Tesis doctoral de Sergio Ricciardi
La infraestructura de internet, tanto de red como de centros de proceso de datos, ya alcanza un enorme volumen, pero este incremento no ha sido compensado con la misma rapidez en aspectos relacionados con el gasto energético. El consumo de energía y las emisiones de gases efecto invernadero (gei) de internet han pasado a ser un problema relevante en la sociedad de la información y las comunicaciones. En este entorno, falta un paradigma de largo alcance orientado a la energía, que considere el consumo de energía, las emisiones de gei y la disponibilidad de recursos renovables. Esta tesis está enfocada hacia estos problemas e intenta compensar la falta de ese paradigma en la infraestructura de internet, proponiendo modelos energéticos para nuevas arquitecturas, así como algoritmos y protocolos conscientes de la energía para optimizar su uso y minimizar las emisiones de gei, preservando los objetivos de calidad tradicionales de redes y centros de procesamiento de datos, así como asegurar la posibilidad de servir el mayor número de demandas posible y maximizar la disponibilidad del sistema. Para alcanzar una infraestructura de internet orientada a la energía, se han solucionado problemas específicos y ligados a una estructura común de largo alcance. Hacia este objetivo, se ha modelado a través de modelos energéticos el consumo de los dispositivos bajo diferentes cargas, y se han valorado diversas estrategias de gestión de la energía para que las infraestructuras de red alcancen funcionalidades avanzadas con un presupuesto de energía limitado. Se han propuesto esquemas integrados de encaminamiento y asignación de longitud de onda (rwa) (formulaciones ilp, heurísticas y meta-heurísticas, teoría de los juegos, mínima afinidad, mínimo corte) para diferentes escenarios (conocimiento completo o parcial del estado de la red, control global o individual de los elementos de red, diferentes requisitos de computación y de espacio). Los algoritmos de rwa conscientes de la energía requieren un protocolo de encaminamiento que distribuya informaciones actualizadas sobre el consumo energético y las emisiones de gei de los elementos de red. Se han desarrollado extensiones de los mensajes de aviso sobre el estado de la red (lsa) del protocolo ospf-te para transportar informaciones sobre la energía, añadiendo nuevos tlvs directamente a las extensiones te de ospf. El problema de la optimización de las conexiones se ha formulado como un proceso de refinado iterativo de pasos múltiples estructurado como una meta-heurística grasp, que permite encaminar las conexiones para mantener el tráfico de la red balanceado y liberar recursos para servir posteriores conexiones. Para respaldar las tareas de investigación, se ha desarrollado simulnet, un simulador de redes de encaminamiento de longitudes de ondas (wdm), para el diseño, optimización y evaluación de algoritmos de rwa. Se ha desarrollado energyfarm, un gestor de energía para los modernos centros de procesamiento de datos que, a través de un algoritmo de armonización entre demanda y servicio ofrecido y funcionalidades de agregación de las tareas, permite apagar los servidores no usados respetando los requisitos de las peticiones y las dependencias físicas y lógicas de los dispositivos. Se han evidenciado por primera vez los riesgos relacionados con los ataques orientados a la energía y se ha valorado su potencial impacto. Finalmente, se ha proporcionada una visión holística de internet orientada a la energía, en la que arquitecturas eficientes energéticamente están alimentadas por una smart grid con fuentes renovables y controlada por un plano de control inteligente y consciente de la energía, capaz de operar en internet para minimizar su huella ecológica. Los trabajos de investigación de esta tesis conducen hacia un paradigma orientado a la energía para una infraestructura sostenible de internet de alto rendimiento que optimice su huella ecológica sin afectar el rendimiento.
Datos académicos de la tesis doctoral «Energy-oriented optimizations towards sustainable internet«
- Título de la tesis: Energy-oriented optimizations towards sustainable internet
- Autor: Sergio Ricciardi
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 22/11/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Davide Careglio
- Tribunal
- Presidente del tribunal: paola Festa
- paolo Monti (vocal)
- (vocal)
- (vocal)