Monitoreo energético en los laboratorios de la Universidad de las Ciencias Informáticas 

Monitoring energy in the laboratory of the University of Computer Science

Omar Mar-Cornelio, Nohemi Caedentey-Moreno

Universidad de las Ciencias Informáticas. La Habana, Cuba.

RESUMEN

En la era de las tecnologías, el consumo energético tiende a ser parte en la gestión de cada organización. Para garantizar el control sobre el consumo energético de la tecnología, se implementan diferentes vías. Sin embargo, el método más usado en la actualidad es la lectura sistemática de los metros contadores, mecanismo que no genera informes en intervalos de tiempos menores sobre determinados comportamientos. El presente trabajo describe una solución a dicha problemática con la automatización del proceso, para lo cual se codificó un sistema informático que utiliza como motor de inferencia la  herramienta de monitoreo Nmap Network Mapper. El sistema genera además un conjunto de reportes que facilita la toma de decisiones a los directivos de la empresa, en función de cumplir los planes trazados.

Palabras clave: consumo eléctrico, control energético, monitoreo tecnológico, monitoreo de red.

ABSTRACT

In the age of technology, energy consumption tends to be part in the management of each organization. To ensure control over energy consumption of technology, different routes are implemented. However, the method most used is the systematic reading of electricity meters, a mechanism that does not generates reports in intervals of shorter times on certain behaviors. The article describes a solution to such problematic, with the automation of the process for which a computer system was encoded that used as engine inference the monitoring tool Nmap Network Mapper. The system also generates a set of reports to aid the decision making of managers of the company, in function to fulfill the plans.

Key words: power consumption, energy control, technological monitoring, network monitoring.

INTRODUCCIÓN

Teniendo en cuenta el impacto económico y medio ambiental que representa la generación eléctrica, es necesario crear políticas e implementar técnicas novedosas que garanticen el uso racional del recurso [1]. Pero ninguna política es creíble si se limita a una declaración de intenciones y únicamente depende de la voluntad de directores y empleados. Para que una política de ahorro energético tenga éxito, es imprescindible determinar objetivos concretos [2].

Si bien es cierto que el crecimiento económico y social depende en gran medida de la disponibilidad de este servicio, es necesario una buena planificación y control que posibilite su uso racional en medio de las dificultades económicas.

En la actualidad existen dos tendencias de ahorro donde se aboga por la introducción de energía renovable [3] y, la planificación y control de los recursos energéticos. Para las instituciones que soportan sus procesos sobre las tecnologías representa un reto establecer dicho control y garantizar el cumplimiento de las medidas de ahorro establecidas para el sector estatal [4, 5]. Ejemplo de esto lo representa la Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) la cual cuenta con 151 laboratorios de cómputo lo que denota una cifra significativa de computadoras, usadas diariamente por estudiantes y trabajadores.

Se determinó configurar la administración de energía de cada computadora así como hacer recorridos periódicos que permitan llevar el control de la cantidad de medios encendidos y estimar el consumo de energía promedio que se gasta. Los edificios destinados a la docencia cuentan con oficinas, aulas, salones de conferencias y laboratorios de cómputos. Para determinar el consumo se cuenta con un metro-contador que muestra el consumo general por área, supervisado diariamente por los especialistas. Esto imposibilita conocer el comportamiento energético en intervalos de menor tiempo y bajo determinadas circunstancias. Estas medidas fueron tomadas por la Universidad en aras de lograr un mayor ahorro energético, cumpliendo con los lineamientos de la política económica para el país.

Si bien los mecanismos de control de cada organización son autónomos, el factor humano representa hoy el centro de control para garantizar el cumplimiento de las políticas establecidas [7, 8]. Esto en muchas ocasiones introduce un alto grado de incertidumbre, poca objetividad e insuficiente información para tomar decisiones en tiempo real. Gracias a informes publicado se conoce que el 30% del consumo energético de los ordenadores se produce cuando estos se dejan encendidos sin estar usándose [9, 10]. Ello representa una deficiencia por mitigar en muchas instituciones [11].

Las herramientas de administración de energía son una forma de conocer si las computadoras y monitores están apagados cuando no se requiera o cuando estén en estado de inactividad  [12, 13, 14]. La literatura científica relaciona un número de herramientas para conocer el consumo de electricidad en Sistemas de Cómputos [15, 16]. La tabla 1 presenta una caracterización de las principales herramientas existentes. 

