netzwerken und grünen Metriken unter realen Topologien und deren meteorologischen Daten evaluiert, und präsentieren einen Vergleich mit bestehenden Caching-Verfahren. Wir haben die Leistung der vorgeschlagenen Ansätze durch Simulationen bewertet, wobei die Netzwerke reale Internet-Weitverkehrs-Topologien, meteorologische Daten und Daten über den realen Energie-Mix an Vermittlungsknoten reflektierten und die konzipierten grünen Metriken evaluierten. Die neuen Ansätze wurden mit Caching Schemata aus verwandten Arbeiten verglichen. Die Ergebnisse weisen auf ein großes Potenzial der in der Arbeit vorgeschlagenen grünen Ansätze hin, die Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit in realen Netzwerken signifikant zu verbessern.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xx, 150 Seiten
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: 20 Department of Computer Science > Telecooperation
Date Deposited: 29 Jun 2021 09:39
Last Modified: 29 Jun 2021 09:39
DOI: 10.26083/tuprints-00018637
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-186378
Referees: Mühlhäuser, Prof. Dr. Max ; Kangasharju, Prof. Dr. Jussi
Refereed: 26 April 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/18637
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