Risparmio energetico nelle reti di prossima generazione GCE 2011/Piero_Castoldi.pdf– WDM...
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Risparmio energetico nelle reti di prossima generazione
Piero Castoldi, Luca Valcarenghi
Forum Internazionale sulle nuove energie per lo sviluppo della smart city
Pisa 26-27 Maggio 2011
Istituto di Tecnologie
della Comunicazione, dell’Informazione
e della Percezione
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Sommario
• Introduzione al consumo di energia nelle reti telecom
• Risparmio energetico
– Nel segmento di accesso
– Nel segmento metropolitano
– Nella rete di dorsale
• Conclusioni
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Consumo di potenza di dispositivi domestici
~20 W (100 W ad incandescenza)
Lampadina compatta a basso consumo
Gigabit Ethernet ADSL modem o Optical Network Unit (ONU)
~10 W
6 ore/giorno → 120 Wh/giorno 24 ore/giorno → 240 Wh/giorno
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Banda Larga nel mondo
Total fixed (wired) broadband subscriptions, by country, millions, June 2010
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
IcelandLuxembourg
Slovak RepublicIreland
New ZealandFinland
Czech RepublicNorw ay
ChileHungaryAustria
PortugalDenmarkGreece
Sw itzerlandSw edenBelgiumPoland
AustraliaNetherlands
TurkeyCanada
SpainMexico
ItalyKorea
United KingdomFrance
GermanyJapan
United States
12.849.074 (21,3% della popolazione residente)
velocità di download di almeno 256 kbit/s
Fonte: OECD Broadband Portal (http://www.oecd.org/document/54/0,3343,en_2649_34225_38690102_1_1_1_1,00.html)
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10
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25
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35
40
Net
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Chi
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Turke
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Source: OECD
DSL Cable Fibre/LAN Other
OECD Fixed (wired) broadband subscriptions per 100 inhabitants, by technology, June 2010
OECD average
20.9% popolazione (12.607.776) DSL
0.5% popolazione (301.621) Fibra
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Consumo Energetico per categorie
Parte rimanente home networks
Fonte: C. Lange, D. Kosiankowski, R. Weidmann, and A. Gladisch, “Energy Efficiency in the Future Internet: A Survey of Existing Approaches and Trends in Energy-Aware Fixed Network Infrastructures”, IEEE JSTQE, March/April, 2011
Consumo energia delle reti di telecomunicazione Consumo per tecnologia di trasmissione
Fonte [Didier Colle, ONDM 2010]
Consumo di Sistemi a singolo canale o consumo per canale
Multi-lunghezza d'onda
• Efficienza energetica:
– WDM trasparente è più efficiente
– BB aggregato più efficiente di accesso metro
– Commutazione di circuito più efficiente
di commutazione di pacchetto
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Approcci per la Green Internet Fonte: L. Valcarenghi, D. Pham Van, P. Castoldi, “How to Save Energy in Passive Optical Networks”, Invited paper, ICTON 2011 Fonte: Shing-Wa Wong, L. Valcarenghi, She-Hwa Yen, D.R. Campelo, S. Yamashita, L. Kazovsky, “Sleep Mode for Energy Saving PONs: Advantages and Drawbacks”, GrennComm2, IEEE Globecom 2009 Workshops BEST PAPER AWARD
Energy Efficiencyin PONs
Data LinkApproach
Joint ApproachPhysical Approach
Service orientedDevice oriented
• Physical approach riduzione del consumo di potenza a livello di strato fisico
— device oriented: si basa sulla riduzione del consumo dei dispositivi di ciascun sublayer (es. link rate adaptation)
— service oriented: si basa sul miglioramento delle funzionalità di un sublayer per abilitare nuove funzioni negli strati superiori (es. sleep mode in trx ma non rx)
• Data link approach riduzione del consumo di potenza a livello di MAC layer (spegnimento dell’intero dispositivo di linea)
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Le reti con la modalità “Sleep”
HDTV
ADMADM
U N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y
ADMADM
ADMADM ADMADM
ADMADM
ADMADM ADMADM
Residenziali o reti aziendali
PSTN GSM UMTS client aziendali Corporate
Rete CORE
Consumo di energia deve essere proporzionale alla utilizzazione
Proportional energy networking
Rete METRO
Rete ACCESSO
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Reti di Accesso
