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Effiziente Internet-Netzwerke

Erik Sachse

Zahlreiche Lösungen, nur welche ist die beste?

Wenn wir in Zukunft, in der Energie immer kostbarer wird, noch mit dem Internet verbunden sein möchten, müssen wir ein Schritt zurückgehen und wichtige Lektionen von alternativen Netzwerk-Technologien lernen. Das Internet ist momentan, so wie wir es kennen, aus einem sehr komplexen Netzwerk gestrickt. Nicht nur Datenzentren schlucken immense Energie-Vorräte, auch das Netzwerk dazwischen wird zu einem immer größeren Teil davon. Verschiedene Lösungsansätze werden bereits erforscht. Häufig befinden sich auch Lösungen direkt vor unseren Augen. Jedoch ist es auch wichtig zu wissen, welche Dienstleistungen im Internet wie viel des gesamten Energiekonsums ausmachen.

Der Begriff Low-Tech kommt aus der Architektur.

Ein Low-Tech-Gebäude ist ein hocheffizientes Gebäude, das mit einfachen, aber sehr dauerhaften und ressourcenschonenden baulichen Komponenten das ganze Jahr die Bedürfnisse seiner Nutzer°innen umfassend erfüllt. Die gewählten Bauteile werden nach ihrem Verhalten im gesamten Lebenszyklus beurteilt. (Sabine Erber, 2020) Verglichen mit Effizienz gibt es einige Überschneidungen. Wir vermindern die Komplexität und entwickeln etwas, was nachhaltiger genutzt werden kann. Diese Technologie hat weniger Komfort, ist dafür aber weitaus nachhaltiger. Sowohl in modernen Konsumgesellschaften als auch im globalen Süden, wird das drahtlose Internet immer weiter ausgebaut. In unserer modernen Konsumgesellschaft kennen wir das Internet als etwas schnelles und immer verfügbares. Im globalen Süden hingegen existieren sogenannte „WiFi based Long Distance“-Netzwerke (WiLD). Diese WiLD-Netzwerke sind kabellose Verbindungen, welche meist über weite Strecken reichen, um abgelegene Dörfer miteinander kommunizieren zu lassen. Diese Low-Tech-Alternativen sind im Vergleich zum herkömmlichen Internet weitaus energiesparender. Meist werden diese Netzwerke mit Solar-Energie versorgt.

Der Energieverbrauch unserer heutigen Konsumgesellschaft hat dermaßen Ausmaße angenommen, dass nur noch schätzungsweise der Energie Verbrauch kalkuliert werden kann. Dieses komplexe Netzwerk hat zufolge, dass allein die Rechenzentren des Internets womöglich so viel CO2 in die Luft aus wie der gesamte globale Luftverkehr ausstoßen. Das Internet und die E-Mail-Kommunikation hat die Kommunikation über handelsübliche Post entlastet. Des Weiteren existiert das Internet, um Informationen von statischen Webseiten wie Wikipedia zu Hause immer auf Abruf zu haben. Diese Funktionen benötigen nur sehr wenig Energie.
Doch in den letzten Jahren werden immer mehr Dienste für Echtzeitkommunikation über das Internet angeboten. Diese Dienstleistungen schlucken immense Energievorräte und werden von sehr großen Unternehmen angeboten. Mit diesen Diensten verdienen die Unternehmen leider auch ein Menge Geld und möchten keine Nutzerzahlen schwinden sehen. Leider wird es nur bedingt auf einigen Webseiten kommuniziert und im Endeffekt bekommen wir nicht die Stromrechnung. Da es eine rein virtuelle Welt ist, kann man schnell den Überblick verlieren, wie viel Energie was kostet. Die Rechenzentren stehen meist auf der anderen Seite der Welt, ja sogar Unterwasser, der Kühlung wegen. Jedoch hat die Kommunikation per E-Mail auch seine Nachteile. Ein normaler Brief kann archiviert und weitergegeben werden. Es kommt ganz darauf an, was man wohin und wofür schicken möchte. Natürlich kann man auch die E-Mail ausdrucken, was wiederum eine Anschaffung von einem Drucker bedeutet. Eine E-Mail besteht meist aus 75 Kilobytes. Vier Minuten WhatsApp kosten 12288 Kilobytes. Eine AA-Batterie reicht für 10000 Kilobyte an Daten. Das heißt, man könnte mit einer AA-Batterie 133 E-Mails mit je 7000 Wörtern verschicken, oder sich kurz in einem Video-Chat unterhalten. Jedoch eine SMS zu verschicken ist wiederum 300 Mal so energieeffizient wie eine E-Mail. Des Weiteren wird für digitale Kommunikation auch von beiden Seiten ein Gerät erwartet, welches die gesendeten und empfangen Informationen darstellen kann.

