Con el surgimiento de tecnologías como 5G y Wi-Fi 6, prácticamente se ha confirmado que el futuro se está orientando hacia la infraestructura inalámbrica. Casi todos los dispositivos portátiles integrados en una computadora cuentan con algún tipo de conectividad inalámbrica; celular, Wi-Fi, Bluetooth y radio, entre los más comunes. Toda la infraestructura de redes se denomina Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC, por sus siglas en inglés), y este es uno de los sectores tecnológicos más críticos de los últimos tiempos. Una de las principales aplicaciones de las TIC son las redes de telecomunicaciones, lo cual constituye el bloque fundamental detrás de la existencia, o el origen, de todos los teléfonos inteligentes en el mundo.
Actualmente, la infraestructura de red representa una cantidad significativa de la huella energética en las TIC. Se estima que las TIC son responsables de entre el 2 y el 4 % de las emisiones globales de carbono. Además, el número de usuarios de Internet está aumentando a un ritmo muy rápido, con más de 5000 millones de usuarios activos, y se espera que aumente en 300 millones más durante el próximo año. Como resultado, existirá un aumento proyectado en la demanda de electricidad. Por lo tanto, la eficiencia energética será una de las principales prioridades para las redes cableadas y las infraestructuras de servicios, seguida de una planificación optimizada de la implementación de tecnologías inalámbricas como 5G.
Ha habido esfuerzos de investigación constantes que han analizado el consumo actual de los equipos de red y han encontrado soluciones para minimizar el consumo de energía sin comprometer la calidad del servicio. Al emplear estrategias de ahorro de energía en las TIC, es posible reducir alrededor del 15 % de la huella de carbono global. Algunas de estas estrategias se analizan a continuación.
Hibernar o apagar parcialmente la red
En la actualidad, las redes de telecomunicaciones se construyen para soportar los picos de demanda y se presta muy poca atención a los escenarios de carga media y ligera. Por lo tanto, una red que pueda apagar los componentes cuando la demanda disminuya será más adaptable y consumirá menos electricidad en general. Una de las estrategias para lograrlo es utilizar la optimización de topología dinámica, que es muy eficaz cuando la demanda de carga fuera de las horas pico es inferior al 50 % de los niveles máximos de demanda. Esta estrategia satisface las demandas de carga actuales al seleccionar las topologías con el mínimo consumo de energía de las múltiples topologías disponibles.
También se utiliza una estrategia similar denominada asignación dinámica de ancho de banda para los tipos de redes de acceso de línea fija. Esto permite a los usuarios tener tasas de bits más altas, mientras que en el mismo medio también se pueden proporcionar tasas de bits más bajas a los usuarios que así lo requieran. Estas estrategias se están empleando en LTE Advanced, el estándar sucesor de LTE con repetidores avanzados. Quectel EM06 de Quectel Wireless Solutions es uno de esos productos basados en LTE Advanced y está optimizado para aplicaciones M2M (máquina a máquina) y de IoT. Incluye un factor de forma M.2 y puede ofrecer velocidades de hasta 300 Mbps de enlace descendente y velocidades de transferencia de datos de 50 Mbps para el enlace ascendente.
Los repetidores tradicionales siempre están encendidos, lo que amplifica o regenera la señal de una estación base a fin de aumentar el alcance de la red. Con los repetidores avanzados, la red puede controlar y activar el repetidor solo cuando un usuario está dentro de su alcance.
Derivación óptica
Apagar los componentes individuales, tal como se mencionó más arriba, ahorra una cantidad considerable de energía y, con algunas otras técnicas, se pueden lograr más ahorros de energía para los componentes que están en funcionamiento. Una de estas técnicas es la derivación óptica, que ya se utiliza para reducir la carga de los componentes en funcionamiento y disminuir los costos. El enrutador principal solo procesa el tráfico destinado al nodo intermedio, y el resto permanece en el enlace óptico. Para este propósito, se utilizan multiplexores ópticos de adición/extracción (OADM) para cambiar la trayectoria de la luz de modo que la fibra de entrada se vincule directamente con el enlace de fibra de salida. FWSF-M/D-1310/CWDM-LC de Finisar es un OADM que admite una entrada de un solo canal e incluye un conector 1310nm LC.
La derivación óptica elimina las conversiones ópticas-eléctricas-ópticas (OEO) en cada nodo mediante el uso de las conexiones cruzadas ópticas (OXC) o los OADM. El algoritmo de preparación de energía eficiente (PEGA) se utiliza para decidir la división de la trayectoria de la luz mediante el análisis del consumo de energía de los componentes de la red como enrutadores, amplificadores ópticos, transceptores, etc. De esta manera, la capacidad del enrutador se puede reducir, disminuyendo así el costo total y la energía consumida. Al utilizar la técnica de derivación óptica, se puede reducir hasta un 45 % del consumo de energía.
Velocidades de enlace adaptables
Otra forma de reducir la carga de los componentes en ejecución es utilizar velocidades de enlace adaptables en las líneas de red. Con esto, se admiten múltiples velocidades de enlace a velocidades más bajas y más altas en un solo enlace. Los usuarios cuya demanda se satisface con tarifas de enlace más bajas ahorran más en la energía consumida, y esta estrategia ya está demostrando su potencial en las puertas de enlace domésticas. Uno de los productos que puede utilizar esta estrategia es el PEF22622FV1.4 de Intel. Se trata de un transceptor SDSL de un chip de velocidad adaptable con una puesta en marcha integrada. Admite todas las velocidades de transferencia de datos desde 144 kBit/s hasta 2,3 MBit/s en etapas de 8 kBit/s.
No obstante, es posible que los usuarios intensivos que requieran velocidades de enlace más altas de hasta 10 Gb/s no noten mucha diferencia, ya que el consumo de energía siempre será más alto. Esta estrategia también tendrá un menor efecto en las redes centrales, ya que la cantidad de tráfico que se maneja siempre es constante y presenta menos variaciones.
Conmutación óptica híbrida
Algunos lugares, como los centros de datos, que manejan constantemente de una gran cantidad de tráfico, son uno de los componentes de las TIC que más consume energía debido a la enorme escala de su implementación y al funcionamiento las 24 horas, 7 días a la semana. Existe un gran potencial para el ahorro de energía en los centros de datos, y la investigación revela que mediante la conmutación óptica híbrida (HOS) se puede lograr hasta un 32 % de ahorro de energía. HOS combina circuitos ópticos, ráfagas y conmutación de paquetes en la misma red. Según la aplicación, la red basada en HOS se puede ajustar al mecanismo de transporte óptico que mejor se adapte a los requisitos de los centros de datos.
HOS consta de dos conmutadores ópticos paralelos para reducir el consumo de energía y, al mismo tiempo, aumentar el rendimiento de la red. El primero es un conmutador lento y energéticamente eficiente con ráfagas largas, mientras que el otro es un conmutador rápido con ráfagas cortas para transmisión. Esta es una estrategia flexible que se puede integrar con rapidez en la infraestructura actual y sin modificaciones importantes.
Conclusión
Las telecomunicaciones son uno de los sectores de más rápido crecimiento con un alcance masivo para el ahorro de energía. Con la introducción de 5G, se pueden utilizar muchas estrategias para lograr la optimización energética e incrementar la eficiencia energética. Las puertas de enlace en las redes domésticas también están incorporando estas estrategias, ya que son responsables de una parte considerable del consumo de energía en las zonas residenciales.
