VDE: Kommunikationsnetzwerke sollen Energie sparen

Wie nachhaltige-it schon berichtete, hat der Der Verband der Elektrotechnik, Elektrnik und Informationstechnik e.V. (VDE) eine Studie publiziert, in der es um die Verbesserung der Energieeffizienz von Kommunikationsnetzen geht. Hier einige Details für die, die nicht dazu kommen, die Studie herunterzuladen:

Die Untersuchung geht davon aus, dass sogenannte e-Services etwa acht Prozent der global erzeugten elektrischen Leistung verbrauchen, das entspricht etwa 160 GWh (Gigawattstunden). 2020 sollen es schon 400 GWh sein. Pro Jahr steigt der Energieverbrauch in Kommunikationsnetzen um 16 bis 20 Prozent. Ein besonderer Motor von Verbrauchssteigerungen sind die Breitbandnetze.

Die wichtigsten Verbrauchstreiber in Deutschland sind Kupfer-Zugangsleitungen für DSL mit den dazu gehörigen drahtlosen Routern, die Basisstationen des Mobilfunknetzes, Hochgeschwindigkeits-Firmenlans. Knoten des Weitverkehrsnetzes verbrauchen anteilsmäßig nicht sher viel, haben aber wie Rechenzentren eine sehr hohe Energiedichte.

Ein wichtiger Ansatzpunkt zur Steigerung der Energieeffizienz ist laut VDE der verstärkte Einsatz optischer Technik, weil dadurch
– weniger Kühlbedarf anfällt
– mehr Bauteile auf kleinerer Fläche integriert werden können
– neue, energieeffizientere Netzstrukturen möglich werden.
Deshalb fordert der CVDE die Entwicklung eines paketorientierten, passiven optischen Transportnetzes mit bis zu 100 TBit/s pro Knoten und nur einem Hundertstel des üblichen Energieverbrauchs.

Hier dürfte aber das breitflächige Vorhandensein einer Kupfer-Infrastruktur sowie die immer noch hohen Kosten von Glasfaser hinderlich wirken.

Viel erhofft sich der VDE auch von dynamischen Aktivierungs- und Deaktivierungsmechanismen, also dem Abschalten momentan nicht benötigter Komponenten, Funktionen oder ganzer Geräte. Allerdings mahnt der Verband erhebliche Forschunganstrengungen an, bis das verwirklicht werden kann. So müsste das Zusammenwirken der Netzschichten und -funktionen komplett neu überdacht und geregelt werden. Hierdurch seien Einsparungen bis 60 Prozent möglich.

Außerdem könne man völlig neue Netzwerk-Paradigmen entwickeln, zum Beispiel Netze, die sich gegenseitig unterstützen und ihre Ressourcen wechselseitig optimal ausnutzen (kooperatives Networking), KI-Mechanismen nutzen (kognitives Networking), den Verbindungszustand der jeweiligen Netzverbindungen besser berücksichtigen (opportunistisches Networking) – dies besonders bei Netzen mit mobilen Teilnehmern – oder die Relevanz beziehungsweise Irrelevanz von Verzögerungen selbst einschätzen und Daten entsprechend behandeln können.

Bei der Verbesserung der Energieeffizienz von Mobilnetzen setzt der VDE auf
– Energieverbrauchsreduktion der Einzelgeräte (bei Basisstationen: selbstorganisierendes Management, teilweise An- oder Abschaltung, höhere Wirkungsgrade bei leistungsverstärkern)
– Energieeinsparung als generelles Optimierungskriterium
– Nutzung niedrigerer Frequenzbereiche, wo dies möglich ist
– möglichst kleinen Betriebsfrequenzen
– Protokolloptimierung in Hinblick auf die Energieeffizienz
– neue Antennentechnologien
– Integration von Ad-hoc-Netzen in die Infrastruktur
– selbstorganisierende Multi-Hop-Zugangsnetze
– Installation von Femtozellen für die Innenversorgung

Weiter fordert der VDE grundsätzlich andere Optimierungsziele beim Bauelementedesign. Es habe bisher eine einseitige Fixierung auf die „Auslegung der Systeme auf Siptzenbetrieb“ gegeben. Neue Technologien wie Carbon-Nanotubes, Nanowires und Molekularelektronik oder Quantenelemente könnten hier helfen. Auch auf Bauelementen sei ein dynamisches Energiemanagement möglich, Overheads müssten verringert werden. Lpgik solle möglichst fest verdrahtet werden, sofern Funktionen ausreichend stabil sind. Gerade in Netzwerkprozessoren könne man durch gezieltes Power-Management im SoC (System on a Chip) viel erreichen.

Am Ende seiner Untersuchung schließt der VDE den Kreis zwischen IT und Energietechnik: Netzwerke mit ihren im ganzen Land verteilten Stationen, Verteilern und Kabeln seien die „größten und mächtigsten … Systeme der modernen Industriegesellschaft“ könnten zur dezentralen Energiegewinnung und -einspeisung verwendet werden. Außerdem könne man die Abwärme der Geräte sinnvoll nutzen.

Kommentar: Es ist dankenswert, dass sich endlich eine der großen Industrievereinigung der Rolle der Netze beim Energieverbrauch annimmt, das Thema wurde schon zu lange ignoriert. Die vielen vorgeschlagenen Maßnahmen bedürfen allerdings erheblicher Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen. Visionär und zukunftsweisend ist, dass der VDE die Vorstellungen der IT-Infrastrukturen als Bestandteil der zukünftigen Energieinfrastruktur (Stichwort Smart Grid) aufgreift und noch erweitert.

Summary: VDE analyzed future possibilities to reduce the energy use of public and private network infrastructures. Most important according to the study are the building of a passive optical 100 Tbit/s backbone infrastructure, a reworking of all interconnection and protocol mechanisms in local and global networks aiming to enable new mechanisms of energy saving (e.g. partial switchoff of components or switch-on on demand, cooperation instead of competition among different networks, AI use etc.) and a new philosophy in system and chip design that puts „energy efficiency“ first.

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