Diseño energéticamente eficiente de tarjetas de línea y grupos de agregación de enlaces en redes de comunicaciones cableadas

Durante los ultimos anos, el incremento del consumo de energia derivado del uso de las Tecnologias de la Informacion y de las Comunicaciones (TIC) ha atraido la atencion desde dos puntos de vista distintos: el medioambiental y el economico. Por un lado, son responsables de la generacion de alrededor de un 2-4% de las emisiones de dioxido de carbono (CO2) a la atmosfera a nivel mundial, mientras que por el otro, su consumo de energia se acerca al 10% de la energia electrica mundial y presenta una tendencia al alza, lo que se traduce en un elevado coste economico. Las redes de comunicaciones representan un gran porcentaje de estos valores. Sin embargo, son una de las areas mas prometedoras en las que conseguir una reduccion significativa del consumo de energia global y, por ende, de las emisiones de CO2 para preservar el entorno contra el temido cambio climatico. Aunque tradicionalmente los fabricantes e ingenieros de red se han centrado en maximizar el rendimiento de las redes comunicaciones, en la actualidad se propone una aproximacion diferente que consiste en considerar criterios de eficiencia energetica. De entre las distintas estrategias que existen para reducir el consumo de energia de las redes de comunicaciones, el trabajo realizado en esta tesis se centra en proponer un diseno de enlaces y de grupos de agregacion de enlaces o �Link Aggregation Groups� (LAG) energeticamente eficientes que se traduzca en un ahorro de energia significativo en las redes que los incorporen. Inicialmente se definen una serie de conceptos que permiten caracterizar de forma generica el consumo de energia de un determinado enlace: nivel de energia, funcion de energia y distribucion de energia. Mediante la aplicacion de dos tecnicas que se basan en la desactivacion temporal de componentes y en la adaptacion de la velocidad a la que estos trabajan, se ha realizado una propuesta en la que se utilizan meta-heuristicas basadas en la computacion bio-inspirada para evaluar la posible reduccion del consumo de energia de la red. Tras un conjunto de simulaciones sobre topologias de red reales de distinto tamano para las que se explota la variacion de la carga de trafico a lo largo del dia, se obtienen una serie de resultados que demuestran que no es necesario que los fabricantes construyan tarjetas de linea que soporten un elevado numero de modos de operacion distintos para conseguir un ahorro significativo de energia. En concreto, basta con que dispongan de 4 modos de operacion como maximo para lograr mejorar en gran medida la eficiencia energetica de una red. Una vez evaluada la propuesta relacionada con el diseno de tarjetas de linea energeticamente eficientes, el problema se generaliza y extiende su ambito de aplicacion a los LAG. Partiendo de las definiciones iniciales que caracterizan el consumo energetico de un determinado enlace, se define el concepto de funcion de energia equivalente de un LAG y se procede a su calculo mediante la utilizacion de programacion lineal. Esta funcion permite, dada una carga de trafico concreta, configurar un LAG de modo que su consumo de energia sea el minimo necesario para poder satisfacerla. En base a la evaluacion realizada, se realizan una serie de recomendaciones por un lado a los fabricantes de tarjetas de linea para que puedan construir tarjetas que sean a la vez energeticamente eficientes y dispongan de un compromiso con respecto a la complejidad de su fabricacion y, por otro, a los administradores de red en relacion a la formacion y configuracion de LAG cuando sus disenos de red asi lo requieran para que estos sean energeticamente eficientes y el consumo de la red se vea reducido. Los resultados obtenidos sobre un enlace real para el que tambien se explota la variacion de la carga de trafico a lo largo del dia demuestran que desde el punto de vista de la eficiencia energetica es mas interesante considerar LAG con un numero mayor de enlaces agregados antes que disponer de LAG cuyos enlaces implementen distinta tecnologia. La informacion extraida de las conclusiones de esta tesis puede resultar de interes a fabricantes de tarjetas de linea y a administradores de red que deseen incorporar caracteristicas de eficiencia energetica en sus respectivos ambitos de aplicacion.