通過系統優化使互聯網更加節能

瑞典查爾默斯工業大學的研究人員最近完成了一個為期五年的研究項目，以使光纖通信系統更加節能。他們的建議中包括智能的，糾錯數據芯片電路，其能耗降低了10倍。該項目已在包括Nature Communications在內的出版物中發表了幾篇科學文章。

現在，流媒體電影和音樂，滾動社交媒體以及使用基于云的存儲服務已成為日常活動。但是，要適應這種數字生活方式，就需要通過光纜傳輸大量數據，并且該數量正以幾乎無法想象的速度增長，從而消耗了大量的電力。這是不可持續的，以目前的速度(如果沒有能源效率的提高)，十年之內，僅互聯網將消耗的電能將超過全球目前產生的電能。在不大量增加使用化石燃料發電的情況下，無法以相同的速度提高發電量，從而導致二氧化碳排放量的大幅增加。

Chalmers的微技術和納米科學系的光子學教授Peter Andrekson說：“挑戰在于滿足對容量和性能的不可避免的需求，同時將成本保持在合理的水平并最小化對環境的影響。”

安德烈森(Andrekson)是五年研究項目的負責人，該項目為該領域做出了重大貢獻。在項目的早期階段，查默斯(Chalmers)研究人員確定了光纖系統中最大的能量消耗。利用這些知識，他們設計并建立了一種數據傳輸系統的概念，該系統消耗的能量盡可能少。相對于彼此優化系統的組件可以節省大量能源。

當前，一些最耗能的組件是糾錯數據芯片，其在光學系統中用于補償噪聲和干擾。查默斯(Chalmers)研究人員現在已經使用優化的電路重新設計了這些數據芯片。查爾默斯大學計算機科學與工程系計算機工程教授Per Larsson-Edefors說：“我們的測量結果表明，精制芯片的能耗是傳統糾錯芯片的10倍左右。”

在系統層面上，研究人員還展示了使用光學頻率梳代替每個頻道使用單獨的激光發射器的優勢。光學頻率梳會同時發射所有波長的光，從而使發射器的頻率非常穩定。這使信號的接收更加容易，從而提高了能源效率。

還可以通過在網絡級別控制光纖通信來節省能源。通過對不同網絡資源中的能耗進行數學建模，可以控制和定向數據流量，從而優化利用資源。如果流量隨時間變化，這在大多數網絡中都是特別有價值的。為此，研究人員開發了一種優化算法，可以將網絡能耗降低多達70%。

研究人員在不犧牲系統性能的情況下尋求了最節能的整體解決方案。這些研究突破為使未來的互聯網更加節能提供了巨大的潛力。在光學硬件，電子系統和通信網絡這三個研究領域中已發表了幾篇科學文章。

“提高數據傳輸的能源效率需要多學科的能力。挑戰在于光學硬件，通信科學，電子工程等之間的交匯點。這就是為什么該項目如此成功的原因，”通信系統教授埃里克·阿格里爾(Erik Agrell)說。查默斯電氣工程系。

該研究具有巨大的潛力，可以使互聯網技術顯著提高能源效率。它已經在光學硬件，電子系統和通信網絡這三個科學學科中產生了一些研究出版物。