电讯光网络的能源效率.doc

电讯光网络的能源效率

电信光网络的能源效率

摘要——近年来随着能源危机和环境保护被人们越来越多地关注，发明科学的能源保护方法的新研究正在多学科领域开展着。特别是，由于ICT(信息通讯技术)领域能源消耗的剧增，人们的目光正聚焦于“绿色”ICT的方法上。在本论文中，我们为与在电信网络领域能源消耗最小化最密切相关的研究活动提供综合评述，并重点阐述那些应用中的光技术。我们借助光技术调查了能源最小化消耗的机会，分类总结了在不同网络领域中现存的方法，包括核心网、城域网、接入网。一部分致力于描述能源高效利用的办法，而针对当下一些电信光网络技术的重要应用，如:网格计算和数据中心。我们提供了在光网络这一领域不断进行的标准化努力的概述。这项工作展示了对不断增加的研究活动综合、及时的调查，而这些研究涵盖了电信光网络能源消费的大多数方面。我们的目的在于为不断增加的研究未来光网络能源高效利用的研究人员们提供一个电信光网络领域综合的参考。

索引词——能源、效率、电信、光学的、网络

I.介绍

年来，节能逐渐获得社会越来越多的兴趣，作为当今最具吸引力、也是最近关键的研究问题之一，人们就将其放入首要研究议程中的必要性越来越普遍的达成了共识。今天，传统的能源资源，比如:化石燃料能源，满足了人类资源需求的绝大部分;像美国，化石燃料供给了电力所需的85%的基础能源[1]，但是这种能源是不可再生的，并且预计终将在不久的将来用尽。另外，化石燃料的燃烧释放了大量的温室气体(GHG)，这是导致全球变暖的一个主要因素。

两个研究方向的探索正用于应对这个情形。第一，可再生的资源正被利用以取代传统的化石燃料资源，这不但创造了减少二氧化碳排放的机会，而且为可持续的环境友好型的社会发展铺平了道路[2]。第二，能源保护方法的探索正在多个科技领域开展着——低能耗的装备和部件正被研发，不仅为减少能源消耗，也是为了促进保护我们的环境。技术的发展可以使降低人类发展所必需的能源消耗量成为可能，在几乎所有的这些科学技术领域，为研发出新的资源保护办法，研究的努力继续着。

ICT(信息通讯技术)是追求节能最有前景的领域之一，ICT被广泛的用于社会的许多方面，而且一直有着环境友好的形象。这种声誉的形成主要是因为事实上，世界范围的电信网络已经改变了我们的社会，并且提供了实用的方法来减少人类活动对自然的冲击(细想，举个例:电信应用的远程办公、可视会议、电子商务，以及它们对人类活动的影响)。然而，ICT却有一个下降的趋势，在人们无论私下的还是职业上的日常生活中，ICT的普遍存在带来了另外一个问题——电脑和网络设备的资源消耗正成为全球资源消费中一个重要的部分[3]、[4]、[5]。

随着ICT覆盖率在世界范围内快速的扩大，ICT能源的消费也在快速的增加，因为每年都有更多的用于网络和交流的设备和部件被部署。来自2009年的数据显示，ICT消耗了全世界电能总和的8%[6],电信网络，这个ICT的重要代表部分，将在不久贯穿我们的日常生活中。宽频带电信网络的流量在快速的增加，由它带来的能源消费也在快速的增多。图形一给出了在未来几年电信网络不断增

长的(百分比)能源消费的一个预测[7]、[8]。考虑到廉价可用化石燃料的减少导致的能源价格上涨和增加的对温室足以引起政府政策转变影响的担忧，ICT的能源消费已经在提出问题，这将急切的促使发展节能的电信方法。我们需要设计新的组网范例，来保证在未来消费更少能源的情况下使ICT保持相同水平的功能[3]、[9]。

图一电信网络的能源消耗预测[7]、[8]

基于众多的网络技术，在这篇文章中，我们主要关注光网络的节能技术。正是由于光技术的高速度，大容量和其他的吸引人的性质[10]，目前光技术被广泛的应用于电信网络，而且继续成为全世界大多数地方的基础物理网络的底层结构。光网络技术也在最近十年取得了可喜的进步。调查了光网络不同的特征，很多想法也被提出用于提高光网络的性能。举个例:路由，波长分配，交通疏导策略已经被提议用于光网络成本效益的提高[11]。由于一个光学通信频道占有大量的带宽[12]，光网络的生存性已经被侧底的调查，因为光网络链接和节点的一个失误将会导致重大的损失。

不过在最近几年才被提出的节能光网络是一个全新的概念，从节能光网络将通过ICT技术保护能源的消耗、长远的减少社会能源的消费和保护我们的环境开始，越来越多的研究机构开始专注于它。

光网络能源消耗的最小化大体上可以分为四个级别:元件级、传送级、网络级、应用级。在元件的等级上，高度集成的全光组件的加工，比如:光学缓冲器、交换机的构造、波长整流器正在被研发中，这无疑将极大的减少能源的耗费[13]、[14]，光学交换结构(OSF)比起电子底板和互联更加的节能[15]、[16];在传送的等级上，低衰减和低色散光纤