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Modalità sleep” nelle reti ottiche passive
• Gestione dell'alimentazione del dispositivo ONU
• Utilizzo di sleep & wake-up dinamico per diminuire il consumo di energia ONU
• Problema del wake-up
• Tecniche
– Lato OLT: splitter di potenza a riparto variabile e potenza in trasmissione regolabile
– Lato ONU (come definito nella ITU-T G.Sup45)
• “shedding” (Rx/Tx ON but some services, e.g. analog TV, OFF)
• “dozing” mode (Rx ON/Tx OFF)
• “sleep” mode (Rx/Tx OFF)
– Deep sleep (continuos sleep periods) vs. fast sleep (sequence of sleep cycles): significativi risparmi in deep sleep
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Fast Sleep/Dozing Mode
• Obiettivo: consentire modalità sleep e wake-up veloce della ONU-up senza grandi cambiamenti nelle architetture ONU
• Proposta: utilizzare formato di modulazione Manchester invece di NRZ per trasmissione dati
ONU1
ONU2
ONUk
ONU1
ONU2
ONUk
ONU
Receive BW
allocation
ONU
Receive BW
allocation
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Reti WDM Metro
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Progetto di rete ottica ad anello
LT terminal
OC-12 Lightpath
LT terminal
OC-12 Lightpath
FG
SH
MH
FG: First Generation
SH: Single Hop
MH: Multi Hop
SONET
traffic demands
SONET
traffic demands
9 unità 3 unità
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Architettura di nodo con grooming
• Il digital crossconnect (DXC) fa la conversione ottico-elettrico per fare il grooming, mentre optical add-drop multiplexer (OADM) con wavelength selective switch (WSS) effettua l’eventuale by-pass ottico
Pe: power for
electronic ports
Po: power for optical
ports
OADM
WSS
DXC
Traffico uscente
Traffico entrante
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Reti WDM Core
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Modalità “sleep” dei link nelle reti WDM
• I link di rete (e le relative interfacce) possono essere
– off nessun consumo di potenza
– sleep consumo di potenza trascurabile
– On attivo
• Si può attivare la modalità sleep in maniera dinamica
– Mettendo i link
scarsamente o non
utilizzati in modalità
sleep
Macchina a stati
guasto
Off Sleep On
(inizializzazione o ripristino)
r lightpaths & re-instradamento
Resv msg
manutenzione
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Re-instradamento “make-before-break”
• Tre stati: "sleep mode" definito link di reti ottiche (oltre a "on" e "off")
• Stato di funzionamento di link pubblicizzati da OSPF e considerato quando si esegue il routing (instradamento)
• Viene introdotto un periodico re-instradamento per ridurre il consumo di energia (es. notte e giorno) con il make-before-break approccio guidato dal nodo sorgente
Il link l è candidato
allo “sleep”
l l l
Re-instradamento
del lightpath Il link l è posto
in “sleep”
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Conclusioni
• Risparmio energetico può essere ottenuto mediante l'attivazione della modalità sleep
• Risparmio energetico particolarmente apprezzabile usando l’ottica
• Il concetto di messa in rete di energia proporzionale all’uso è applicabile anche in:
– architetture di rete di interconnessione
– stazioni di base per le reti wireless
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Grazie! Domande?
Piero Castoldi Luca Valcarenghi piero.castoldi @ sssup.it luca.valcarenghi @ sssup.it
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Back-up
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Performance Evaluation – TDM Schedule
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• Sleep time vs. Active time
– Ts = (N-1) * TON - TOH
– Option 3 architecture could offer savings in current 125μs GTC frames
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Network Power Consumption
versus Port Power Consumption
Total power consumption vs. Po and vs. Pe in a 10-node ring for
– Pe = 189 mW (left) and Po = 197mW (right) respectively [Tucker JLT 2006]
– connection rate is 1/3 of channel rate (40 Gb/s)
– 1 connection between each pair of nodes
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Normalized Power Consumption
SMU-GMPLS SMA-GMPLS
up to 35% power saving
up to 40% power saving
• Power consumption normalized to GMPLS without sleep mode
• r =0 : no re-routing
• r >0 : re-routing