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Green Networking

Michela Meo e Marco Mellia Politecnico di Torino

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Green networking?

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Un problema di oggi e di domani

· Si parla tanto di consumo energetico perché

Il consumo energetico sta causando cambiamenti climatici spaventosi Dipendiamo, in tutte le nostre attività, dall'energia che sta diventando scarsa e quindi costosa

· Bisogna ridurre il consumo di energia in ogni settore Incluso il settore dell'ICT

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

ICT ed energia

· L'ICT contribuisce alla riduzione del consumo energetico:

­ moving bits instead of atoms

· · · · tele-lavoro commercio elettronico sistemi di trasporto intelligente electronic billing

­ sistemi di monitoraggio e controllo dell'ambiente e dei consumi

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

... ma

l'ICT è anche un gran consumatore!

"ICT alone is responsible of a percentage which vary from 2% to 10% of the world power consumption." "Electricity demand of ICT is almost 11% of the overall final electricity consumption in Germany." "ICT sector produces some 2 to 3% of total emissions of greenhouse gases."

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Quale tecnologia?

Il consumo potrebbe duplicare in 10 anni

Sorgente: M. Pickavet et al, "Worldwide Energy Needs for ICT: the Rise of Power-Aware Networking," in IEEE ANTS Conference, Bombay, India, Dec. 2008.

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Life cycle è importante

· Life Cycle Assessment (LCA) è la caratterizzazione quantitativa dell'impatto ambientale di servizi e prodotti e include

­ Manifattura ­ Funzionamento ­ Dismissione

· Una prospettiva di life cycle può cambiare la valutazione dell'impatto ambientale di un prodotto Soprattutto per i prodotti dell'ICT ad alto contenuto tecnologico

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Elettronica

· Esempio: un chip di memoria da 2 grammi richiede per essere prodotto

­ almeno 1,200 grammi di carburante fossile ­ 72 grammi di sostanze chimiche

· Si consuma carburante fossile 600 volte in peso il prodotto stesso (ordini di grandezza in più rispetto a prodotti tradizionali, per un'auto il fattore è 1-2!) · Il processo di purificazione dei materiali è estremamente costoso

Sorgente: N. Krishnan et al., "Case Studies in Energy Use to Realize UltraHigh Purities in Semiconductor Manufacturing", IEEE Intnt. Symposium on Electronics and the Environment, San Francisco, CA (2008).

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Life cycle dei PC

Source Production Dist Use End of Life TOTAL MJ

4 year life cycle

Williams 2004 LBNL 2005 IVF 2007 72% 76% 23% 5% 4% 24% 23% 72% <1% <1% 8,416 7,633 14,264

Williams, E., 2004. Energy Intensity of Computer Manufacturing: Hybrid Assessment Combining Process and Economic Input-Output Methods. Environ. Sci. Technol., 2004, 38, 6166-6174. Lawrence Berkeley National Laboratory, 2005. Optimization of Product Life Cycles to reduce Greenhouse Gases in California. Report for California Energy Commission. CEC-500-2005-110-F.

IVF Industrial Research and Development Corporation, 2007. Lot 3: Personal Computers (desktops and laptops) and Computer Monitors. Final Report for the European Commission, August 2007.

Dismissione

· Le componenti chimiche rendono la dismissione a forte impatto ambientale · E' un aspetto oggi quasi completamente trascurato

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Feeder

Le reti

Metro

Backbone

Core

Internet

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

10

10 3

Le reti

1 2

Power [kW]

10

0

Core 10%

Backbone 19%

Feeder 65%

Metro 6%

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Reti mobili

· Le stazioni base (BS) sono responsabili per circa l'80% del consumo energetico della rete · Una BS consuma tra 500W e 3KW, corrispondente al consumo medio di 10 famiglie · In Italia ci sono circa 60,000 BSs, con un consumo totale di 2.1 TWh/anno, ossia 0.7% del consumo totale Italiano di elettricità... · ...con bollette intorno a 300 M per gli operatori

Source: C. Lubritto et al. Risultati del progetto di ricerca "Impianti per telecomunicazioni: Ottimizzazione Energetica e Controllo Ambientale", Roma, Luglio 2009.

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Quale motivazione per l'operatore?

Aumenti del prezzo dell'elettricità

Leggi e regolamentazioni Nuova sensibilità dei consumatori

Riduzione dell'OPEX

Energy efficiency

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Keywords più cercate in NYTimes.com (ultimi 30 giorni al 10 Agosto 2009)

1. michael jackson 2. health care 3. modern love 4. china 5. obama 6. cancer 7. palin ...

38. energy

...

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Keywords più cercate in NYTimes.com (ultime 24 ore al 19 Febbraio 2010)

1. china 2. obama 3. haiti 4. tea party 5. modern love 6. education 7. olympics ...

27. energy

...

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Operatori fissi

70% del consumo tot.

30% del consumo tot.

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Operatori mobili

10% del consumo tot.

90% del consumo tot.

Ordine dell'OPEX!

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Ridurre il consumo delle reti

Soluzioni ai singoli apparati

Materiali innovativi con maggior potere dissipativo del calore Maggior uso di tecnologie fotoniche Tecniche di trasmissione a bassa potenza

Milano, 22 Febbraio 2010

Soluzioni per l'intera rete Nuove architetture

Sistemi di protezione

Pianificazione dinamica della rete

Michela Meo

Pianificazione dinamica

· Le reti sono pianificate e dimensionate in base al traffico dell'ora di picco · La naturale variabilità del traffico (tipici profili giorno/notte) rende la rete sovradimensionata per lunghi periodi di tempo

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Profilo di traffico reale

picco

pranzo notte

capacità alta per smaltire il traffico

Milano, 22 Febbraio 2010

capacità in eccesso

Michela Meo

Pianificazione dinamica

· Una rete sovra-dimensionata significa avere molti apparati di rete accesi, che consumano energia, per fornire una capacità parzialmente inutilizzata

Adattiamo la capacità alle effettive necessità degli utenti, spegnendo apparati di rete quando il traffico è basso

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Esempio: rete di accesso cellulare

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Esempio: rete di accesso cellulare

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Esempio: rete di accesso cellulare

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Possibili configurazioni

(1,2)

(2,3)

Configurazioni Manhattan (lineari)

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Possibili configurazioni

(3,4)

(8,9)

Configurazioni esagonali (quadrate)

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Schema di copertura e spegnimento (1,2) lineare

(2,3) lineare (3,4) esagonale (8,9) esagonale

Risparmio alla BS [%] 52.3

45.4 42.5 33.9

Risparmio di rete di accesso [%] 26.16

30.29 31.92 30.13

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

Green networking

· Ripensare la rete · Nuovi criteri di progetto e dimensionamento · Introduzione di metriche di costo legate al consumo energetico · Protocolli e paradigmi di comunicazione che favoriscano un uso più parsimonioso dell'energia · Diverse soluzioni sono possibili già con la tecnologia di oggi

Milano, 22 Febbraio 2010 Michela Meo

Grazie!

Milano, 22 Febbraio 2010

Michela Meo

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