通过系统优化使互联网更加节能

发布时间：2020-04-16 16:15:49 【来源：】

瑞典查尔默斯科技大学的研究人员最近完成了一个为期5年的研究项目，研究如何使光纤通信系统更节能。他们的建议中包括智能的纠错数据芯片电路，将其精简后的能耗降低了10倍。该项目已在包括Nature Communications在内的出版物中发表了几篇科学文章。

现在，流媒体电影和音乐，滚动社交媒体以及使用基于云的存储服务已成为日常活动。但是，为了适应这种数字生活方式，需要通过光纤电缆传输大量数据，并且该数量正以几乎无法想象的速度增长，从而消耗了大量的电力。这是完全不可持续的-以目前的速度增长，如果没有提高能效，那么十年之内，仅互联网所消耗的电能就会超过全球目前产生的电能。如果不大量增加化石燃料的发电量，就无法以相同的速度提高发电量，从而导致二氧化碳排放量显着增加。

Chalmers的微技术和纳米科学系的光子学教授Peter Andrekson说：“挑战在于满足对容量和性能的必然需求，同时将成本保持在合理的水平并最小化对环境的影响。”

彼得·安德烈克森(Peter Andrekson)担任了为期5年的“节能光纤通信”研究项目的负责人，该项目为该领域做出了重大贡献。

在项目的早期阶段，查默斯(Chalmers)研究人员确定了当今光纤系统中最大的能量消耗。有了这些知识，他们便为数据传输系统设计并建立了一个概念，该系统消耗的能量尽可能少。相对于彼此优化系统的组件可以节省大量能源。

当前，一些最耗能的组件是纠错数据芯片，它们在光学系统中用于补偿噪声和干扰。查默斯(Chalmers)研究人员现在已经成功地用优化的电路设计了这些数据芯片。

查尔默斯大学计算机科学与工程系计算机工程教授Per Larsson-Edefors说：“我们的测量结果表明，精制芯片的能耗比传统的纠错芯片低约10倍。”

在系统层面上，研究人员还展示了使用“光学频率梳”而不是为每个频道使用单独的激光发射器的优势。光学频率梳会同时发射所有波长的光，从而使发射器的频率非常稳定。这使信号的接收更加容易-从而更加节能。

还可以通过在网络级别控制光纤通信来节省能源。通过对不同网络资源中的能耗进行数学建模，可以控制和定向数据流量，从而优化利用资源。如果流量随时间变化，这在大多数网络中都是特别有价值的。为此，研究人员开发了一种优化算法，可以将网络能耗降低多达70%。

这些成功的秘诀一直是该项目的广泛方法，来自三个不同研究领域的科学家正在合作，以寻找最节能的整体解决方案，而又不牺牲系统性能。

这些研究突破为使未来的互联网更加节能提供了巨大的潜力。在光学硬件，电子系统和通信网络这三个研究领域中已发表了几篇科学文章。

“提高数据传输的能源效率需要多学科的能力。挑战在于光学硬件，通信科学，电子工程等之间的交汇点。这就是为什么该项目如此成功的原因”，通信系统教授Erik Agrell说道。查默斯电气工程系。

有关研究的更多信息

这项为期5年的研究项目``节能光纤通信''于2014-2019年进行，由Knut和Alice Wallenberg基金会资助，该研究具有巨大的潜力，可以使未来的互联网使用显着提高能源效率。它在光学硬件，电子系统和通信网络这三个科学学科中产生了一些研究出版物，其中包括以下三个：

《光波技术杂志》中用于像产品代码的高能效高通量VLSI架构

《自然通讯》杂志上的带有频率梳的相位相干光波通讯

针对都市弹性光网络的联合高效功率流量整形和服务提供，见《 IEEE / OSA光通信与网络杂志》，

有关智能，纠错数据芯片或集成电路的更多信息：

数据芯片或集成电路由Chalmers设计，并在法国格勒诺布尔制造。查默斯(Chalmers)研究人员随后验证了该芯片的性能并测量了能耗，这只是当前纠错芯片的十分之一。在每秒1 TB的数据传输速度(1 TB = 1万亿位)下，Chalmers纠错设计已显示出每位消耗大约2皮焦耳的能量(1皮焦耳= 1万亿焦耳的万亿分之一)。在此数据速率下，这相当于2瓦的功耗。相比之下，在如此高的传输速度下，当前的能量消耗约为每比特50皮焦耳，约50瓦。”

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