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MAGGIO 2012
FIELDBUS & NETWORKS
52
Fieldbus & Networks
I
n tutti gli edifici industriali, commerciali
e civili sono presenti PC, stampanti e ap-
parati di comunicazione come modem,
router, videocitofoni, telefoni VoIP, set top
box ecc., collegati con cavi UTP (Unshiel-
ded Twisted Pair) attraverso la tecnologia Ether-
net, in conformità a uno dei protocolli definiti
dallo standard Ieee 802.3 Fast Ethernet (100
Mbps) o, sempre più spesso, Gigabit Ethernet
(1 Gbps). Generalmente questi apparati sono
sempre pronti, in ogni istante, 24 ore al giorno,
a inviare e ricevere dati a prescindere dall’ef-
fettiva necessità d’impiego. Sui cavi, pertanto,
scorre continuamente un flusso di pacchetti idle
(inattivi) alla massima potenza, in entrambe le
direzioni (figure 1 e 2). Questo stato di cose com-
porta ovviamente uno spreco di energia.
Lo standard EEE-Energy
Efficient Ethernet
Il problema è stato affrontato da Ieee nel 2007
con la creazione di una task force incaricata di
definire una modalità di funzionamento di Ether-
net a basso consumo di energia. Questo lavoro
ha portato, nel 2010, alla definizione dello stan-
dard Ieee 802.3az, detto anche EEE-Energy Effi-
cient Ethernet.
Lo standard EEE definisce un metodo tramite
il quale i dispositivi Ethernet possono passare
dallo stato di funzionamento normale a uno
stato caratterizzato da basso consumo in ri-
sposta ai cambiamenti della domanda di traf-
fico della rete. In questo modo, in mancanza di
dati da trasferire, i componenti elettronici che
si interfacciano su entrambi i lati del cavo UTP,
possono assumere la modalità di funzionamento
a basso consumo (stato ‘quiet’), pur evitando di
far cadere il collegamento e rimanendo sem-
pre pronti a risvegliarsi per tornare allo stato
di funzionamento normale (stato ‘active’), non appena arrivano dati
da trasmettere. In figura 3 e nella relativa tabella sono riportate le
tempistiche definite dallo standard per il passaggio allo stato quiet e
il ritorno allo stato active, per le versioni Fast Ethernet (100Base-TX)
e Gigabit Ethernet (1000Base-T). Le figure 4 e 5 mostrano invece il
segnale relativo ai pacchetti LPI (Low- Power Idle) che transitano sul
cavo Ethernet nella modalità a basso consumo. Naturalmente, l’ef-
fettivo funzionamento di una rete Ethernet in modalità EEE richiede
che i componenti elettronici da entrambi i lati del cavo siano in grado
di supportare questo standard. Essi, infatti, devono riconoscersi re-
ciprocamente in fase di accensione (auto-negoziazione); inoltre, i di-
spositivi di livello fisico Ethernet devono essere in grado di effettuare
comunicazioni aggiuntive (riguardanti i segnali di ‘sleep’, ‘refresh’ e
‘wake’, tipici di EEE) e di interagire con i rispettivi MAC Ethernet af-
finché questi risveglino il livello fisico, attraverso specifici messaggi
idle, quando iniziano ad accumularsi dati da trasferire.
I risparmi energetici ottenibili con EEE
Prendendo come esempio gli ultimi componenti presentati da Marvell,
produttore attivo nel campo degli switch e dei transceiver Ethernet,
il risparmio energetico ottenibile tramite lo standard Energy Efficient
Ethernet nello stato quiet, cioè in assenza di pacchetti trasmessi,
ammonta a 300 mW per ogni porta Gigabit Ethernet e a 65 mW per
ogni porta Fast Ethernet. L’entità dei risparmi energetici complessivi a
livello d’intero impianto dipende ovviamente dal numero di porte e dal
tasso di utilizzo della rete: più lunghi sono i tempi d’inattività, maggiore
sarà il risparmio. Per fornire alcuni esempi occorre ipotizzare degli
scenari d’uso. Un possibile scenario riguarda un condominio di medie
dimensioni dotato di videocitofoni collegati in rete Gigabit Ethernet;
ipotizzando un tasso di utilizzo medio dei videocitofoni, è possibile
calcolare un risparmio di circa 100 kW all’anno. Risparmi significativi
sono possibili anche per le reti che collegano i telefoni VoIP, poiché gli
apparecchi telefonici rimangono inutilizzati per la maggior parte del
RIDUCENDO I CONSUMI DI POTENZA NEI
PERIODI IN CUI LA RETE NON TRASPORTA
DATI, LO STANDARD EEE CONSENTE DI
OTTENERE UN RISPARMIO ENERGETICO
SIGNIFICATIVO
LO STANDARD
ENERGY EFFICIENT
ETHERNET
di
Alberto Campi
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