„Zöld” infokommunikáció – környezetbarát távközlı- és számítógép-hálózatok – Dr. Cinkler Tibor Nagysebességő Hálózatok Laboratórium (HSNLab) Távközlési és MédiaInformatikai Tanszék (TMIT) Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME)
[email protected] Erdélyi Magyar Mőszaki Tudományos Társaság (EMT) 2011.04.15. 17:00 Kolozsvár
„Zöld” infokommunikáció: Motiváció •
IKT (ICT) a nagy áramfogyasztók között •
– – –
•
Légi vagy vasúti közlekedéssel összevethetı mértékő 2% - 10% az összfogyasztásból ← becslések Csökkentsük a fogyasztást, vagy építsünk minden routernak egy atomerımővet?
„Moving bits as costly as moving people” – –
•
IKT: InfoKommunikációs Technológiák / ICT: InfoCommunication Technologies
Az emberek és bitek szállításának költsége összemérhetı 0.31 µJ/bit - 75 µJ/bit !!! (egty router ill egy Internet út mentén)
Üvegházgázok (GHG) kibocsátásának csökkentése •
– – – – – –
GHG: Green House Gas emission
Használjunk megújuló energiaforrásokat! (bioetanol E85, biogázolaj(biodízel)) Helyezzük nagy fogyasztású hálózati eszközeinket közel az áramforráshoz (erımőhöz) Google a Columbia folyó vizével hőt Microsoft szabadtéri szervereket javasol Amazon ott helyezi el szervereit ahol olcsó az áram (inkább gazdasági, mint zöld szempont!) Északi sark? Még kiaknázatlan...
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
3
Globális felmelegedés?
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
4
www.isc.org
„...counts the number of IP addresses that have been assigned a name”
Hálózatba kötött munkaállomások száma https://www.isc.org/solutions/survey
2010 július: 681,064,561
1981 augusztus 213 ☺
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
5
Forgalom is és eszközök száma is nı!
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
6
Más területek...
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
7
ICT csökkentheti más területek károsanyag kibocsátását
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
8
Széndiokszid-ekvivalens megoslzása Infokommunikáció és szórakozás
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
9
„Zöld” infokommunikáció: Motiváció Büntessék kormányzati szinten a nem környezettudatos megoldásokat! – GHG-re már van ilyen – Ezzel is „panamáznak” (üzletelnek)
Carbon Footprint • •
"the total set of greenhouse gas (GHG) emissions caused by an organization, event, product or person." Greenhouse gases can be emitted through – – – – – – – – – –
•
Transport land clearance the production and consumption of food Fuels manufactured good Gyártás (technológia) Materials Szállítás Wood Üzemeltetés (hı disszipáció, légkondi, CP+MP, stb) Roads Úhjrahasznosítás (Recycling) Buildings Architectúra (Blade, Szerver virtualizálás,... Á.k. V. Cs.k. ) and services.
For simplicity of reporting, it is often expressed in terms of the amount of carbon dioxide, or its equivalent of other GHGs, emitted.
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
10
Fenntartható/megújuló energiaforrások? • Biogázolaj: – „...egy 6 kg-os macskából 2,5 liter biogázolaj nyerhetı, egy tele tartályhoz 20 macskatetem szükségeltetik...” http://eletmod.transindex.ro/?hir=5948
• Éves bioetanol és biogázolaj „termés” nem elégíti ki az éves szükségletet! – 100 év alatt sikerült felégetni azt ami 1-2 évmillió alatt keletkezett!
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
11
„Zöld” infokommunikáció: Mit tehetünk? • Eddig arról beszéltünk, hogy nem kellenek bonyolult algoritmusok a hálózati kapacitások jó kihasználására és minıségbiztosításra (QoS) mert van elég • Most újra kritikus, de energia szempontból! • Infrastruktúra is és alkalmazások is energiatakarékosak kell legyenek!
