Models and algorithms for energy saving in IP networks

In the last years, the exponential expansion of the ICT sector, and in particular of Internet, has been consequently accompanied by a considerable increase of global energetic consumptions. One of the main problems consists into the fact that network infrastructures have been dimensioned considering the peak levels of traffic, without however developing any procedures able to reduce the performances, and therefore the power consumptions, during low workload periods. The approach that we propose has the aim to avoid unnecessary wastes of energy, adapting the network topology (switching off or switching on links and routers) to the different daily scenarios of workload. This approach is called OSPES (Optimized Shortest Path for Energy Saving) and is based on the main idea of exploiting the characteristics of the OSPF (Open Shortest Path First) routing protocol, in order to determine a general routing that lets to switch off the underutilized elements (links and routers). The work is composed of two distinct parts: the switching-off stage, where we try to switch off the greatest number of network elements, and the feasible routing stage, where we calculate a set of OSPF weights able to determine a feasible (no saturated links) shortest path routing. The computational results suggest that, if low workload conditions are considered, is possible to switch off up to 50% of links and nodes currently used, always keeping the same service quality.

Negli ultimi anni, la crescita esponenziale del settore ICT, ed in particolare di Internet, è stata logicamente accompagnata da un considerevole incremento del consumo energetico globale. Uno dei problemi principali consiste nel fatto che le infrastrutture di rete sono state dimensionate considerando i livelli di traffico di picco, senza però che venissero sviluppate procedure che consentissero di diminuire le prestazioni, e quindi di ridurre i consumi, al presentarsi di condizioni di basso carico. La procedura che presentiamo ha l'obiettivo di evitare inutili sprechi energetici, adattando la topologia di rete (spegnendo o accendendo i link e i router) ai diversi scenari di traffico. Il nostro approccio si chiama OSPES (Optimized Shortest Path for Energy Saving) ed è basato principalmente sull'idea di sfruttare le caratteristiche del protocollo di routing OSPF (Open Shortest Path First), in modo da determinare un instradamento delle domande di traffico che permetta di spegnere gli elementi sottoutilizzati. La procedura è composta da due parti distinte: lo stage di spegnimento, dove si cerca di spegnere il maggior numero possibile di router e link, e lo stage dell'instradamento ammissibile, dove si ricerca un insieme di pesi OSPF che determini un instradamento per cammini minimi ammissibile (senza link saturati). I risultati computazionali mostrano come, in condizioni di basso carico, sia possibile spegnere fino al 50% dei link e dei nodi attualmente utilizzati, sempre garantendo la stessa qualità del servizio.