SolarNetOne: Redes acionadas por energia solar para todos

Linux e tecnologias livres levam a Internet a qualquer lugar

Em muitas partes do mundo, a rede elétrica é de má qualidade, os computadores são escassos e a conectividade é ainda mais rara. Por isso, como acontece com muitas outras práticas e tecnologias modernas, as populações estão cada vez mais divididas entre quem "tem computador" e quem "não tem computador". Porém, muitos estão cuidando dessa separação. SolarNetOne é um ponto de acesso de turnkey da Internet —energia, computadores e uplink de satélite —que é possível instalar praticamente em qualquer lugar, por menos que o custo de um carro subcompacto.

Martin Streicher, Software Developer, Pixel, Byte, and Comma

author photo - martin streicherMartin Streicher é desenvolvedor autônomo de Ruby on Rails e o editor-chefe anterior da Linux Magazine. Martin é Mestre em Ciência da Computação pela Purdue University e faz programação de sistemas do tipo UNIX desde 1986. Ele coleciona arte e brinquedos.


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        developerWorks

30/Jun/2009

Se você mora em um país industrializado, é muito provável que você possui um computador e usufrui de uma conexão de baixo custo com a Internet. Ou, se não possuir tais recursos pessoais, provavelmente tem fácil acesso a ciclos e largura de banda mesmo assim, cortesia da biblioteca local, da escola ou do café na esquina. De fato, de acordo com o Internet World Stats, 75% ou mais das populações dos países de primeiro mundo têm acesso regular a um computador e à Internet. Para residentes dos Estados Unidos, Austrália, Japão e Europa Ocidental, a conectividade é conveniente ao ponto de parecer onipresente.

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Em total contraste, menos de 25% da população mundial total tem acesso à Internet. Em muitas partes do mundo, a rede elétrica é de má qualidade, os computadores são escassos e a conectividade é ainda mais rara. Realmente, alguns desses países de terceiro mundo quase não têm acesso on-line. Por exemplo, somente 1% das pessoas de Rwanda pode conectar-se à Internet e não mais que 5% de todos os africanos têm acesso.

Além disso, muitos países possuem redes elétricas frágeis e provisórias, o que torna os computadores e uplinks inúteis durante as típicas interrupções intermináveis. Pior ainda, um desastre natural ou uma emergência civil pode causar falha generalizada da infraestrutura —ironicamente, exatamente as mesmas instalações que são necessárias para comunicar e coordenar com as equipes de assistência e as populações locais. Contêineres de transporte cheios de computadores reciclados dos Estados Unidos e de outras potências mundiais não ajudam muito sem eletricidade.

Infelizmente —e igual a muitas outras práticas e tecnologias modernas—os países do mundo estão cada vez mais divididos entre os que "têm computador" e os que "não têm computador". A Lei de Moore tem um corolário desastroso: A inovação amplia a separação digital.

Cuidando da lacuna

Mas, felizmente, muitos reconhecem a crescente disparidade e estão tomando atitudes para transpor a lacuna. One Laptop Per Child (OLPC) pretende "criar oportunidades educacionais para as crianças mais pobres do mundo fornecendo a cada uma um robusto laptop conectado de baixo custo e baixa potência, com conteúdo e software projetados para aprendizado colaborativo, agradável e de autocapacitação." A Geekcorps "promove crescimento econômico no mundo em desenvolvimento enviando voluntários técnicos altamente qualificados para ensinar às comunidades como utilizar informações e tecnologias de comunicação inovadoras e financeiramente suportáveis para solucionar problemas de desenvolvimento." As Nações Unidas promovem o reconhecimento da injustiça da computação todo ano durante o Dia Mundial da Sociedade da Informação em 17 de maio.

A SolarNetOne é outra iniciativa inovadora para diminuir a separação. Com um investimento relativamente pequeno, a SolarNetOne pode implementar um ponto de acesso de turnkey da Internet—condicionado, energia renovável; computadores; WiFi; e um uplink—em qualquer lugar em que o sol brilhar. De acordo com Scott Johnson, fundador e engenheiro principal do projeto:

"A [SolarNetOne foi projetada] para ir a lugares onde não existe infra-estrutura elétrica instalada. É excelente em lugares em que a rede não é confiável ou está desativada."

Johnson diz que concebeu o SolarNetOne após uma série de conversações com Dr. Vint Cerf, o pioneiro da Internet e Chief Internet Evangelist da Google. Encantado com a proposta de Johnson, Cerf pessoalmente financiou pesquisas e desenvolvimento do sistema e Johnson uniu-se a Bob Freling da Solar Electric Light Fund (SELF) e a Steve Huter do Network Startup Resource Center (NSRC) para desenvolver um protótipo de rede acionada por energia solar. A SELF projeta e implementa soluções de energia sustentável para fornecer energia para bombeamento de água e irrigação por gotejamento, clínicas de saúde, escolas, residências, iluminação pública, microempresas e Internet wireless; o NSRC ajuda países e regiões com construção, expansão e manutenção da infra-estrutura de Internet.

