Zonder fossiele brandstoffen en kernenergie is er geen internet, want het communicatienetwerk gebruikte in 2012 al drie keer meer energie dan er wereldwijd door alle windturbines en zonnepanelen werd geproduceerd. Tegelijkertijd worden er in ontwikkelingslanden communicatienetwerken gebouwd die volledig draaien op hernieuwbare energie. Kunnen we daar iets van leren?
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Door aangepaste netwerkprotocollen en het gebruik van antennes kan een WiFi-signaal tientallen of zelfs honderden kilometers ver worden verstuurd. Met deze technologie kunnen dunbevolkte regio's op een goedkope manier van internet worden voorzien. Sommige van deze netwerken, vooral die in ontwikkelingslanden, hebben echter een zeer beperkte bandbreedte.
Bijvoorbeeld een universiteitscampus in Kerala, India, gebruikt een "backhaul" van 750 kbps die gedeeld wordt door 400 computers die tijdens de piekuren bijna altijd bezet zijn. De bandbreedte per persoon bedraagt in het slechtste geval dus 1.9 kbps, wat zelfs traag is in vergelijking met een dial-up verbinding (56 kbps).
Bovendien heeft dit soort netwerken vaak ook nog eens te maken met onderbrekingen in de elektriciteitsinfrastructuur. In die omstandigheden werken zelfs de eenvoudigste internettoepassingen niet meer. Het communicatiemodel van het internet is gebaseerd op een aantal veronderstellingen, samengevat in het TCP/IP protocol. Een belangrijke voorwaarde voor de werking van dat protocol is dat er een directe, snelle en bidirectionele verbinding wordt gemaakt tussen de zender (bijvoorbeeld de server waarop een website staat) en de ontvanger (bijvoorbeeld de computer van de eindgebruiker).
Bij veel lowtech netwerken in ontwikkelingslanden is dat niet het geval. Deze netwerken slagen er niet altijd in om zo'n snelle, directe verbinding te maken, omdat de bandbreedte te beperkt is of omdat een knooppunt tijdelijk geen elektriciteit heeft.
Asynchrone Netwerken
Niettemin is het mogelijk om ook in deze gevallen een performante communicatie-infrastructuur op te zetten. Dat gebeurt door het aanpassen van de internetprotocollen en van de toepassingen zelf. Zogenaamde asynchrone netwerken (of "Delay-Tolerant Networks") introduceren nieuwe protocollen die bovenop de bestaande internetprotocollen worden gelegd. Ze hebben geen snelle, directe verbinding tussen zender en ontvanger nodig om informatie door te sturen. In plaats daarvan wordt de informatie van knooppunt naar knooppunt doorgestuurd.
Elk knooppunt beschikt over een opslagmedium waar de informatie voor onbepaalde tijd kan worden bewaard. Als het volgende knooppunt niet beschikbaar is omwille van vertragingen of problemen met de elektriciteitsvoorziening, dan wordt de informatie opgeslagen op de harde schijf van het vorige knooppunt. Komt het volgende knooppunt vervolgens weer online, dan gaat de informatie een stap verder. Hoewel het in een asynchroon netwerk dus even kan duren alvorens informatie de bestemming bereikt, is de aankomst ervan wel gegarandeerd.
Een knooppunt in het Spaanse Guifi netwerk.
