Avec la montée des technologies telles que la 5G et le WiFi 6, il est tout à fait évident que l'on s'oriente vers des infrastructures sans fil. Presque tous les appareils portatifs intégrés à un ordinateur sont dotés d'une connectivité sans fil quelconque : technologie cellulaire, WiFi, Bluetooth et radio, pour ne citer que les plus connues. Toute l'infrastructure réseau est nommée Technologies de l'information et de la communication (TIC), qui représente l'un des secteurs les plus critiques de ces dernières années. Parmi les applications principales des TIC, on trouve les réseaux de télécommunication qui sont à la base de tous les smartphones dans le monde.
Actuellement, l'infrastructure réseau représente une part significative de l'empreinte énergétique des TIC. On estime que les TIC sont responsables de 2 à 4 % des émissions de CO2 à l'échelle mondiale. De plus, le nombre d'utilisateurs connectés à Internet augmente à un rythme rapide, avec plus de 5 milliards d'utilisateurs actifs, et on s'attend à une augmentation de l'ordre de 300 millions l'année prochaine. Par conséquent, on prévoit une augmentation de la demande en électricité. Ainsi, l'efficacité énergétique sera l'une des principales priorités pour les réseaux filaires et les infrastructures de service, suivie de la planification optimisée du déploiement des technologies sans fil comme la 5G.
Des efforts de recherche importants ont analysé la consommation actuelle des équipements en réseau et ont débouché sur des solutions pour réduire la consommation électrique sans compromettre la qualité de service. En ayant recours à des stratégies de sobriété énergétique dans les TIC, on peut réduire d'environ 15 % l'empreinte carbone à l'échelle mondiale et certaines de ces stratégies sont abordées ci-dessous.
Mettre en veille prolongée ou éteindre une partie du réseau
Les réseaux de télécommunication sont actuellement conçus pour supporter des pics de demande et on s'est très peu penché sur des scénarios de charges légères et moyennes. Ainsi, un réseau capable de débrancher les composants lorsque la demande est faible sera plus adaptable et utilisera moins d'électricité. Dans cette optique, l'une des stratégies consiste à utiliser l'optimisation topologique dynamique qui s'avère très efficace quand la demande hors pic est inférieure à 50 % des pics de demande. Cette stratégie répond aux demandes de charge actuelles en sélectionnant les topologies qui consomment un minimum d'électricité parmi plusieurs topologies disponibles.
Une autre stratégie similaire, appelée allocation dynamique de bande passante, est également utilisée pour les types de réseau à raccordement fixe. Elle permet aux utilisateurs de bénéficier de débits plus élevés tout en fournissant, sur le même support, des débits inférieurs aux utilisateurs qui en ont besoin. Ces stratégies sont employées dans la norme LTE-Advanced, qui a succédé à LTE avec les répéteurs avancés. Le module Quectel EM06 de Quectel Wireless Solutions est un de ces produits LTE-Advanced spécialement optimisés pour le M2M (Machine To Machine) et l'IoD. Il est doté d'un facteur forme M.2 et peut fournir des débits de données jusqu'à 300 Mbit/s en descente et 50 Mbit/s en montée.
Les répéteurs classiques restent allumés en permanence, ce qui amplifie ou régénère le signal à partir d'une station de base pour améliorer la portée du réseau. Avec les répéteurs avancés, le réseau peut contrôler et activer le répéteur uniquement lorsqu'un utilisateur se trouve dans son rayon d'action.
Dérivation optique
En éteignant chaque composant, comme expliqué ci-dessus, on économise une quantité considérable d'énergie et, avec quelques techniques supplémentaires, on pousse davantage les économies pour les composants encore en fonctionnement. L'une de ces techniques est la dérivation optique, qui est déjà utilisée pour réduire la charge sur les composants en fonctionnement et pour réduire les coûts. Le routeur principal ne traite que le trafic prévu pour le nœud intermédiaire et tout le reste demeure dans la liaison optique. Pour cela, des multiplexeurs optiques d'insertion-extraction (OADM) sont utilisés pour commuter le trajet optique de sorte que la fibre d'entrée s'associe directement à la fibre de sortie. Le multiplexeur FWSF-M/D-1310/CWDM-LC de Finisar est de type OADM qui prend en charge une entrée à canal unique et qui contient un connecteur LC 1 310 nm.
La dérivation optique supprime les conversions de longueur d'onde optique-électrique-optique (OEO) au niveau de chaque nœud en utilisant des OXC ou des OADM. L'algorithme PEGA (Power-Efficient Grooming Algorithm) est utilisé pour décider de partager le trajet optique en analysant la consommation électrique des composants du réseau comme les routeurs, les amplificateurs optiques, les transmetteurs, etc. De cette façon, la capacité du routeur peut être réduite, ce qui par voie de conséquence diminue le coût global et l'électricité consommée. En utilisant la technique de dérivation optique, on parvient à réduire jusqu'à 45 % la consommation d'énergie.
Débits adaptatifs
Autre moyen de réduire la charge sur les composants en fonctionnement : utiliser des débits adaptatifs sur les lignes de réseau. Ainsi, plusieurs débits avec des vitesses plus élevées et moins élevées sont pris en charge sur une seule ligne. Les utilisateurs dont la demande est satisfaite avec moins de débit consomment moins d'énergie et cette stratégie est déjà prometteuse dans les passerelles domestiques. L'un des produits capables d'utiliser cette stratégie est le PEF22622FV1.4 d'Intel. Il s'agit d'un transmetteur SDSL avec une montée intégrée. Il prend en charge tous les débits de données, de 144 Kbit/s à 2,3 Mbit/s par pas de 8 Kbit/s.
Cependant, les gros utilisateurs qui ont besoin de débits supérieurs jusqu'à 10 Gbit/s pourraient ne pas remarquer une grande différence car la consommation électrique est toujours élevée. Cette stratégie a également moins d'effet sur les réseaux centraux puisque le trafic géré reste toujours constant et affiche moins de variations.
Commutation optique hybride
Les lieux tels que les centres de données, qui gèrent en permanence de hauts niveaux de trafic, sont l'un des composants les plus énergivores des TIC à cause de l'étendue de leur déploiement et parce qu'ils fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Le potentiel d'économie d'énergie au niveau des centres de données est énorme et les recherches montrent qu'en utilisant une commutation optique hybride (HOS), on peut économiser jusqu'à 32 % d'énergie. Le HOS associe, sur le même réseau, de la commutation optique par paquets (OPS), de la commutation optique en rafale (OBS) et de la commutation de circuits optiques (OCS). Selon l'application, le réseau HOS peut être modifié pour le mécanisme de transport optique qui répond le mieux aux besoins des centres de données.
Le HOS comprend deux commutateurs optiques en parallèle pour diminuer la consommation électrique et, en même temps, augmenter les performances du réseau. Le premier commutateur est lent et économe en énergie avec de longues rafales tandis que le deuxième est rapide avec des rafales courtes pour la transmission. Nous avons là une stratégie flexible qui peut être rapidement intégrée dans l'infrastructure actuelle sans modifications majeures.
Conclusion
Les télécommunications sont un secteur à croissance rapide avec des possibilités immenses d'économies d'énergie. Avec l'introduction de la 5G, de nombreuses stratégies peuvent être adoptées pour optimiser l'énergie et gagner en efficacité énergétique. Les passerelles des réseaux domestiques sont également intégrées dans ces stratégies du fait qu'elles représentent une énorme part de la consommation électrique en zones résidentielles.