O primeiro kit SolarNetOne foi instalado na Universidade Estadual de Katsina no norte da Nigéria em 2007. Desde então, o projeto foi refinado e comercializou sua oferta e implementou sistemas adicionais no campo.


Desempacote, conecte e pronto

Cada kit SolarNetOne é uma rede de comunicações auto-suficiente em energia. A energia é produzida de uma placa solar dimensionada de acordo com a latitude e as condições climáticas predominantes no local. A energia gerada é armazenada em um conjunto de baterias substancial e disjuntores e componentes eletrônicos protegem o equipamento de sobrecargas e outras perturbações.

Um kit básico inclui cinco "assentos", implementados como thin clients conectados a um servidor central através de uma LAN. O equipamento de rede também inclui um ponto de acesso WiFi onidirecional de longo alcance e um dispositivo Session Initiation Protocol (SIP). Cada kit também inclui todos os cabos e fios necessários para montar o sistema, logo, poucos materiais adicionais são necessários para uma instalação.

A Figura 1 mostra a arquitetura de um kit SolarNetOne. As linhas tracejadas representam energia, cada linha sólida representa uma conexão de rede.

Figura 1. A construção do sistema SolarNetOne
SolarNetOne system

A maioria de seus componentes é de prateleira e podem ser facilmente substituídos. Por exemplo, o servidor é um notebook MSI PR210-SEED2 com 2 GB de RAM, um disco rígido de 8 GB em estado sólido separado para o sistema operacional, um gravador de DVD e um disco rígido externo de 120 GB. Um dissipador de calor externo embutido com refrigeração a ar forçado por dois ventiladores reduz de maneira significativa a temperatura de operação do servidor, assegurando operação estável mesmo nas áreas equatoriais.

O hub Ethernet é um Linksys SR224G. Cada terminal é um Sumotech ST166 sem disco com 128 MB de RAM e um monitor LCD VGA de 15 polegadas. A energia dos terminais e monitores é fornecida através de um comutador Power over Ethernet híbrido de 12 V CC através da fiação Ethernet existente, o que elimina a necessidade de quedas extras de energia. Os terminais fazem boot via Preboot eXecution Environment (PXE), montam arquivos utilizando o Network File System (NFS) e utilizam o X Windows System e o X Display Manager Control Protocol (XDMCP) para login remoto no servidor.

Os thin clients sem disco apresentam muitas vantagens. Existe menos hardware para falhar e os terminais usam pouca energia. Cada terminal consome 4,5 watts durante a utilização e o LCD consome 8 watts adicionais. (Um computador típico consome 350 watts durante a utilização.) Sendo assim, os painéis para implementação com cinco assentos do SolarNetOne precisam fornecer apenas 600 watts de energia por hora para permitir oito horas diárias de operação do terminal do cliente e operação contínua do servidor.

O custo de um kit é de US$ 15.000. A manutenção é de baixo custo. Os painéis solares devem estar limpos para funcionar de maneira ideal. Se as baterias forem ventiladas, o pessoal deverá adicionar água destilada às células todo mês. Se cuidado de forma adequada, um sistema SolarNetOne deverá durar 20 anos ou mais, porém, as baterias provavelmente deverão ser substituídas após uma década de uso.


Desenvolvido com código aberto

O SolarNetOne é baseado inteiramente na tecnologia de código aberto. Os thin clients foram desenvolvidos com o Linux® Terminal Server Project (LTSP). Os thin clients e o servidor executam o sistema operacional Ubuntu Linux (versão 8.04); Apache, Exim, BIND e OpenSSH fornecem Web, e-mail, DNS e acesso remoto, respectivamente e Madwifi fornece o software do ponto de acesso wireless. O software do sistema é facilmente mantido atualizado com o utilitário Aptitude do próprio Debian.

Linux foi escolhido por uma série de motivos. Primeiro, está disponível a custo zero—um preço ideal quando um kit SolarNetOne inteiro custa menos que um carro subcompacto. Linux reduz o custo inicial de cada sistema e permite escalar um local sem incorrer em taxas incrementais de licenças de software por assento. E porque o servidor SolarNetOne suporta até 50 thin clients, as economias podem ser substanciais, até mesmo recuperadas para adicionar mais ou melhor hardware.

Linux também foi escolhido porque grande parte do software complementar disponível para Linux é igualmente gratuito (como na cerveja). Todos os daemons mencionados acima estão disponíveis e são utilizáveis sem taxas e capacidades adicionais como bancos de dados, compiladores e bibliotecas científicas também estão disponíveis a custo zero. Assim, uma vez instalado, cada kit SolarNeOne pode ser expandido para servir muitos conjuntos de clientes e interesses especiais. Por exemplo, o sistema SolarNetOne na Universidade Estadual de Katsina fornece ciclos de computação e acesso wireless para todo o campus. O laboratório do terminal raramente fica inativo.