Asynchrone netwerken zijn nog goedkoper dan synchrone WiFi-netwerken, en ze verbruiken nog minder energie. Bovendien combineren ze perfect met hernieuwbare energiebronnen die niet altijd beschikbaar zijn: er valt zelfs een scenario te bedenken waarin zonnepanelen of windturbines de knooppunten van het netwerk alleen maar van energie voorzien als de zon schijnt of de wind waait. Zo wordt energieopslag in de vorm van batterij overbodig, wat opnieuw veel kosten en energie bespaart.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Op zonne-energie werkende, asynchrone netwerken hebben geen batterijen nodig
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Asynchrone netwerken kunnen verrassende vormen aannemen. Alle voertuigen, mensen of dieren kunnen in principe de functie van een draadloze verbinding overnemen. Voorbeelden zijn DakNet en KioskNet, die allebei bussen inzetten om afgelegen dorpen te verbinden met het internet. In veel ontwikkelingslanden is een busverbinding de enige communicatie op het platteland. Door elke bus uit te rusten met een mobiele WiFi-router en een computer, en door in elk dorp een kiosk te installeren met een stationaire WiFi-router, kan de bus draadloos informatie overbrengen tussen twee dorpen, of tussen een dorp en het internet (daarvoor moet de bus ook een "backhaul" passeren).
De autobus als draadloze link
Uitgaande informatie (zoals verzonden emails of verzoeken voor webpagina's) wordt opgeslagen op de lokale computer tot de bus in het bereik komt. Op dat moment verzendt de stationaire WiFi-router automatisch de informatie naar de mobiele computer van de bus. Als de bus later bij een stationair WiFi-punt komt dat verbinding heeft met het internet, wordt de informatie naar dat punt verzonden en vervolgens het internet op. Informatie die voor het dorp bestemd is (zoals websites of emails) neemt de omgekeerde weg. De buschauffeur hoeft niets anders te doen dan binnen het bereik van de stationaire WiFi-punten te komen.
Het gebruik van "mechanische" netwerken (in de literatuur spreekt men over "Mechanical backhaul networks" of "Data Mules") heeft een aantal voordelen tegenover de meer "gesofistikeerde" asynchrone netwerken. De WiFi-installaties hebben gezien de korte afstand maar een miniem vermogen nodig, en er worden veel knooppunten uitgespaard. De routers moeten ook niet in elkaars gezichtsveld worden geplaatst, er zijn dus geen torens of hoge gebouwen nodig.
Het gebruik van kortere verbindingen levert ook een hogere bandbreedte op, wat mechanische netwerken beter geschikt maakt voor het verzenden van wat grotere bestanden. Per draadloze gegevensoverdracht tussen bus en kiosk kan ongeveer 20 MB data worden verzonden in beide richtingen. Langs de ander kant is de reactietijd -- het tijdsinterval tussen het verzenden en ontvangen van informatie -- doorgaans groter. Een bus die een keer per dag langs het dorp rijdt geeft een reactietijd van 24 uur.
Asynchrone Toepassingen
Een asynchroon internet -- in welke vorm dan ook -- vereist ook op maat gemaakte internet toepassingen. Deze toepassingen zijn ook nuttig voor synchrone netwerken met zeer beperkte bandbreedte. E-mail is vrij makkelijk aan te passen aan een "onderbroken" internet, aangezien het zelf een vorm van asynchrone communicatie is. Een asynchroon e-mailprogramma slaat uitgaande boodschappen op tot er een verbinding is met het netwerk, waarop de berichten automatisch worden verzonden en aankomende berichten worden binnengehaald. Hoewel e-mails iets langer onderweg kunnen zijn, verandert de gebruikservaring dus niet echt.
Het bezoeken van websites en het zoeken naar informatie vereist meer aanpassingen, zowel van de software als van de gebruiker. Net zoals met een gewone browser kan je met een asynchrone browser webpagina's bekijken, maar het intikken van de URL en het verschijnen van de website zijn twee gescheiden activiteiten. Meestal worden de op te roepen URL's gegroepeerd en dan als e-mail verzonden. De gebruiker krijgt dan later een email met daarin alle opgevraagde websites. Sommige asynchrone browsers downloaden niet alleen de expliciet gevraagde webpagina's maar ook de pagina's waar op die pagina's naar wordt gelinkt.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
De meeste internettoepassingen, zoals zoekmachines, zijn geoptimaliseerd voor snelle internettoegang
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ook zoekmachines moeten worden aangepast. De meeste zoekmachines zijn geoptimaliseerd voor snelheid. Ze veronderstellen dat een gebruiker snel door de resultaten gaat en vervolgens een tweede, aangepaste zoekopdracht ingeeft als de eerste niet het gewenste resultaat oplevert. In een asynchroon netwerk is die strategie niet praktisch.