Las herramientas caracterizadas requieren de la instalación de agentes o clientes en los medios tecnológicos a chequear y poseen una implementación con tecnologías propietarias impidiendo modificaciones o personalizaciones. Sobre el análisis antes expuesto se evidencia que las herramientas analizadas no son factibles para dar respuesta a la necesidad de controlar energético existente. Por lo que se decide desarrollar una aplicación que permita automatizar el control energético de la tecnología utilizando software libre que no requiera de la utilización de agentes instalados en los medios a controlar.

La propuesta para el control energético de la tecnología utilizando herramienta de monitoreo de red Nmap, en su versión 1.0, está orientado a soportar la gestión de reportes sobre el comportamiento del consumo energético de la tecnología a los diferentes especialistas y directivos [17]. El mismo cuenta con un módulo de administración que permite gestionar usuarios, áreas, laboratorios o locales, así como programar o reprogramar las tareas del Cron^[1] de Linux. El módulo de reporte, permite la gestión de los datos almacenados en dependencia de los criterios de búsquedas y un módulo escanear que permite la identificación de los sistemas de cómputos encendido y conectado a la red.

Para garantizar el correcto funcionamiento, intervienen entidades  que se relacionan entre sí formando en su conjunto un sistema como son:

Cron Linux: Entidad encargada de iniciar la herramienta de escaneo de forma automática.

Nmap: Subsistema que ejecuta las peticiones previamente definidas en el cron o por solicitud del usuario [18].

Reporte: Contiene la información de los resultados obtenidos.

Portal: Es la entidad que recibe las peticiones del usuario y se encarga de procesar y devolver la solución.

WSDL: Servicios Web que pueden ser consumidos.

Usuario: Representa la persona que interactúa con el portal solicitando una respuesta.

Se definieron tres actores fundamentales. El usuario, encargado de interactuar con el sistema para beneficiarse de las funcionalidades, el  Administrador, encargado de la gestión de usuarios, áreas, laboratorios, y el administración del Cron. Nmap, encargado de escanear la red.

El módulo escanear, permite realizar el monitoreo en tiempo real utilizando Nmap en su versión 5.0 para el sistema operativo Linux en modo consola, para la exploración de red. Posee alto grado de reconocimiento entre los administradores de red por ser software libre. Permite realizar diferentes tipos de escaneo para intentar minimizar la detección por parte del sistema encuestado, estar diseñado para analizar rápidamente redes de gran tamaño, entre otras características. Además de la utilidad que brinda para ofrecer información adicional sobre las PC, incluyendo los nombres DNS, sistemas operativos posibles, los tipos de dispositivos, y las direcciones MAC [19].

Dentro de los patrones y estilos arquitectónicos utilizados como plantillas para describir la estructuración y organización de los casos de uso se encuentra Cliente-Servidor.

Esta arquitectura se divide en dos partes claramente diferenciadas: servidor y clientes. La figura 2, muestra los elementos que intervienen  sobre la arquitectura utilizada, el servidor será un procesador potente que actúa de depósito de datos funcionando como Sistema de Gestión de Bases de Datos SGBD y Servidor Web. Los clientes serán estaciones de trabajo que solicitan los servicios al servidor. Ambas partes deben estar conectadas entre sí mediante una red. Esta tecnología le proporciona al usuario final el acceso transparente a la aplicación y  datos desde múltiples plataformas.

Es el estilo de arquitectura de software utilizado fuel el  Modelo Vista Controlador (MVC) dado que permite separar el código fuente de la aplicación en tres grupos: Modelo, Vista y Controlador. El modelo será el encargado de la comunicación con el SGBD y la lógica de negocio y el controlador será el responsable de recibir los eventos de entrada desde la vista [20].

Para garantizar el proceso de recuperación de las informaciones procesadas por el sistema, se implementa una base de datos. La figura 3 muestra una vista de la estructura y relación de sus tablas.

Dentro de los requerimientos para el correcto funcionamiento del sistema, es necesario que estén en buen estado técnico las conexiones de red permitiéndose la recogida de la información que será almacenada en el servidor para su posterior uso mediante las peticiones de los usuarios. Las estaciones remotas de la aplicación que son objeto de monitoreo deben poseer tarjeta de red de 10 Megabytes (Mb) o superior y estar conectadas a la LAN universitaria. El servidor por su parte como requisitos mínimos debe tener un microprocesador Pentium IV, una memoria operativa de 1.0 Gigabytes (Gb), una capacidad de almacenamiento de disco de 80 Gb y una tarjeta de red de 100 Megabytes (Mb).