Na experiência de Johnson, o Linux é ideal porque um sistema relativamente pequeno pode executar um grande grupo de software. Johnson observa, "O Windows® é inteiramente muito pesado para ser considerado em um projeto como esse." Johnson diz que a administração remota do sistema através de links de baixa largura de banda é fácil com o Linux e o shell de linha de comando.

Além disso, a liberdade fornecida pelo GPL, pela Licença Apache e por outras propriedades intelectuais semelhantes permitem o acesso não-empenhado ao código de origem dos aplicativos: As adaptações não apenas são possíveis, como as variantes são incentivadas. O SolarNetOne customiza o Ubuntu Linux para especialização de hardware do seu cliente—e servidor que normalmente não é possível ou financeiramente factível com um sistema operacional proprietário.

Linux também é imune à maioria dos vírus e malware. Essa resiliência suporta o tempo de atividade e a disponibilidade—um dos princípios fundamentais do SolarNetOne.


Sucesso até agora

Até o momento, cinco sistemas SolarNetOne foram implementados ou estão em preparação e o interesse cresceu muito devido aos sucessos iniciais e um punhado de reportagens positivas na mídia. Johnson está tendo conversas sérias com vários grupos para o desenvolvimento de 10 ou mais assentos.

A primeira instalação do SolarNetOne na Nigéria permanece em operação contínua e é utilizada para e-mail, processamento de texto e navegação na Internet. Exceto por um problema inicial na alfândega que segurou o hardware de energia do sistema na Alemanha por vários meses, o sistema não sofreu nenhum problema grave. É amplamente considerado como o sistema mais estável e confiável da região.

De fato, a corrupção geralmente é o impedimento mais significativo à implementação. Geralmente oficiais aduaneiros ou outros funcionários governamentais duvidosos podem causar problemas. Johnson relata que pelo menos uma implementação foi abandonada por esforços de interesses proprietários buscando maior "participação no mercado do mundo em desenvolvimento."

Johnson também adicionou recentemente um vendedor para consultas de campo e avaliar oportunidades. Agora o projeto é vender o sistema SolarNetOne para obter lucro e continuar seu trabalho com agências não governamentais e sem fins lucrativos, como SELF e Internet Society, que subsidiam compras. Johnson diz que o SolarNetOne permanece exclusivo e especialmente valorizado: "Não sei de mais ninguém que oferece um sistema multiusuário cliente-servidor com um ponto de acesso WiFi integrado de longo alcance e recursos de provedor de serviços de Internet como HTTP, SMTP, DNS e muito mais. Nenhum outro projeto iguala a escala do SolarNetOne."

Certamente, existem muitas oportunidades para causar impacto. Para encontrar os melhores locais, basta dar uma olhada no produto interno bruto dos países do mundo e observar o fim da lista. Johnson observa, "África, América do Sul e Ilhas do Pacífico são alvos excelentes. Gostaríamos de conectar à Internet os vários bilhões de pessoas no planeta que vivem em áreas sem energia elétrica ou telecomunicação estável," diz Johnson.


Olhando adiante

Perguntado por e-mail, o Dr. Cerf respondeu, "o projeto SolarNetOne e outros como ele oferecem progresso para possibilitar acesso à Internet aos 77% da população mundial que ainda não têm."

Johnson diz que ainda restam muitos desafios. Ele deseja continuar a reduzir o consumo de energia do sistema como um todo para fornecer mais capacidade de computação pelo mesmo número de watts ou gastar menos watts para a capacidade atual. Uma opção, por exemplo, é usar monitores AMOLED (Active-Matrix, Organic Light-Emitting Diode) nos terminais, já que os AMOLEDs consomem menos energia. Johnson também deseja simplificar os componentes e combinar mais recursos em menos chassi.

Ainda melhor, ele continua, "Gostaríamos de 'push back the envelope' em computação sustentável de baixo consumo de energia e estabelecer o padrão para computação com eficiência de energia. [O mundo] deverá adotar energia limpa dentro das próximas duas gerações e este projeto pode liderar a transformação para a computação ecológica. A maioria dos computadores desperdiça imensas quantidades de energia e o que mais desperdiça é a arquitetura de rede baseada em PC."

Johnson é ambicioso e as metas do projeto são tão altas quanto o céu. "Oh, sim, quando eu ficar mais velho e grisalho, adoraria ver o SolarNetOne ou seus descendentes utilizados em outros locais do nosso sistema solar."

Hoje isso tornaria o acesso à Internet universal.

Se você gostaria de oferecer seu tempo e experiência ao SolarNetOne ou se gostaria de fazer uma doação ao projeto, entre em contato com a equipe do SolarNetOne através da página inicial indicada em Recursos a seguir.

Recursos

Aprender

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  • Participe do grupo It's all about Green! no My developerWorks para conectar com outros desenvolvedores de computação de baixo consumo de energia.

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