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Mittwoch, 24. Januar 2018

Mobilfunk

Drahtlos verschlingt jede Menge Energie

Von A. Rüdiger | 25. Oktober 2013 | Ausgabe 43

Wer das mobile Internet nutzt, treibt unter Umständen den Energieverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) steil nach oben, der ohnehin steigt und steigt. Bereits 2015 werden drahtlose Techniken rund 90 % des Stromverbrauchs der gesamten IKT für sich beanspruchen. Abhilfe ist kaum in Sicht.

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Nach einer aktuellen Studie vom August 2013 im Auftrag der Amerikanischen Bergbauvereinigung ("The Cloud begins with Coal") liegt der Anteil der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) am gesamten Stromverbrauch bei mittlerweile 10 % weltweit. Das sei – umgerechnet in Energieäquivalente – um die Hälfte mehr als der Energieverbrauch der Luftfahrt.

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Zudem sei es keinesfalls sicher, dass Cloud und Mobile gegenüber stationären Formen von IKT insgesamt Energie einsparen. Denn gerade das häufige, mobile Herunterladen großer multimedialer Datenmengen verschlinge am Ende mehr Ressourcen als das Streamen derselben Dateien über Festnetz auf einen PC. Auch die behauptete gesamtgesellschaftliche Energiereduktion durch (mobile) IKT steht nach dieser Studie durchaus infrage.

Warum das so ist, damit beschäftigt sich unter anderem das australische CEET (Centre for Energy-Efficient Telecommunications), ein von Alcatel-Lucent mitfinanziertes Institut der Universität Melbourne.

Kerry Hinton, Geschäftsführer der Einrichtung, erklärt das prinzipielle Problem: "Mobiler Datentransport ist immer ineffizienter als der über Leitungen." Leitungen befördern die Information immer an einer Linie entlang zum Ziel, während drahtlose Sender sie in alle Richtungen streuen. Hinton: "Alle Richtungen, die das Ziel nicht treffen, sind dabei prinzipiell Energieverschwendung. Daran ändern auch steuerbare Antennen nur graduell etwas." Gleichzeitig wächst die Zahl der Mobilfunknutzer und die Menge der heruntergeladenen Daten exponentiell.

Wie stark der Effekt ist, damit befasst sich CEETs Studie "The Power of Wireless Cloud". Sie konzentriert sich auf den Energieverbrauch beim mobilen Herunterladen von Daten aus der Cloud. Hinsichtlich der Zunahme der Wireless-Verbindungen und des Daten-Downloads geht die Studie von den bekannten Prognosen von Cisco und anderen aus.

Cisco beispielsweise prognostiziert dem drahtlosen Datenverkehr mit der Cloud ein jährliches Wachstum von 66 % und 2015 ein Volumen von 133 Exabyte pro Monat. Da nur 17 % des Datenverkehrs direkt zwischen Endkunden und Cloud-Rechenzentren anfällt, der Rest innerhalb oder zwischen Rechenzentren, beläuft sich der Up- und Download-Verkehr zwischen mobilen Endanwendern und der Cloud 2015 nach der Cisco-Schätzung auf rund 274 Exabyte jährlich. Besonders wichtig sind dafür WLAN sowie UMTS und LTE. "Dabei ist Mobilfunk immer weniger energieeffizient als eine geteilte WLAN-Verbindung", meint Hinton.

Das CEETberechnete zunächst die Energieverbräuche pro Bit auf den einzelnen Verbindungsabschnitten und addierte sie. Öffentliche Hotspots verbrauchen danach rund 4,3 Mikrojoule pro Bit, die Zugangsenergie am Mobilfunkturm beträgt 73 Mikrojoule/bit, Kernnetze brauchen 0,64 Mikrojoule/bit und Datenzentren rund 20 Mikrojoule/bit. Zum Vergleich: 1 Mikrojoule entspricht 1 Mikrowattsekunde. Für heimische drahtlose WLAN-Netze wurden zwei Tablet-Nutzer kalkuliert, deren Betrieb 3 W Leistung verlangt.

Für 2015 geht die Studie von 1,2 Mrd. bis 2 Mrd. Nutzern aus, die monatlich zwischen 3 GByte und über 30 GByte über mobile Netze herunterladen. Die Durchschnitts-Download-Geschwindigkeit weltweit wurde mit 12,5 kbit/s bis 21 kbit/s zu Stoßzeiten angegeben.

Das Ergebnis dieser Rechnung: 2015 soll "Wireless Cloud" bis zu 43 TWh Strom verbrauchen. Das entspricht bei den Emissionen dem Kohlendioxid-Ausstoß von 4,9 Mio. aktuellen Autos und ist rund 460 % mehr als 2012. 90 % davon entfallen auf die drahtlosen Zugangstechniken, nur 9 % auf Rechenzentren.

Eine mögliche Lösung für den überbordenden Energieverbrauch mobiler Verbindungen wäre eine Versorgung der großen Sendeantennen mit Strom aus Wasser, Wind oder Sonne. Die sei besonders dann sinnvoll, wenn die Sende- und Empfangselemente selbst so wenig wie möglich Energie verbrauchten, meint Hinton. Es sei aber in jedem Fall sinnvoll, die Ablösung der an abgelegenen Orten immer noch genutzten Dieselaggregate zu betreiben.

Zu Fragen des Rebounds, also der Kompensation von Energieeinsparungen durch anderweitige Mehrverbräuche, will sich Hinton nicht äußern. Sein Institut sitzt gemeinsam mit einer anderen australischen Universität an einer diesbezüglichen Studie, die aber noch länger dauert. Bei den mobilen Endgeräten setzt er vor allem auf Regulierung. "Dass der freie Markt das Thema befriedigend regelt, ist angesichts der vielen Anbieter eher unwahrscheinlich." Allerdings begännen die Anbieter von Netzsystemen bereits selbst, die Dinge in die Hand zu nehmen.

Doch Hinton setzt selbst auf neue drahtlose Technologien mit bis zu 1000-fach höherer Energieeffizienz, wie sie etwa die Initiative GreenTouch entwickelt, nicht allzu viel Hoffnung. Er begründet: "Viele Betreiber können ihre Netze aus finanziellen Gründen nicht so schnell umrüsten, wie die Menge der beförderten Daten wächst."

Neben technischen seien soziale Verhaltensänderungen unausweichlich, um tatsächlich Energie zu sparen. Die zu erreichen, dauert aber bekanntlich. Was auf jeden Fall bevorstehe, prognostiziert Hinton, seien verstopfte Mobilnetze, weil das Netz langsamer wachse als die Nachfrage. Das indirekte Resultat des Gedränges sei tatsächlich Energieeinsparung, allerdings unfreiwillig. A. RÜDIGER

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