瑞典查爾默斯科技大學(xué)的研究人員最近完成了一個為期5年的研究項目，研究如何使光纖通信系統(tǒng)更節(jié)能。他們的建議中包括智能的糾錯數(shù)據(jù)芯片電路，將其精簡后的能耗降低了10倍。該項目已在包括Nature Communications在內(nèi)的出版物中發(fā)表了幾篇科學(xué)文章。

現(xiàn)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(wù)已成為日常活動。但是，為了適應(yīng)這種數(shù)字生活方式，需要通過光纖電纜傳輸大量數(shù)據(jù)，并且該數(shù)量正以幾乎無法想象的速度增長，從而消耗了大量的電力。這是完全不可持續(xù)的-以目前的速度增長，如果沒有提高能效，那么十年之內(nèi)，僅互聯(lián)網(wǎng)所消耗的電能就會超過全球目前產(chǎn)生的電能。如果不大量增加化石燃料的發(fā)電量，就無法以相同的速度提高發(fā)電量，從而導(dǎo)致二氧化碳排放量顯著增加。

Chalmers的微技術(shù)和納米科學(xué)系的光子學(xué)教授Peter Andrekson說：“挑戰(zhàn)在于滿足對容量和性能的必然需求，同時將成本保持在合理的水平并最小化對環(huán)境的影響。”

彼得·安德烈克森(Peter Andrekson)擔(dān)任了為期5年的“節(jié)能光纖通信”研究項目的負(fù)責(zé)人，該項目為該領(lǐng)域做出了重大貢獻。

在項目的早期階段，查默斯(Chalmers)研究人員確定了當(dāng)今光纖系統(tǒng)中最大的能量消耗。有了這些知識，他們便為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計并建立了一個概念，該系統(tǒng)消耗的能量盡可能少。相對于彼此優(yōu)化系統(tǒng)的組件可以節(jié)省大量能源。

當(dāng)前，一些最耗能的組件是糾錯數(shù)據(jù)芯片，它們在光學(xué)系統(tǒng)中用于補償噪聲和干擾。查默斯(Chalmers)研究人員現(xiàn)在已經(jīng)成功地用優(yōu)化的電路設(shè)計了這些數(shù)據(jù)芯片。

查爾默斯大學(xué)計算機科學(xué)與工程系計算機工程教授Per Larsson-Edefors說：“我們的測量表明，精制芯片的能耗是傳統(tǒng)糾錯芯片的約10倍。”

在系統(tǒng)層面上，研究人員還展示了使用“光學(xué)頻率梳”而不是為每個頻道使用單獨的激光發(fā)射器的優(yōu)勢。光學(xué)頻率梳會同時發(fā)射所有波長的光，從而使發(fā)射器的頻率非常穩(wěn)定。這使信號的接收更加容易-從而更加節(jié)能。

還可以通過在網(wǎng)絡(luò)級別控制光纖通信來節(jié)省能源。通過對不同網(wǎng)絡(luò)資源中的能耗進行數(shù)學(xué)建模，可以控制和定向數(shù)據(jù)流量，從而優(yōu)化利用資源。如果流量隨時間變化，這在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中都是特別有價值的。為此，研究人員開發(fā)了一種優(yōu)化算法，可以將網(wǎng)絡(luò)能耗降低多達70%。

這些成功的秘訣一直是該項目的廣泛方法，來自三個不同研究領(lǐng)域的科學(xué)家正在合作，以尋找最節(jié)能的整體解決方案，而又不犧牲系統(tǒng)性能。

這些研究突破為使未來的互聯(lián)網(wǎng)更加節(jié)能提供了巨大的潛力。在光學(xué)硬件，電子系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)這三個研究領(lǐng)域中已發(fā)表了幾篇科學(xué)文章。

“提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪茉葱市枰鄬W(xué)科的能力。挑戰(zhàn)在于光學(xué)硬件，通信科學(xué)，電子工程等之間的交匯點。這就是該項目如此成功的原因”，該系統(tǒng)通信系統(tǒng)教授Erik Agrell說道。查默斯電氣工程系。