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– La Internet surgió en el debate público como un riesgo climático que causa emisiones de dióxido de carbono tan altas como aquellas originadas de viajes en avión. Por cinco años, investigaciones en Chalmers están en marcha para construir modelos para tráfico de datos con eficiencia energética. Hasta ahora, los investigadores lograron reducir el consumo de energía a una décima en las áreas especificadas.
Articulo by Chalmers: Estamos transmitiendo películas y canciones, salvando nuestras imágenes en la nube y estamos constantemente conectados a todas las oportunidades que ofrece Internet. El uso de un teléfono inteligente normal requiere tanta electricidad como una nevera. Sin embargo, la carga del teléfono móvil representa sólo una parte insignificante de esa energía. El resto de la electricidad no está siendo utilizado en nuestras casas, sino en centros de datos que albergan los datos almacenados en la nube y durante el transporte de datos a través de cables de fibra óptica, a veces con cientos de kilómetros de extensión.
Un inmenso aumento en el tráfico de datos
La cantidad de datos transportados vía cables de fibra óptica está aumentando a una tasa casi inimaginable. Y lo mismo ocurre con el consumo de energía del tráfico de datos. Si no se hace nada sobre la situación, dentro de diez años, Internet consumirá más electricidad que la producida globalmente.
«Es un gran desafío para la sociedad y para nosotros, como investigadores, resolver la ecuación de cómo satisfacer la demanda de capacidad y rendimiento de datos, manteniendo los costos en un nivel razonable y minimizando el impacto ambiental. No menos importante, exige una manera completamente nueva de optimizar los sistemas técnicos, dice Peter Andrekson, profesor de fotónica de Chalmers, que en los últimos cinco años ha liderado un gran proyecto de investigación con el objetivo de construir un modelo futuro de energía, comunicación de fibra óptica eficiente.
La intención del proyecto fue localizar a los consumidores de energía dominantes en los sistemas de fibra óptica, y luego diseñar y construir un modelo que utilice sólo una décima parte de la energía de los sistemas existentes. Para tener éxito en ello, se aplicó un enfoque amplio. Tres diferentes perspectivas científicas se unieron: hardware óptico, hardware electrónico y teoría de la información, a fin de realizar la coordinación y transferencia de datos de la mejor manera posible.
Muchos pequeños ladrones de energía
Algo que, al menos hasta cierto punto, fue una sorpresa para los investigadores fue el hecho de que hay muchos pequeños ladrones de energía con el potencial de afectar el sistema – no unos pocos cuellos de botella a ser resueltos.
«Ejemplos de tales ladrones de energía son los procesadores de señales en los transmisores y receptores en los sistemas ópticos», dice Erik Agrell, profesor de sistemas de comunicación, que en este proyecto fue responsable del desarrollo de modelos matemáticos para diseñar nuevos tipos de transmisores más eficientes. y los algoritmos del receptor. «Las mayores tasas de transferencia de datos están exigiendo transmisores y receptores con la capacidad de manejar señales más fuertes. Sin embargo, con la ayuda de códigos de corrección de errores, los requisitos de hardware óptico se pueden reducir parcialmente. Por otro lado, también consume más energía, porque el hardware electrónico de corrección de errores también se ejecuta en electricidad. Este es un ejemplo concreto de la necesidad de encontrar un equilibrio entre rendimiento, costo y consumo de energía, a fin de elegir la mejor solución en cada caso individual. »
Dentro de la estructura del proyecto, los chips que contienen código de corrección de errores se han diseñado en Chalmers y luego personalizados en los EE.UU. Posteriormente, los chips fueron probados para verificar si los modelos teóricos y las simulaciones del consumo de energía son correctos, también en la práctica.
Se pretende reducir el consumo de energía a una décima parte
Los requisitos previos para la creación del sistema ideal difieren, entre otras cosas, dependiendo de la distancia en la que se transportan los datos. Por un lado, los investigadores estudiaron la comunicación de datos en cortas distancias, de 1 a 500 metros, que ocurren, por ejemplo, en centros de datos y en clústeres de computación basados en red. Por otro lado, la investigación también se ha concentrado en sistemas ópticos mayores, donde el tráfico de muchos usuarios recorre simultáneamente distancias de hasta cientos de kilómetros.
El objetivo del proyecto, reducir el consumo de energía a una décima con respecto a los modelos usados hoy, parecía ser bastante difícil.
«Dentro de las áreas definidas, somos capaces de afirmar -no sin orgullo- que logramos alcanzar los niveles que anhelamos», dice Peter Andrekson. «Esto se aplica no menos a la reducción de potencia gracias al código de corrección de errores. También recibimos un buen feedback sobre los resultados científicos que presentamos. Sin embargo, las empresas comerciales no están particularmente dispuestas a contribuir a este tipo de investigación. Por razones competitivas, ellos mantienen sus conocimientos para sí mismos, pero, por otro lado, no dudan en aplicar los resultados de la academia «.
Enfoque interdisciplinario
Para presentar resultados que realmente optimizan el sistema como un todo, y no sólo las partes constituyentes, los investigadores trabajaron interdisciplinariamente en tres campos de investigación. En total, el proyecto resultará en cinco tesis de doctorado. Los estudiantes de doctorado trabajaron en pares circulando por las fronteras departamentales, un enfoque que ha sido la base para alcanzar los resultados de la investigación desde una perspectiva amplia.
«Para ser honesto, el proceso de entender completamente los conceptos unos de otros dentro del proyecto ha consumido mucho tiempo. Aunque trabajamos en áreas de investigación relacionadas, existen diferencias culturales entre nuestras áreas de especialización. Chalmers tiene una fuerza en el centro de competencia FORCE, que coordina la investigación en comunicación de fibra óptica «, dice Peter Andrekson, que también es el director de ese centro. «Estamos ahora expandiéndose, gracias al cambio del grupo de investigación Redes Ópticas para Chalmers de la KTH en Estocolmo.»
Economía sostenible de Internet
«Para obtener una Internet que sea sostenible desde el punto de vista de los recursos, se deben aplicar tres perspectivas diferentes, dice Erik Agrell. En primer lugar, se trata de desarrollar y usar tecnología de comunicación que sea eficiente en términos energéticos y, en esa perspectiva, podemos contribuir como investigadores. En segundo lugar, se trata de aumentar la concientización y crear incentivos para que cada uno de nosotros, como los usuarios de Internet, no pierda innecesariamente el tráfico de datos. En este caso, la persona individual, así como la sociedad en general, y nuestros políticos, tienen una responsabilidad compartida de mantener la sostenibilidad. Y, finalmente, es importante para el clima que las fuentes de energía sean usadas en cada país para producir la electricidad – cuanto menos combustibles fósiles y más renovables, mejor.
«Estoy convencido de que estamos caminando hacia un cambio de paradigma», concluye. «En un futuro no muy lejano, la transferencia de datos y cálculos pesados en Internet serán vistos como recursos para ahorrar, no como activos libres e ilimitados».
Más sobre la investigación
La investigación fue financiada por la Fundación Knut y Alice Wallenberg durante cinco años a partir de 2014, con 33,9 MSEK.
Para obtener más información, póngase en contacto con nosotros:
Peter Andrekson, Profesor de fotónica, Departamento de Microtecnología y Nanociencia, Chalmers University of Technology, peter.andrekson@chalmers.se
Erik Agrell, profesor de sistemas de comunicación, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Chalmers University of Technology, agrell@chalmers.se
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