Daarom focussen asynchrone zoekmachines niet op snelheid maar op een betere kwaliteit van het zoekresultaat. Een voorbeeld is RuralCafe, dat de zoekopdracht verfijnd op basis van een offline database van gelijkaardige zoektermen. De effectieve zoekopdracht online gebeurt pas als allerlaatste stap. Op die manier kan een internetverbinding van slechts een paar seconden de gewenste informatie opleveren.
Sommige asynchrone zoekmachines (zoals TEK) zijn bovendien zo geoptimaliseerd dat webpagina's met een lage bandbreedte bovenaan in de resultatenlijst komen te staan. TEK voert ook een compressie uit op de eigen servers, zodat webpagina's worden "afgeslankt". Hetzelfde effect kan ook worden bekomen door een dienst te gebruiken zoals Loband, dat webpagina's stript van alle beelden, video's, advertenties, sociale media knoppen, enzovoort. Alleen de tekst wordt getoond.
Surfen en zoeken op het internet kan verder worden verbeterd door lokale "caching" (het opslaan van eerder geraadpleegde pagina's) of "prefetching" (het downloaden van pagina's die mogelijk in de toekomst zullen worden gedownload). Veel andere internet toepassingen zouden kunnen worden aangepast aan asynchrone netwerken: het invullen van formulieren, interactie met e-commerce sites, blogsoftware, het downloaden van bestanden, sociale media, enzovoort. Al die toepassingen blijven mogelijk, zij het aan een lager tempo.
Sneakernets
Uiteraard gaat een asynchroon netwerk niet samen met het gebruik van tijdsafhankelijke toepassingen: videoconferencing, chatten, internettelefonie, het streamen van media. Aangezien deze toepassingen in grote mate verantwoordelijk zijn voor het stijgende energieverbruik van internet, kan je stellen dat dit een goede zaak is. Asynchrone lowtech netwerken hebben een ingebouwde "sufficiëntie". Bovendien zijn er voor al deze toepassingen alternatieven. Een live video- of telefoongesprek is niet mogelijk, maar je kan elkaar wel video- of geluidsboodschappen sturen. Muziek of video streamen kan niet, maar het downloaden van muziekalbums en films wel.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Vrachtschepen of treinen vol DVD's of harde schijven kunnen vele malen sneller, goedkoper en energie-efficiënter films over de aardbol verspreiden dan digitale netwerken.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Deze alternatieve toepassingen kunnen bovendien verlopen via het meest lowtech netwerk dat je maar kan bedenken: een sneakernet. In een sneakernet wordt data overgebracht door het fysiek transporteren van een opslagmedium, zoals een harde schijf, een USB-stick, een DVD, enzovoort. De vector kan een voertuig zijn, een postduif of een boodschapper -- de naam "sneakernet" verwijst naar het schoeisel van de doorsnee computernerd. Voor de komst van het internet werden alle computerbestanden uitgewisseld via een sneakernet, meestal via floppy discs, en dat zowel op korte als lange afstand.
Bij een sneakernet is er geen automatische gegevensoverdracht tussen het mobiele knooppunt (een voertuig, een boodschapper, een postduif) en de stationaire knooppunten (zender en bestemmeling). In plaats daarvan moet de data eerst van de computer van de zender worden overgezet op het opslagmedium. Bij aankomst moet de data van het opslagmedium naar de computer van de bestemmeling worden overgezet. Er is dus een manuele interventie nodig en dat maakt een sneakernet voor de meeste internettoepassingen minder praktisch dan de asynchrone netwerken waarin de data draadloos tussen mobiele en stationaire knooppunten wordt uitgewisseld.
