通过系统优化使互联网更加节能

瑞典查尔默斯理工大学的研究人员最近完成了一个为期五年的研究项目,以使光纤通信系统更加节能。他们的建议中包括智能的,纠错数据芯片电路,其功耗降低了10倍。该项目在包括《自然通讯》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,要适应这种数字生活方式,就需要通过光缆传输大量数据,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。这是不可持续的,以目前的速度(如果没有能源效率的提高),十年之内,仅互联网将消耗的电能将超过全球目前产生的电能。在不大量增加使用化石燃料发电的情况下,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不可避免的需求,同时将成本保持在合理的水平并最小化对环境的影响。”

安德烈森(Andrekson)是五年研究项目的负责人,该项目为该领域做出了重大贡献。在项目的早期阶段,查尔默斯大学的研究人员确定了光纤系统中最大的能量消耗。利用这些知识,他们设计并建立了一种数据传输系统的概念,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)研究人员现在已经通过优化电路重新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:“我们的测量表明,精制芯片的能耗是传统纠错芯片的约10倍。”

在系统层面上,研究人员还展示了使用光学频率梳代替在每个频道上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,从而提高了能源效率。

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%。

研究人员在不牺牲系统性能的情况下寻求了尽可能节能的整体解决方案。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。这就是该项目如此成功的原因,”该系统通信系统教授Erik Agrell说道。查默斯电气工程系。

该研究具有巨大的潜力,可以使互联网技术显着提高能源效率。它已在光学硬件,电子系统和通信网络这三个科学学科中发表了一些研究出版物。