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
12
Kapcsolódó FP7 Projektek • NoE TREND: Towards Real Energy-efficient Network Design, http://www.fp7-trend.eu/ • IP EARTH: Energy Aware Radio and Networking Technologies, https://www.ictearth.eu/ • IP ECONET: low Energy COnsumption NETworks, http://www.econet-project.eu/
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
13
„Zöld” infokommunikáció: Az elıadás felépítése • Motiváció • Nehézségek ismertetése • Mit tehetünk? – Általános → Szakosodott – Technológia → Architektúra → Üzemeltetés
• Üzenet
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
14
„Zöld” infokommunikáció: Az elıadás felépítése • Motiváció • Nehézségek ismertetése • Mit tehetünk? – Általános → Szakosodott – Technológia → Architektúra → Üzemeltetés
• Üzenet
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
15
„Zöld” infokommunikáció: Mit tehetünk? • Resource Consolidation (consolidating resources in processing environments) (erıforrás konszolidáció, megszilárdítás) –
Úgy tesszük át a feladatokat, hogy ahova áttettük ott jól kihasználjunk mindent, ahonnan áttettük, ott meg lekapcsoljunk mindent
• Selective Connectivity: a host can choose whether to be “connected” or “disconnected” (válogatott kapcsolódás) – –
Egy csomópont, vagy port, vagy gép ha nincs elég feladata lekapcsolódik (elalszik), a többi helyettesíti idıközben Ad-Hoc hálózattá válik a determinisztikus
• Sleep Scheduling: Alvásütemezés • Virtualization: (virtualizálás, látszólagosítás) – – –
Virtual Machine VMware, Vbox, stb Több virtuális gép fut, de csak annyi hardvert (HW) használ amennyi épp kell nekik. Virtualizálás: Gyakran hálózaton keresztül irodai alkalmazások, tár, számítási kapacitás 1 szerver virtualizálása = 4 tonna CO2 megtakarítás = 1.5 gépkocsi éves „termése”
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
16
„Zöld” infokommunikáció: Mit tehetünk? • Energy-Proportional Computing • machines that consume energy in proportion to the amount of work performed
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
Forrás: “The Case for EnergyProportional Computing”, Luiz André Barroso, Urs Hölzle, IEEE Computer, vol. 40 (2007)
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
17
www.bix.hu: IPv4
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
Yearly Graph (1 day averages) Weekly Graph (30 minute averages) Forrás: http://www.bix.hu/ 2011.02.08.
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
18
Terhelésfüggı fogyasztás • Egy korszerő szerver fogyasztása csökken a terhelés csökkenésével, de nem eléggé
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
Forrás: “The Case for EnergyProportional Computing”, Luiz André Barroso, Urs Hölzle, IEEE Computer, vol. 40 (2007)
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
19
Multicore Environment (többmagos környezet) „Sleep Scheduling” & „Selective Connectivity” példák • • • • •
Eddig a processor sebességét növelték Most párhuzamosítanak Sokmagos processorok Miért? Fogyasztásnövekedés lassul!
• Moore's law • The number of transistors that can be placed inexpensively on an integrated circuit doubles approximately every two years.