Een vrachttrein is efficiënter dan het internet voor het verspreiden van films. Wikipedia Commons.
Er zijn evenwel uitzonderingen. Bijvoorbeeld een film op DVD moet niet eerst naar de harde schijf van een computer worden verzonden om de film te kunnen bekijken. Je kan de film rechtstreeks vanop de harde schijf bekijken of de DVD in een afspeeltoestel stoppen.
Bovendien heeft een sneakernet ook een belangrijk voordeel: van alle lowtech netwerken biedt het de meeste bandbreedte. Dat maakt het dus ideaal voor het "verzenden" van grote bestanden zoals films. Een sneakernet kan zelfs een hogere bandbreedte hebben dan een hightech internetverbinding -- daarom wordt het bij heel grote bestanden (zoals meetgegevens van een wetenschappelijk experiment) nog steeds toegepast.
Technologische vooruitgang zal het voordeel van een sneakernet niet kleiner maken. wel integendeel. Digitale opslagmedia evolueren minstens even snel als internetverbindingen, en beide vergroten de mogelijkheden van digitale communicatie op een evenwaardige manier.
Historische Context
De meeste lowtech netwerken zijn ontworpen voor dunbevolkte gebieden waar het alternatief meestal helemaal geen internet is. Toch zijn ze ook relevant voor regio's die over een snel internet beschikken. Het "hightech" internet dat wij normaal vinden, is een product van goedkope fossiele brandstoffen, een robuuste elektriciteitsinfrastructuur, en economische voorspoed. Zonder die voorwaarden werkt het helemaal niet. Ons internet mag dan een paar praktische voordelen bieden tegenover een lowtech internet, het is wel kwetsbaar.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Het internet kan zo lowtech of hightech zijn als we het ons kunnen veroorloven
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Lowtech netwerken blijven functioneren bij onderbrekingen in de elektriciteitsvoorziening en kunnen bovendien volledig op zonne-energie of windkracht werken. Ze zijn veel goedkoper waardoor hun onderhoud zelfs in barre economisch tijden mogelijk blijft. Het is ironisch dat de lowtech netwerken in afgelegen gebieden zouden blijven werken als er problemen opduiken met de toevoer van fossiele brandstoffen, terwijl onze high-tech infrastructuur volledig nutteloos zou worden. Welke zijn dan de slimste netwerken?
Met een lowtech netwerk zijn heel veel belangrijke toepassingen mogelijk: webpagina's bekijken, e-mails versturen, online winkelen, media uitwisselen, enzovoort. Het verspreiden van video en andere grote bestanden kunnen we organiseren via sneakernets. Vrachtschepen of treinen vol DVD's of harde schijven kunnen vele malen sneller, goedkoper en energie-efficiënter films over de aardbol distribueren dan digitale netwerken. Over korte afstand is vooral de vrachtfiets een aantrekkelijk sneakernet.
Zo'n hybride systeem van online en offline toepassingen zou een bijzonder gesofistikeerd communicatiemiddel zijn -- in de recente geschiedenis is er niets dat dezelfde mogelijkheden biedt. Zelfs als we uitgaan van een doemscenario waarin het internet ontoegankelijk wordt, dan nog zouden geïsoleerde lowtech netwerken een krachtig lokaal of regionaal communicatienetwerk opleveren.
Bovendien zouden deze netwerken informatie kunnen uitwisselen via digitale opslagmedia, desnoods door boodschappers te voet overgebracht. Het internet kan zo lowtech of hightech zijn als we het ons kunnen veroorloven.