Wir sind jedoch keinesfalls an das globale Netzwerk gebunden.

Es existieren bereits mehrere Gemeinschaftsnetzwerke in Europa, Afrika und Asien, und das größte in Europa zählt mehr als 35.000 Nutzer°innen. Obwohl diese Netzwerke ihre Vorteile haben, fehlt es ihnen an Aufmerksamkeit. Diese Netzwerke werden von Forscher°innengruppen und Enthusiast°innen betrieben. In Berlin gibt es beispielsweise das Freifunk Berlin, welches sich wie folgt beschreibt: Die Vision von Freifunk ist die Verbreitung freier Netzwerke, die Demokratisierung der Kommunikationsmedien und die Förderung lokaler Sozialstrukturen. Durch die Vernetzung ganzer Stadtteile wollen wir der digitalen Spaltung entgegenwirken und freie unabhängige Netzwerkstrukturen aufbauen. Konkret hat sich Freifunk zum Ziel gesetzt, offene WLAN-Netze einzurichten und diese miteinander zu verbinden. Dies ermöglicht einen freien Datenverkehr „durch die Luft“ in der ganzen Stadt innerhalb des Freifunk-Netzes. Freifunk ist somit eine offene, nicht-kommerzielle, hierarchielose Initiative für freie Funknetzwerke. Freifunk verbindet damit alle WLAN-Router miteinander und schafft somit ein eigenes Netzwerk für den Datenaustausch. Wenn jemand, der°die sich im Freifunk Netzwerk befindet, noch zusätzlich mit dem Internet verbunden ist, können auch andere Freifunk-Teilnehmer°innen auf das weltweite Internet zugreifen. Jede°r kann dieser kleinen Gemeinschaft beitreten. Entweder man stellt seinen WLAN-Router zur Verfügung, oder man erweitert das Freifunkgebiet mit einem stärkeren Richtfunk-Verteiler. Ein Vorteil davon ist, dass man unterwegs nicht mehr auf das mobile Datennetz zugreifen muss, sondern sich von Router zu Router angeln kann. Laut Statistik verbraucht eine 4G-Verbindung insgesamt 20 Mal mehr Energie als eine WiFi-Verbindung.
In Zeiten von Instant Messaging und Videotelefonie wäre es von Vorteil, dass jeder sein Router zur Verfügung stellt. Meist reichen handelsübliche WiFi-Router aus, um 30 Meter Radius zu versorgen. Viele sind jedoch der Meinung, dass es die Privatsphäre stört oder nicht sicher ist und das eigene Netzwerk verlangsamt. Doch auch diese Probleme könnte mit einem zweiten, separaten Netzwerk gelöst werden. Ein Netzwerk für private Zwecke und ein öffentliches. Das private Netzwerk könnte auch priorisiert werden, um mögliches Verlangsamen zu verhindern. Es gibt bereits viele Internetanbieter, welche diese Funktion von Haus aus bereitstellen. Diese nennt man Fon, jedoch muss man Kunde bei dem jeweiligen Anbieter sein, um darauf zugreifen zu können. Seit 2019 besteht laut BGH auch kein Risiko, dass der°die Inhaber°in des WLANs bei Rechtsverletzungen haften muss. In Innenstädten sind bereits mehr als genug Verbindungspunkte, um freie und allgegenwärtige WiFi-Verbindungen aufzubauen, ohne eine zusätzliche Infrastruktur aufzubauen. Zusätzlich sind die meisten Verbindungen den weiten Teil vom Tag unbenutzt.
Wigle Net sammelt in einer Datenbank alle gefundenen WLAN-Netzwerke, auf die man zugreifen könnte. Allein in Weimar gibt es zahlreiche Orte, bei denen man sich verbinden könnte.