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
20
Órajellel nı a disszipáció! Forrás: http://www-vlsi.stanford.edu/papers/tni_slpe_94.pdf
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
21
Moore törvény
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
22
„Zöld” infokommunikáció: Az elıadás felépítése • Motiváció • Nehézségek ismertetése • Mit tehetünk? – Általános → Szakosodott – Technológia → Architektúra → Üzemeltetés
• Üzenet
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
23
Fogyasztás • Szerverfarmok, Adatközpontok, Internet • A legnagyobb fogyasztó fogyasztók: - eBay - Google - Amazon.com - Yahoo … • Egy átlagos 1U (rack egysé egység) 24 Ethernet porttal rendelkező rendelkező rack switch legalá legalább 250W energiá energiát fogyaszt. • Ez egy évi folyamatos haszná használat eseté esetén 2190kWh. Ha az energia forrá forrása szé széntü ntüzelé zelésű erő erőmű, akkor ehhez 800kg szé szén elé elégeté getésére van szü szüksé kség, melynek sorá során tö több, mint 2 tonna szé szén-dioxid és egyé egyéb szennyező szennyező anyagok kerü kerülnek a lé légkö gkörbe és mé még nem is emlí említettü tettük a szé szén kitermelé kitermelése és a szá szállí llítása sorá során keletkezett szennyezé szennyezést. Ezt szorozzuk be pá pár tí tízmillió zmillióval és megtudhatjuk, hogy a napjainkban mű működő rack switchswitch-ek milyen hatá hatással vannak a kö környezetü rnyezetünkre. Forrás: greenercomputing.com
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
24
Hozzáférés!!! HasználjunkPoNokat (FTTH)
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
25
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
26
Mobil Hálózatos Példa • Magas a fogyasztás – (2W felhasználónként, vezetékesnél 5W) – 1 mobil CO2 1 évre megegyezik egy gépkocsi másfél órás üzemével
• Heterogén a hálózat • Zöld: – „Sleep” & „Consolidation” – Sok alvás és megszilárdítás
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
27
2010-e-energy-mobile-unplugged.pdf Mobile Networks Unplugged Jukka Manner, Marko Luoma, Jörg Ott, Jyri Hämäläinen • 2G bázisállomásfogyasztása: 0.5-1kVA • 3G kétszer annyit: 1-2kVA • LTE még több: 1,5-3 kVA • Régi tecnnológiák lassan kiiktatva – Pl Finnországban GSM 5 éven belül megszőnik
• Cellaméret csökken → Bázisállomások száma nı • Azonos lefedettséghez és minıséghez 10x több energia kell 3Gnek mint GSM-nek • 60x több LTE-nek mint GSM-nek • 3 kVA LTE bázisállomásonként szolgáltatónként értendı!!!
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
28
Horisontal vs. Vertical Handover • Vízszintes vagy függıleges átadás?
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
29
Horisontal Handover • Lélegzı cella (Breathing Cell) • Esernyı cella (Umbrella) Zzzz... Zzzz...
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
30
Vertical Handover • Sok alvás és megszilárdítás Zzzz... Zzzz...
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
31
Vezetékes Fix Hálózatos Példa • A hozzáférés fogyaszt sokat! – PON ajánlott (Passzív Optikai Hálózat)
• Gerincben 2 réteg – EPS: Electronic Packet Switching • Elektronikus csomagkapcsolás
– WDM: Wavelength Division Multiplexing • Hullámhosszosztásos nyalábolás
• Zöld: – „Grooming”, „Sleep”, „Consolidation” – Kötegelés, alvás, megszilárdítás
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
32
2 réteg: EPS + WDM Zöld? TDM
λXC
fibres wavelengths
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
hybrid XC EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
33
2D MEMS: Micro Electro-Mechanical Systems Mikro elektro-mechanikai rendszerek
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
34
3D MEMS – a tükröcskék Forrás: Lucent
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
35
3D MEMS – Mőködési elv Electrical Cables Input MEMS Array Input Optical Fiber Bundle
Output Optical Fiber Bundle Output MEMS Array
Hermetic Enclosure
Electrical Cables
Forrás: Lucent
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
36
Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C
A
B
D
A
B
D
A
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
C
B
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
C
D
37
2 réteg: EPS + WDM Zöld?
Zzzz...
TDM
Zzzz...
λXC
fibres wavelengths
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
hybrid XC EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
38
Összefoglalás (1./2) • Környezeti és gazdasági szempont itt összecseng – Kisebb fogyasztás → alacsonyabb költség – Kisebb fogyasztás → kisebb környezetkárosítás
• Egyensúly a beruházási (CAPEX) és üzemeltetési (OPEX) ráfordítások között – Alacsony OPEX (Operational Expenditure) ↓ – Gyorsan térülı CAPEX (Capital Expenditure)
• Itt architektúra és üzemeltetésen Nem technológián a hangsúly
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
39
Összefoglalás (2./2) Üzenet: • Nem hanyagolhatjuk el a „zöld” szempontot! Nem folytathatjuak a strucc-politikát! • Egy nem elég - Minden fronton egyszerre kell Mindenki tegye a dolgát • De hazaérvén, biztos ami biztos, ültessen mindenki néhány fát!
[email protected]
„Zöld” infokommunikáció
EMT ― Kolozsvár ― 2011.04.15.
40
