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Il risparmio energetico e il recupero di energia nelle reti di telecomunicazioni

Informazioni tesi

  Autore: Antonino Alessio Di Paola
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Catania
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria dell'informazione
  Relatore: Giovanni Schembra
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 90

Oggigiorno il tema del risparmio, e quello energetico in particolare, è diventato quanto mai attuale. Con la crescente diffusione del web e dei servizi informatici offerti, è aumentato in questi anni sempre di più l’uso di computer, di access point, di server, di data center ed anche dei telefoni cellulari di ultima generazione (gli smartphone) per accedere a questi servizi, con il conseguente consumo energetico che è salito alle stelle. Tutta questa energia non è utilizzata solo per gli scopi di esecuzione pura del lavoro, vi è infatti la presenza di perdite in erogazione di potenza, di inefficienze di alimentazione e raffreddamento e di costi infrastrutturali che aggravano ulteriormente il consumo e sprecano molta energia. Inoltre, oltre a questi problemi, c’è da fare i conti col fatto che parecchi elementi delle reti di computer o di sensori wireless ed i telefoni cellulari sono alimentati da batterie, dotate solo di una quantità limitata di energia, per cui questa deve essere sfruttata al massimo e nel migliore dei modi. Quindi per abbassare i consumi e l’inquinamento dovuto all’alto fabbisogno energetico si stanno sviluppando tecniche di progettazione, algoritmi di scheduling del lavoro e di routing del traffico, sistemi e strumenti efficientemente eco-sostenibili, e anche dispositivi in grado di generare energia assorbendo quella presente in grande quantità nell’ambiente e proveniente da varie fonti alternative ai combustibili fossili, quali ad esempio i raggi del sole, la radiazione della luce in ambienti interni, il vento, le vibrazioni e addirittura l’uomo stesso. La tesi si occupa di due aspetti importanti che riguardano l’energia, il suo risparmio e suo il recupero. Il primo capitolo è composto da quattro paragrafi in cui vengono trattate diverse tematiche che riguardano il problema del consumo energetico in diversi aspetti; nel primo di questi viene introdotto il problema e indicate quali sono le sfide che gli operatori che vogliono gestire le tecniche per risparmiare energia affrontano, nel secondo ci si concentra sulle grandi reti di computer in generale affrontando i temi dell’approvvigionamento dei server, di cui viene presentata anche una
soluzione eco-consapevole, della computazione di funzioni distribuite in rete in generale e nel particolare caso delle reti casuali e degli algoritmi di scheduling eco-consapevoli che garantiscono la stabilità della rete, ovvero ne mantengono la coda limitata nel tempo; il terzo paragrafo è centrato sulle reti wireless di cui vengono descritte le caratteristiche, considerati i due parametri importanti del throughput e del consumo energetico attraverso l’uso della curva ottimale throughput-energia, forniti i limiti sui consumi nelle strategie di comunicazione più note e nel caso particolare di rete di sensori, viene presentata una nuova tecnica che permette il trasferimento dell’energia elettrica senza fili, cosa che permette di rendere il tempo di vita dei sensori stessi, alimentati da batterie, praticamente illimitato; infine l’ultimo paragrafo si occupa del problema del risparmio dell’energia delle batterie negli smartphone per il collegamento ad internet, viene presentata una soluzione che, in alcune situazioni, permette di estenderne il tempo di vita. Il secondo capitolo è centrato sull’energy harvesting, tecnica col quale l’energia disponibile nell’ambiente, qualunque ambiente, in diverse forme viene catturata, elaborata e riutilizzata come energia elettrica; questo capitolo nei suoi due paragrafi presenta l’importanza del recupero energetico, ne descrive le caratteristiche e fornisce alcuni esempi applicativi nei casi particolari di recupero da fonti piezoelettriche(vibrazioni), da calore e dalle radiazioni di una lampada fluorescente; fornisce pure uno studio sul caso di energia della luce radiante in ambienti interni usata per alimentare una rete. Lo scopo di questo elaborato è quello di capire quali sono le tecniche e le strategie per poter ridurre i consumi e aumentare l’efficienza energetica.

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7 Capitolo 1 Risparmio energetico In questo capitolo verranno trattate tematiche riguardanti il risparmio energetico in ambiti diversi, per le grandi reti di computer e i data center, le reti wireless multi hop e per la connessione a internet con gli smartphone. 1.1 Il problema del consumo energetico Il problema ambientale ed economico che comporta l’alto fabbisogno energetico è piuttosto serio e porta i produttori di computer a sviluppare tecniche di risparmio energetico per la computazione, la conservazione, e le apparecchiature di rete. Un esempio è dato dall’energia consumata dai data center e, in particolare, nei server ospitati in essi; poichØ vi è una crescente diffusione del web e la domanda di servizi Internet va aumentando, il consumo di energia consumata nei data center è salita alle stelle. Nel 2006, infatti, server e data center hanno consumato 61 miliardi di kWh con un costo di 4,5 miliardi di dollari, e la domanda è destinata a raddoppiare entro il 2011 [1], solo negli Stati Uniti la proiezione è di 100 milioni di kWh per quanto riguarda il consumo e di 7,4 milioni di dollari per il costo complessivo; recenti studi stimano che un server consuma 300W e circa 330$ di energia per anno [2]. Purtroppo, gran parte di questa energia viene sprecata in basso utilizzo: in un tipico data center, i server funzionano al 30% della loro possibilità e consumano almeno il 65% del potenza [3]. Questo spreco è aggravato dalle perdite in erogazione di potenza, dalle inefficienze di alimentazione e raffreddamento e dai costi infrastrutturali. Queste tecniche mirano a fornire energia proporzionale al calcolo attraverso (a) l’utilizzo del consolidamento per spostare i carichi di lavoro fuori

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Parole chiave

risparmio energetico
aes
wsn
throughput
energy harvesting
recupero di energia
curva throughput-energia
comunicazione broadcast
comunicazione multicast
comunicazione bordercast
wizi-cloud
approvvigionamento eco-consapevole
computazione in rete
algoritmi di scheduling eco-consapevoli
rete stabile
reti wireless multi hop
reti di sensori wireless
accesso a internet eco-consapevole per smartphone
energia delle batterie
energia della luce radiante in ambienti interni
trasduttore seebeck
trasduttore piezoelettrico
wcv
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