WiGLE

Die meisten Low-Tech-Netzwerke funktionieren mit WiFi-Verbindung. Nur sind diese WiFi-Verbindungen im Gegensatz zu herkömmlichen WLAN-Routern auf Richtfunk ausgebaut. WLAN ist der Überbegriff für kabellose Technologie. Im Unterschied dazu bezeichnet WiFi eine Art von WLAN, die für ein ausgegebenes Zertifikat nach dem IEEE-802.11-Standard steht. Schlussfolgernd ist jedes WiFi ein WLAN, aber nicht jedes WLAN unbedingt WiFi-zertifiziert. Richtfunk bedeutet, dass das WiFi-Signal über lange Distanz reichen kann. Jedoch benötigen solch Richtfunk-Signale eine klare Sichtlinie und können mit anderen Signalen interferieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Routern kann die Verbindung zeitweise wegen Wetterlage auch unterbrochen werden.
Die längste WiFi-Verbindung befindet sich in Venezuela zwischen Pico El Águila und Platillón, welche 384 km misst. Verbindungen dieser Distanz werden meist von kleinen Punkt-zu-Punkt-Verknüpfungen verstärkt. Diese Punkt-zu-Punkt-Verknüpfungen können wiederum dazwischenliegende Dörfer mit dem Netzwerk verknüpfen.
Ähnlich wie bei Freifunk baut dieses Netzwerk ein lokales Netzwerk auf. Ist an einem Punkt ein Backbone eingerichtet, also eine Verbindung zum weltweiten Netzwerk, kann diese das lokale Netzwerk mit dem Internet verbinden.
Ein Low-Tech-Netzwerk ist in der Anschaffung nicht allzu teuer. WiFi-Empfänger gibt es in zahlreicher Produktion und können gebraucht für sehr wenig Geld gekauft werden. Komponenten für die Verstärkung des Signals können auch einfache Satellitenschüsseln oder Dosen sein.
Ein alter Laptop mit einem kleinen Prozessor reicht aus, um das Protokoll zu führen und Computer kommunizieren zu lassen. Eine typische Installation besteht aus zwei Lang-Distanz-Verknüpfungen und einer WiFi-Platine dazwischen, um die Kommunikation lokal zu verteilen. Da diese Installation nur 30 Watt konsumiert, sind viele davon Solar mit Akku betrieben. Beispiele dieser WiFi-Netzwerke findet man häufig auch in Indien. Das erste wurde vor zehn bis fünfzehn Jahren aufgebaut. Das Akshaya-Netzwerk versorgt den ganzen Kerala-Staat und ist eins der größten WiFi-Netzwerke auf der Welt. Dieses Netzwerk ist um 2500 Computer-Zentren herum ausgebaut, welche für die Gesellschaft offen sind.
Diese Netzwerke sind solarbetrieben und können bis zu 20.000 Benutzer°innen in abgelegenen Orten mit dem Netzwerk verbinden. So zum Beispiel auch das AirJaldi-Netzwerk, welches sechs Staaten in abgelegenen Orten und durch schwieriges Terrain mit Internet versorgt. Viele dieser Netzwerke reichen bis zu 50 km.
Diese Netzwerke werden auch häufig für Telemedizin verwendet, um abgelegene Krankenstationen mit Gesundheitsinformationen zu versorgen. Nicht jedes Dorf hat ausgebildete Ärzt°innen, jedoch können Ärzt°innen per Videokonferenz über diese Fernnetzwerke mit eingreifen. Somit können die nicht so gut ausgebildeten Ärzt°innen professionell unterstützt werden. Ein Beispiel dafür wäre die Verbindung zwischen Cabo Pantoja und Iquitos in Peru. Das 450 km lange Netzwerk besteht aus 17 Zwischenpunkten und verbindet 15 medizinische Außenstellen mit dem Hauptkrankenhaus in Iquitos. Die EHAS-Stiftung (Enlace Hispano Americano de Salud) untersuchte das Netzwerk in abgelegenen Dörfern von Lateinamerika, und inwiefern es dem Gesundheitswesen beigetragen hat. EHAS arbeitet mit dem öffentlichen Gesundheitssystem zusammen, um die Kommunikations- und Informationsbedürfnisse zu bestimmen. Diese Auswertungen werden benutzt, um geeignete Systeme für die Kommunikation aufzubauen. Des Weiteren werden auch Systeme für die Telemedizin entwickelt. Beispielsweise das Digitale Stethoskope oder das Tele-Mikroskopie System. Abgelegene Dörfer besitzen nur miserable Straßen und sind nur schwer erreichbar. Diese Dörfer besitzen jedoch kleine Medizin-Stationen, welche von Medizin-Facharbeiter°innen geführt werden. Diese haben nur eine Grundausbildung, welche jedoch nicht immer ausreicht. Eine Fahrt in das nächstgelegene Krankenhaus kann bis zu 10 Stunden dauern und bis zu 2000 US-Dollar kosten. Diese Facharbeiter°innen benötigen des Öfteren Hilfe aus den nahegelegenen Krankenhäuser, um bestimmte Operationen durchzuführen. Das längste WiLD-Netzwerk befindet sich entlang des Napo-Flusses im Amazonas-Regenwald von Peru. Es erstreckt sich über 450 km, besitzt 16 Zwischenstationen und ist seit 2007 in Betrieb. Der Zweck dieses Netzwerkes ist der Sprach- und Datenaustausch, um Gesundheitsverwaltung und technische Qualitäten des Gesundheitssystems zu verbessern.
Viele unterschiedliche Lösungsansätze, um das Internet nachhaltiger zu gestalten, sind bereits in der Praxis umgesetzt. Jedoch stellt es sich schwierig heraus, das momentane Internet mit dieser Low-Tech-Technologie auszustatten. Dieses System ist noch nicht reif für unsere Gesellschaft. Nur wenige wären bereit, das momentan schnelle, komfortable und immer verfügbare Internet für etwas auszutauschen, was viel langsamer und unstabiler ist. Wichtig ist es, den Energiekonsum des momentanen weltweiten Netzwerkes zu kommunizieren und mit den Low-Tech-Ideen gegenüberzustellen.

