Software requirements for energy efficiency in information systems: catalogue and Applications

Abstract

Las tecnologías generan riqueza y bienestar en las modernas sociedades actuales. Su uso está muy arraigado y presente en multitud de ámbitos cotidianos como la salud, la banca electrónica y la prensa. A pesar de la gran aportación que hace la tecnología a la comunidad, la concienciación en el gasto energético no está tan extendida entre los usuarios. Además, la ubicuidad que presentan los dispositivos móviles, incrementa su utilización y aumenta la demanda de energía. En general, el uso que se hace de los dispositivos tecnológicos es despreocupado en términos energéticos. La producción de energía tiene un gran impacto en el medio ambiente cuando proviene de fuentes no renovables. Existe la creencia errónea de que el gasto unitario de un dispositivo electrónico supone un nivel de contaminación tan bajo que es despreciable. A nivel local puede ser cierto pero el elevado número de aparatos electrónicos que funcionan actualmente en el planeta hace que el impacto sea significativo. La situación alarmante del medio ambiente acelera la consideración de la eficiencia energética como un atributo de calidad en la tecnología, reduciendo su repercusión en el planeta. Dada la situación actual de deterioro del medio ambiente surge la necesidad de ofrecer soluciones tecnológicas que sean más sostenibles. Tradicionalmente se ha trabajado en producir energía más ecológica, así como en generar dispositivos hardware que requieran de menos energía para funcionar. Sin embargo, el software, que gobierna el funcionamiento del hardware también tiene un papel importante de cara a reducir el consumo energético de la tecnología. En esta tesis doctoral se planteó la siguiente hipótesis: la reducción del consumo de energía que un sistema software genera en un sistema hardware puede alcanzarse mediante la reutilización de un catálogo de requisitos de software. Los requisitos en los proyectos software son fundamentales a la hora de definir la solución tecnológica a un problema determinado. El nivel de detalle de una especificación de requisitos software varía en función del tiempo y esfuerzo que se le dedica en las etapas iniciales del proyecto. Es muy frecuente que la eficiencia energética del software no sea considerada en el ciclo de desarrollo. Ante esta situación surge la necesidad de definir un artefacto que promueva el uso de los requisitos sobre consumo energético de los sistemas de información. Los requisitos en sostenibilidad comprenden el conjunto de características del software que generan un cambio en el consumo energético de un sistema hardware. Las principales contribuciones de la investigación realizada durante la etapa predoctoral son las siguientes: (1) exponer la situación real de la aplicación de medidas y hábitos de sostenibilidad en el software; (2) detectar las lagunas y dificultades que afronta un ingeniero informático a la hora de desarrollar software sostenible; (3) proponer un artefacto que permita facilitar la tarea de generar software con aspectos de eficiencia energética; (4) validar el artefacto. Con los resultados obtenidos en la presente tesis se ha demostrado que a través del software es posible reducir el consumo energético en un determinado hardware. No obstante, se continuará trabajando en esta línea de investigación para ampliar los resultados y proponer además un modelo de auditoría de la sostenibilidad energética en los sistemas software.

Information and Communication Technologies are rooted in modern societies. They create wealth and welfare, and can be found in several areas of everyday life, such as health, financial or media sectors. Despite their important contribution to the community, their massive usage is not accompanied by a widespread energy awareness. Moreover, the ubiquity of the information systems increase their use and, therefore, the demand of energy. In most of cases electronic devices are used carelessly in terms of energy consumption. Energy production has a major impact on the environment when non-renewable resources are used. There is a mistaken belief that the use of a single electronic device generates such a small amount of pollution that it is negligible. This idea might be truth from a local perspective. However, the high number of electronic devices on the planet makes the total impact significant. The alarming environmental situation accelerates energy efficiency to be considered as a quality attribute in technology, reducing its impact on the planet. Given the current deteriorating environmental situation, there is a need to offer technological solutions that are more sustainable. Traditionally, work has focused on producing greener energy, as well as generating hardware devices that require less energy to operate. However, the software, which governs the operation of the hardware, also has an important role to play in reducing the energy consumption of the technology. In this doctoral thesis, the hypothesis was as follows: the reduction of the energy consumption that a software system generates in a hardware system can be achieved by reusing a catalogue of software requirements. The requirements in software projects are fundamental when it comes to defining the technological solution to a given problem. The level of detail of a software requirements specification varies depending on the time and effort put into it in the early stages of the project. It is very common that software energy efficiency is not considered in the development cycle. In this situation, the need arises to define an artifact that promotes the use of energy consumption requirements to design information systems. Sustainability requirements comprise the set of software features that generate a change in the energy consumption of a hardware system. The main contributions of the research carried out as a PhD student are the following: (1) to expose the real situation of the application of sustainability measures and habits in software; (2) to detect the gaps and difficulties faced by a computer engineer when developing sustainable software; (3) to propose an artifact that allows facilitating the task of generating software with energy efficiency aspects; (4) to validate the artifact. With the results obtained in this thesis, it has been demonstrated that through software it is possible to reduce energy consumption in a given hardware. However, work will continue in this line of research to extend the results and also to propose a model for auditing energy sustainability in software systems.