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Sine gias en la in es igación en STEM
ANÁLISIS DE CONSUMO ENERGÉTICO DE REDES
BLOCKCHAIN EN DISPOSITIVOS EMBEBIDOS DE BAJO
CONSUMO
Ja ie An onio Gue a Co onado*, Juan Ignacio Gue e o Alonso, Samuel Domínguez Cid,
Daniel Fe nández Valde ama, Diego F ancisco La ios Ma ín y Ca los León de Mo a
Depa amen o de Tecnología Elec ónica, Escuela Poli écnica Supe io , Uni e sidad de
Se illa, Se illa.
E-mail de co espondencia*: jgco [email p o ec ed]
RESUMEN
Se p esen a un es udio pa a la in eg ación de disposi i os embebidos IoT (In e ne
o Things), que son capaces de ges iona la in o mación p o enien e de senso es de
o ma e icien e con un mínimo cos e compu acional, con la ecnología Blockchain,
que pe mi e ga an iza la e acidad de los da os, gene almen e a cambio de un
al o cos e compu acional. Se analiza una ed Blockchain ejecu ada sob e IoT, así
como las a iables que de inen la capacidad que iene dicha ed pa a almacena la
in o mación, y su consumo ene gé ico.
INTRODUCCIÓN
La can idad de in o mación que se ob iene hoy día po disposi i os in e conec ados
es ealmen e g ande y c ece con inuamen e, has a llega a la es imación de 20 mil
millones de disposi i os conec ados pa a 2020 (Ga ne , 2017), aunque es o no ha
podido se con as ado, en pa e po la si uación sani a ia mundial. Gene almen e
IoT hace e e encia a disposi i os de bajo consumo, p es aciones y especí icos,
diseñados pa a comunica se en e ellos y con los usua ios.
Así, uno de los e os de la indus ia es á siendo la implan ación de IoT, dando luga a
la denominada Indus ia 4.0, con i iendo el é mino IoT en Indus ial IoT o IIoT. Se
es ima que IIoT pe mi i á la comunicación en e dis in as máquinas de una indus ia
de o ma p ecisa, cons an e y segu a. Pa a ello, IIoT puede apoya se en ecnologías
como Blockchain (Sisinni e al., 2018). Es e abajo abo da una compa a i a del
consumo ene gé ico y de la elocidad de ejecución de disposi i os IIoT ejecu ando
edes Blockchain.
BLOCKCHAIN
La uncionalidad Blockchain se puede simpli ica como un lib o de con abilidad
digi al, donde la in o mación no puede se eliminada o modi icada, usando
algo i mos c ip og á icos que pe mi en a los nodos Blockchain gene a un bloque
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median e unciones de hash, que son complicadas de calcula , pe o sencillas de
comp oba (Bella e, Cane i, y K awczyk, 1996). Como los hashes pe mi en man ene
la in eg idad de la Blockchain, se á la a iable pa a e alua : cuan o mayo sean los
hashes po segundo, más ápidamen e se gene a á un nue o bloque.
PROBLEMÁTICA
Una ed Blockchain es una ed compleja, que consume muchos ecu sos, exigiendo
además cons an e comunicación en e ellos. Po o a pa e, IoT se diseña pa a
consumi poca ene gía, se comunican de o ma in e mi en e y ienen p es aciones
pequeñas. Po an o, ambas ecnologías pa ecen se incompa ibles.
SOLUCIÓN PROPUESTA
Ins umen al
En es e abajo, se analiza á el consumo ene gé ico de los disposi i os de la Figu a 1
ejecu ando Blockchain:
• Raspbe y Pi 4 (RPi): conocida placa de desa ollo mul ip opósi o. Tiene un
pico máximo de po encia de 15 W.
• N idia Je son TX2 (TX2): placa de desa ollo op imizada pa a ope aciones de
ap endizaje au omá ico, con una unidad de p ocesamien o g á ico, con un
consumo máximo de 90 W.
Figu a 1. Raspbe y Pi 4 y Je son TX2.
Se ha u ilizado en ambos disposi i os el p og ama Ge h (E he eum, 2020), un
clien e de la ed E he eum esc i o en Go. Como sis ema ope a i o se ha u ilizado
Ubun u Se e pa a la RPi, y Ubun u Desk op pa a la TX2. Pa a ambos disposi i os
se ha medido el cálculo de Hashes po segundo y su consumo ene gé ico. Pa a el
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cálculo de Hashes po segundo se ha u ilizado la consola de Ge h, mien as que
pa a el consumo se ha u ilizado un disposi i o ex e no que ejecu aba un algo i mo
p og amado en Py hon pa a calcula el consumo.
Con espec o a la ob ención de los da os se han omado mues as cada décima de
segundo, du an e un minu o. Pos e io men e, se ha dejado pasa unos minu os y se
ha uel o a mues ea du an e más de un minu o. T as ealiza es e p oceso de o ma
i e a i a du an e un pe íodo supe io a una ho a, se ha comp obado que el cálculo
de hashes po segundo es p ác icamen e cons an e una ez la ed Blockchain es á
en p oducción.
Resul ados
Se obse a que la po encia consumida du an e la ejecución de la Blockchain pa a el
cálculo de hashes es p ác icamen e cons an e, y además con un alo bas an e más
bajo del máximo eó ico. De o ma ap oximada, la RPi consume un 40% de los 15 W
su po encia máxima, alo que se educe has a menos del 10% en la TX2.
Sin emba go, el cálculo de hashes de la TX2, en o no a los 85 kH/s, que casi duplica
al de la RPi (unos 50 kH/s). Es a di e encia de endimien o se agudiza más cuando
se u ilizan clien es op imizados pa a la TX2, como E hmine (Lan anchi, 2020), con
endimien os supe io es a los 300 kH/s consumiendo en o no a 7.5 W.
G á ico 1. Resul ados expe imen ales.
CONCLUSIONES
Aunque los esul ados de es a compa a i a mues an una cla a en aja de la TX2
sob e la RPi, es e úl imo disposi i o cuen a con dos pun os impo an es a su a o : las
unciones hash son pa alelizables, po lo que se pod ían coloca a ios disposi i os y
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dis ibui el cos e compu acional de la unción hash en e ellos. Segundo, la RPi iene
un cos e del o den de 10 eces más económico que la TX2.
Si la ed Blockchain a a ene pocos disposi i os IoT conec ados, segu amen e sea
más in e esan e u iliza la TX2. Sin emba go, si el núme o de disposi i os aumen a,
se á necesa io un análisis más minucioso, pa a decidi cuál es la a qui ec u a óp ima.
Es os esul ados pe mi en plan ea la ealización de una a qui ec u a mul icapa,
donde pa e del cálculo se ealice en se ido es, y o a pa e en una capa más
p óxima a los senso es IoT, ace cando la compu ación al o igen del da o, con obje i o
de minimiza la manipulación de los da os an es de se almacenados. Es e modelo,
llamado es uc u as Mul i-access Edge Compu ing o MEC (Shahzadi e al., 2017),
ambién disminuye la can idad de in o mación que se ansmi e a a és de es e,
po lo cual se conside a una a qui ec u a a in es iga en p o undidad en es udios
pos e io es.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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