Quellen

Greenpeace, „Click Clean“, aufgerufen am 12.01.2020, von https://internethealthreport.org/2018/das-internet-verbraucht-mehr-strom-als/?lang=de

Tejo Pydipati, „Energy Use of Print vs. Electronic Media“ (24.10.2010), aufgerufen am 12.01.2020, von http://large.stanford.edu/courses/2010/ph240/pydipati1/

Alex Magnin, „How much energy do Youtube videos use?“ (21.04.2016), aufgerufen am 14.01.2020, von https://sustainabilityillustrated.com/en/2016/04/21/energy-use-youtube-videos/

Alina Selyukh, „How Much Do Your Text Messages Contribute To Global Warming?“ (07.01.2018), zuletzt aufgerufen am 24.02.2020, von https://www.npr.org/sections/alltechconsidered/2016/01/07/461381813/how-much-do-your-text-messages-contribute-to-global-warming?t=1582554126221

Freifunk Berlin, zuletzt aufgerufen am 25.02.2020, von https://berlin.freifunk.net/

Junxian Huang, „A close examination of performance and power characteristics of 4G LTE networks“ (June 2012), zuletzt aufgerufen am 14.02.2020, von https://dl.acm.org/doi/10.1145/2307636.2307658

Rabin Patra, „WiLDNet: Design and Implementation of High Performance WiFi Based Long Distance Networks“, zuletzt aufgerufen am 25.02.2020, von https://www.usenix.org/conference/nsdi-07/wildnet-design-and-implementation-high-performance-wifi-based-long-distance

Sonesh Surana, „Beyond Pilots: Keeping Rural Wireless Networks Alive“ aufgerufen am 17.01.2020, von https://www.usenix.org/legacy/event/nsdi08/tech/full_papers/surana/surana.pdf

Carlos Rey-Moreno „A Telemedicine WiFi Network Optimized for Long Distances in the Amazonian Jungle of Peru“ zuletzt aufgerufen am 26.02.2020 von http://www.ehas.org/wp-content/uploads/2012/01/Extremecomm_sig_ISBN.pdf