Algoritmi di instradamento a basso impatto ambientale per servizi di cloud computing in architetture di rete IP su WDM

Energy consumption of Information and Communication Technologies (ICT) is growing rapidly in these years, also because of new distributed computing paradigms, such as Cloud Computing, requiring data centers that consume a large amount of energy and emit tons of CO2. So given our limited global energy resources and the increasing problem of the global warming, it is imperative that we accelerate the research and development of "Green ICT" solutions. Fortunately, ICT also has the tools to reduce its CO2 output. With today’s telecom technologies, there is no reason why data centers need to be located close to their users. These sites can be located near renewable energy sites (e.g., solar or wind energy plants), and they can be accessed via reconfigurable optical networks. Note that moving data over optical networks towards these facilities would be more efficient than transporting the produced energy over power transmission grids, where losses would be much higher. In particular this thesis focuses on the transfer of energy-intensive data processing towards data centers powered with renewable energy to minimize CO2 emissions. First we have modelized the energy cost for different type of Cloud services and we've studied size and capacity of renewable energy sources. Then we've developed two routing algorithms for Cloud Computing services, with the aim to maximize the usage of renewable energy (Sun and Wind), following their daily distribution, and minimize the CO2 emissions of data centers, considering a trade-off with energy consumption for the transport equipments. The results show that a reduction in CO2 emissions can be achieved employing renewable energy source, saving about 60% of non renewable energy in data centers and 25% in total non renewable energy, with no great increase in blocking probability.

Il consumo di energia legato all'Information and Communication Technology (ICT) sta crescendo rapidamente negli ultimi anni, anche a causa dei nuovi paradigmi di calcolo distribuito, come il Cloud Computing, che richiedono grandi data center con elevati consumi ed emissioni di tonnellate di CO2. Per questo motivo, a causa delle limitate risorse globali di energia e del sempre più grande problema del riscaldamento globale, un aumento della ricerca e dello sviluppo di soluzioni di "Green ICT" è diventato un imperativo. Fortunatamente l'ICT ha gli strumenti per ridurre le sue stesse emissioni. Data la tecnologia ottica attuale, non c'è motivo per cui i data center siano posizionati vicino ai loro utenti. Questi siti possono essere posizionati vicino a fonti di energia rinnovabile (per esempio centrali ad energia eolica o solare) e vi si può accedere tramite reti ottiche riconfigurabili. Trasferire i dati attraverso le reti ottiche verso queste strutture è più efficiente che trasportare l'energia prodotta attraverso le linee di trasmissione, in cui le perdite sono molto più alte. In particolare questo lavoro si concentra sul trasferimento del processing dei dati verso data center alimentati da energia rinnovabile per la minimizzazione delle emissioni di CO2. Nella prima fase del nostro lavoro abbiamo svolto un lavoro di modellizzazione del costo energetico delle diverse tipologie di servizi Cloud e abbiamo effettuato un dimensionamento delle fonti di energia rinnovabile da utilizzare. In seguito abbiamo sviluppato due algoritmi che instradano connessioni di un servizio di Cloud Computing, cercando di massimizzare l'utilizzo di energia rinnovabile (sole e vento), seguendone l'andamento giornaliero, e quindi minimizzino le emissioni di CO2 dei data center, considerando un trade-off con i consumi energetici nella fase di trasporto. I risultati mostrano che si può ottenere una riduzione delle emissioni utilizzando fonte di energia rinnovabile fino al 60% per l'energia non rinnovabile utilizzata nei data center e del 25% per l'energia non rinnovabile totale, senza riscontrare considerevoli aumenti della probabilità di blocco.