Kris De Decker
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bronnen:
- A Delay-Tolerant Network Architecture for Challenged Networks (PDF), Kevin Fall, 2003
- Delay- and Disruption-Tolerant Networks (DTNs) -- A Tutorial (version 2.0) (PDF), Forrest Warthman, 2012
- Healthcare Supported by Data Mule Networks in Remote Communities of the Amazon Region, Mauro Margalho Coutinho et al., 2014
- First Mile Solutions' Daknet Takes Rural Communities Online (PDF), Carol Chyau and Jean-Francois Raymond, 2005
- DakNet: A Road to Universal Broadband Connectivity (PDF), Amir Alexander Hasson et al., 2003
- DakNet: Architecture and Connectivity in Developing Nations (PDF), Madhuri Bhole, 2015
- Delay Tolerant Networks and Their Applications, Longxiang Gao et al., 2015
- Low-cost communication for rural internet kiosks using mechanical backhaul, A. Seth et al., 2006
- Searching the World Wide Web in Low-Connectivity Communities (PDF), William Thies et al., 2002
- Slow Search: Information Retrieval without Time Constraints (PDF), Jaime Teevan, 2013
- Potential for Collaborative Caching and Prefetching in Largely-Disconnected Villages (PDF), Sibren Isaacman et al., 2008
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gratis en energie-efficiënt mobiel internet
Mobiel internetten via een cellulair netwerk (3G of 4G) kost vijftien tot twintig keer meer energie dan via een WiFi-verbinding. Maar hebben we die mobiele netwerken eigenlijk wel nodig? In dichtbevolkte gebieden beschikken huishoudens intussen over zoveel WiFi-routers dat het openstellen ervan een hele stad van snel en gratis mobiel internet zou kunnen voorzien. Lees meer: Gratis en energie-efficiënt mobiel internet.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Door aangepaste netwerkprotocollen en het gebruik van antennes kan een WiFi-signaal tientallen of zelfs honderden kilometers ver worden verstuurd. Dit soort lowtech netwerken vraagt weinig kapitaal, zodat ze door kleine organisaties of gemeenschappen kunnen worden opgezet. Bovendien verbruiken ze zo weinig energie dat ze volledig op zonne-energie of windkracht kunnen draaien. Het grootste gemeenschapsnetwerk -- het Spaanse Guifi.net -- telt intussen al meer dan 35.000 gebruikers. Lees meer: Bouw een lowtech internet.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Een snelheidslimiet voor het internet?
De vooruitgang in energie-efficiëntie heeft op het internet een averechts effect: hoe efficiënter het netwerk wordt, hoe groter het totale energieverbruik. Smartphones zijn daar het nieuwste voorbeeld van. Hoewel de toestellen zelf erg weinig elektriciteit gebruiken, drijven ze het energieverbruik op in de datacenters en de netwerkinfrastructuur. Ze stimuleren ons om veel vaker online te zijn en ze maken gebruik van energie-intensieve, draadloze verbindingen.
Het energieverbruik van het internet neemt stilaan zorgwekkende proporties aan. Aangezien energie-efficiëntie op zichzelf geen zoden aan de dijk zet, kan de stijgende trend alleen maar worden gestopt als de vraag naar digitale communicatie wordt teruggeschroefd. Die strategie passen we ook elders toe, bijvoorbeeld door mensen aan te zetten om minder vlees te eten, de auto te laten staan, of de thermostaat lager te draaien. Voor het internet ligt deze aanpak nog gevoeliger, al is het maar omdat weinig mensen een link leggen tussen data en energie. Lees meer: Een snelheidslimiet voor het internet?
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
(1)
http://www.ted.com/talks/harald_haas_a_breakthrough_new_kind_of_wireless_internet
Andere techniek, maar erg verbonden ;-)
Geplaatst door: Siem De Cleyn | 22 november 2015 om 21:54
(2)
Doet me denken aan echomail. https://en.wikipedia.org/wiki/FidoNet
Jaren gebruikt en werkte perfect. Het enige wat men nodig heeft is geduld.
DTN lijken toekomst te hebben, ik kan alleen geen (linux) implementatie vinden. Tips zijn welkom!
https://outernet.is/ is ook een aardig idee om de kiosks te vullen met een standaard set data.
Geplaatst door: john | 31 december 2015 om 13:27