RESULTADOS

A través del diagrama de despliegue mostrado en la figura 4 se muestra la configuración de los nodos que participan en la ejecución de los componentes que residen en ellos. Describen la arquitectura física de la aplicación durante la ejecución, en términos de: procesadores, dispositivos, componentes de software. La vista de despliegue representa la disposición de las instancias de componentes de ejecución en instancias de nodos conectados por enlaces de comunicación.

El nodo Pc Cliente correspondiente a la computadora cliente representa todas aquellas PC que se empleen por los usuarios para acceder a la aplicación. El servidor App representa el servidor donde está alojada la aplicación destinada al control energético y su correspondiente base de datos. El servicio WSDL (Web Services Description Language) representa gráficamente los servicios Web que brinda la UCI a la comunidad universitaria.

A través de la figura 5, se muestra un reporte general del comportamiento energético dada la cantidad de estaciones de trabajo que se encontraban consumiendo energía en un horario de tiempo dado. La misma podrá ser generada por usuarios autorizados y posibilita la búsqueda bajo los parámetros de fecha, hora, área o laboratorios. La gestión está soportada de modo que la interfaz de entrada requiera los valores de fecha y hora, siendo el resto opcionales. 

En la figura 6 se visualiza una gráfica de consumo energético dado el promedio de ordenadores encendidos en el periodo de una semana desglosada por días. La misma realiza estudios comparativos del comportamiento energético por los días de una semana. La vista, si existe desviaciones de los planes energéticos, permite conocer el comportamiento diario durante el período de una semana.

La figura 8 visualiza una gráfica en forma de pastel, con el promedio de los sistemas de cómputos que permanecen encendidos diariamente en cada área. Se puede obtiene el acumulado mensual separados por áreas. Dicha vista nos permite un panorama rápido para determinar las áreas que más inciden sobre el consumo energético.

En la figura 9 la curva representa la variación del consumo energético correspondiente al total de ordenadores que se encontraban encendidos a una determinada hora, con lo que es posible determinar el comportamiento de las áreas implicadas en horarios críticos como es la madrugada, donde el acceso de estudiantes y profesores baja significativamente

DISCUSIÓN

Los resultados obtenidos con la aplicación del monitoreo energético de la tecnología en los laboratorios de la UCI, logran satisfacer el objetivo planteado sobre la base de la problemática existente. Con la utilización de la herramienta de monitoreo de red Nmap se obtienen reportes sobre la explotación energética de la tecnología en tiempo real.

Los datos almacenados en la base de datos sobre los eventos detectados, posibilitan investigar tendencias y comportamientos históricos.

Para futuras investigaciones, se debe considerar la integración de un módulo que funcione como agente en los ordenadores clientes que permita la auto programación de apagado, representando ésta la principal desventaja de la propuesta presentada por los autores.

A pesar de los numerosos esfuerzos realizados por especialistas y directivos en su labor educativa diaria existe incumplimiento de las reglamentaciones, identificándose un conjunto de tendencias negativas sobre el comportamiento energético. La gestión de los directivos y especialistas con las informaciones obtenida permitió enfocando las principales acciones de control sobre las áreas incumplidoras.

Con la herramienta propuesta, es posible relacionar comportamientos energéticos para cualquier empresa que sustente sus procesos sobre las tecnologías y se encuentres interconectados sus ordenadores.

El monitoreo de la red telemática, posee una visión futurista ya que la tendencia del mundo y Cuba se centra en la interconexión de los ordenadores en grandes redes de datos. Partiendo del principio mencionado utilizar herramientas para el monitoreo de red implementa un mecanismos que permite inferir el consumo energético y la existencias de tendencias de derroche. 

1.  El sistema diseñado permite, a organizaciones con gran número de ordenadores en su modelo de gestión, la implementación de mecanismos que emitan información sobre el consumo energético de la tecnología, sin crear programas clientes de instalación en los medios a controlar.

2.  Con el monitoreo energético de la tecnología para los laboratorios de la UCI, se pudo obtener una base de datos con informaciones relevantes para que los principales especialistas y directivos tomen decisiones sobre las áreas que posean una tendencia inadecuada en el consumo energético. 

3.  Mediante los informes generados fue visualizado el comportamiento que poseen las áreas analizadas en diferentes períodos siendo posible la identificación las áreas de mayor consumo energético.

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Recibido: 20 de noviembre de 2012.
Aprobado: 30 de abril de 2015.

Omar Mar-Cornelio. Universidad de las Ciencias Informáticas. La Habana, Cuba.
Correo electrónico: omarmar@uci.cu

[1]Cron: Programa informático que realiza tareas a intervalos regulares en sistemas tipo UNIX.