Gør internettet mere energieffektivt gennem systemisk optimering

Forskere ved Chalmers University of Technology, Sverige, afsluttede for nylig et femårigt forskningsprojekt for at gøre fiberoptiske kommunikationssystemer mere energieffektive. Blandt deres forslag er smarte, fejlkorrigerende datachip-kredsløb, der bruger 10 gange mindre energi. Projektet har givet flere videnskabelige artikler i publikationer, herunder Naturkommunikation .

Streaming af film og musik, rulle gennem sociale medier, og brug af skybaserede lagertjenester er hverdagslige aktiviteter nu. Men for at imødekomme denne digitale livsstil kræver overførsel af en enorm mængde data gennem fiberoptiske kabler - og det beløb stiger med en næsten ufattelig hastighed, forbruge en enorm mængde elektricitet. Dette er uholdbart - med den nuværende stigningstakt, uden energieffektivitetsgevinster, inden for 10 år, Internettet alene vil forbruge mere elektricitet, end der i øjeblikket genereres på verdensplan. Elproduktionen kan ikke øges i samme hastighed uden massivt at øge brugen af ​​fossile brændstoffer til elproduktion, hvilket igen fører til en markant stigning i kuldioxidemissioner.

"Udfordringen ligger i at imødekomme den uundgåelige efterspørgsel efter kapacitet og ydeevne, samtidig med at omkostningerne holdes på et rimeligt niveau og minimerer miljøpåvirkningen, "siger Peter Andrekson, professor i fotonik ved Institut for Mikroteknologi og Nanovidenskab på Chalmers.

Andrekson var leder af det femårige forskningsprojekt, hvilket har bidraget betydelige fremskridt til feltet. I projektets tidlige fase, Chalmers -forskerne identificerede de største energidræn i fiberoptiske systemer. Med denne viden, de designede og byggede et koncept til et datatransmissionssystem, der forbruger så lidt energi som muligt. Optimering af systemets komponenter mod hinanden resulterer i betydelige energibesparelser.

I øjeblikket, nogle af de mest energikrævende komponenter er datakort med fejlkorrektion, som bruges i optiske systemer til at kompensere for støj og interferens. Chalmers -forskerne har nu redesignet disse datachips med optimerede kredsløb. "Vores målinger viser, at energiforbruget af vores raffinerede chips er omkring 10 gange mindre end konventionelle fejlkorrigerende chips, "siger Per Larsson-Edefors, professor i computerteknik ved Institut for Datalogi og teknik på Chalmers.

På et systemisk niveau, forskerne demonstrerede også fordelene ved at bruge optiske frekvenskamme i stedet for at bruge separate lasersendere til hver frekvenskanal. En optisk frekvenskam udsender lys ved alle bølgelængder samtidigt, hvilket gør senderen meget frekvensstabil. Dette gør modtagelsen af ​​signalerne meget lettere - og dermed mere energieffektiv.

Energibesparelser kan også foretages ved at kontrollere fiberoptisk kommunikation på netværksniveau. Ved matematisk at modellere energiforbruget i forskellige netværksressourcer, datatrafik kan styres og rettes, så ressourcerne bruges optimalt. Dette er især værdifuldt, hvis trafikken varierer over tid, som det er tilfældet i de fleste netværk. For det, forskerne udviklede en optimeringsalgoritme, der kan reducere netværksforbruget med op til 70%.

Forskerne søgte den mest energibesparende samlede løsning uden at gå på kompromis med systemets ydeevne. Disse forskningsgennembrud giver et stort potentiale for at gøre fremtidens internet betydeligt mere energieffektivt. Flere videnskabelige artikler er blevet offentliggjort inden for de tre forskningsdiscipliner inden for optisk hardware, elektroniksystemer og kommunikationsnetværk.

"Forbedring af energieffektiviteten ved dataoverførsel kræver tværfaglig kompetence. Udfordringerne ligger ved mødestederne mellem optisk hardware, kommunikationsvidenskab, elektronisk teknik og mere. Derfor har dette projekt været så vellykket, siger Erik Agrell, professor i kommunikationssystemer ved Institut for Elektroteknik på Chalmers.

Forskningen kan have et stort potentiale for at gøre internetteknologier betydeligt mere energieffektive. Det har resulteret i flere forskningspublikationer inden for de tre videnskabelige discipliner optisk hardware, elektroniksystemer og kommunikationsnetværk.