Nhu cầu năng lượng tăng vọt của mạng lưới kỹ thuật số hiện đại

Mạng thông tin kỹ thuật số toàn cầu (đã tương ứng với mạng lưới điện tế bào, trung tâm dữ liệu, sợi xương, và Internet của những thứ (IOT) (IOT) (ĐT) - Tập trung ước tính [FLT: 0] 1–2% điện năng [FLT: 1), trung tâm dữ liệu [FLT: 1), một con số được dự đoán phát triển như 5G và tính năng lượng mở rộng. Trung tâm dữ liệu riêng tính cho khoảng 1% nhu cầu điện năng toàn cầu trong 2022, trong khi mạng truyền tải (bao gồm các trạm, đường dẫn và công tắc) cộng thêm một số khác nữa. Việc in ấn này không chỉ tạo ra các chi phí thải carbon, mà còn góp cả các giao thức thiết kế hệ thống điều khiển, và các thiết kế hệ thống điều hành.

Giao thức liên lạc với người khác được thiết kế trong một thời đại khi băng thông và đáng tin cậy là mối quan tâm chính chứ không phải năng lượng.

Tại sao cần phải có khả năng năng năng lượng để trở thành thiết kế giao thức

Giao thức chi phối mỗi lớp giao tiếp mạng - từ lớp vật lý điều chỉnh cho đến lớp thông điệp ứng dụng. Khi xem xét năng lượng là một ý nghĩ sau, hệ thống bị lãng phí qua các hệ thống chuyển đổi không cần thiết, lắng nghe không cần thiết, định tuyến phụ và phần đầu. Ví dụ, giao thức TCP được sử dụng rộng rãi có thể tạo ra quá nhiều tái phát hành trong môi trường không dây bị mất điện, lãng phí năng lượng. Tương tự, nhiều thiết bị interT vẫn còn ở trong các trạng thái năng lượng cao để chờ gói tin ít khi đến.

Kết hợp năng lượng vào giai đoạn thiết kế cho phép giao thức để thực hiện việc đánh đổi thông minh: giảm dần trong giờ nghỉ, tổng hợp dữ liệu để giảm tần số truyền tải, và đưa radio vào giấc ngủ khi không cần thiết. Những phương pháp tối ưu này có thể sản xuất 30–70% tiết kiệm năng lượng thường xuyên mà không cần phải hy sinh kinh nghiệm, theo [FLT: 0] đang được xuất bản trong chương trình khảo sát & cải cách [FL: 1].

Những chiến thuật chủ yếu cho sự phát triển giao thức năng lượng-thực dụng

Quản lý nguồn điện thích nghi

Thay vì truyền năng lượng tối đa, quản lý năng lượng thích nghi điều chỉnh năng lượng truyền tải của các đài phát thanh dựa trên điều kiện thời gian thực, khoảng cách với bộ nhận dữ liệu và tỷ lệ cần thiết. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong các mạng tế bào nơi mật độ và chất lượng tín hiệu khác nhau theo thời gian. Ví dụ, 5G cơ sở có thể giảm điện từ 40–50% trong thời gian nâng cao sử dụng các thuật toán năng lượng tiên tiến. Mặt giao thức, [FT: 0] Energy Efficientther [E] [FL] [FL] [FL] chuẩn: 1] trong vòng 80% khi giao thức thấp, khi kết nối với cổng W.

Chế độ ngủ và kế hoạch hóa thức dậy

Thiết bị phát triển vẫn còn tiêu thụ điện năng để nghe những thông tin có thể được truyền đi. Chế độ giấc ngủ giảm nhẹ tắt hầu hết các mạch trong khi duy trì bộ nhận diện năng lượng thấp có thể cắt giảm đáng kể. Giao thức như [FLT: 0]IEE 802.11 cho phép ghi nhớ chế độ cho WiT] để giữ bộ lọc đánh thức 3GGGGG DPGG DGGGGGGGGGG GRection (DRX) [FT: 0] cho phép ngủ trước khi thức dậy và chỉ có dữ liệu. Đối với các mạng IWT: 2. Khi sử dụng các thiết bị giấc ngủ, có thể mở rộng thời gian sử dụng bộ inter, có thể tăng tốc độ giấc ngủ và mở rộng các giao thức giấc ngủ.

Cách giữ gìn năng lượng được trang bị

Giao thức định tuyến truyền thống (v. d., OPF, BGP) chọn đường dẫn dựa trên điểm đếm hay số lượng không sẵn sàng, không phải năng lượng. Năng lượng cho phép định tuyến điện giảm tối đa năng lượng, tránh việc dùng nút nén, và thích kết nối với chi phí năng lượng thấp hơn. Trong mạng lưới sơ bộ không dây và cảm biến, giao thức như [FLTT: 0] LWEGGMGMMMMMMMMMMĐ chọn tuyến giảm cường năng lượng chuyển đổi sang khả năng lượng cầu (FT: 1] [F: 1] xoay đầu nhóm để phân phối năng lượng, thậm chí ngăn cản sự thất bại. Đối với các mạng lưới cảm biến rộng, bằng cách sử dụng hệ thống nghiên cứu mạng màu xanh (NNNNN) để giảm tốc độ tiêu dùng các đường dẫn năng lượng từ xa (cơ quan hệ thống điều khiển)

Sự nén dữ liệu và sự phân hóa

Truyền ít bit trực tiếp giảm năng lượng vào cả bộ gửi lẫn bộ nhận. Giao thức có thể kết hợp các thuật toán nén nhẹ (v. g., LZ4, Z tiêu chuẩn) hoặc bộ mã vi phân để thu nhỏ kích cỡ. Tại lớp mạng, [FLT: 0] Máy phát điện giao thức giao thức giao thức (ROHC) [FLT: 1) giảm IP], LP6/UD/T/PP/Pers nhỏ hơn 40–60tes, chỉ bằng 1 phần trăm (ít) để giảm thiểu khả năng tiêu dùng, chỉ trong vòng 30 phút, khả năng đọc tập tin có thể giảm dữ liệu.

Trình soạn thảo và tuần hoàn công việc năng lượng

Trong môi trường đa cửa sổ hay nhiều bộ điều khiển đa màn hình, thuật toán có thể ưu tiên dữ liệu theo hiệu ứng năng lượng của chúng. Chẳng hạn, một trạm cơ sở có thể hoãn các gói không hoạt động lại để cho phép thiết bị ngủ lâu hơn, hoặc nó có thể sắp xếp thời gian truyền tải trong điều kiện kênh thuận lợi để giảm bớt năng lượng chuyển đổi. Đối với mạng lưới di chuyển, nhiệm vụ đạp xe - nơi thiết bị lắng nghe một phần nhỏ của mỗi khung thời gian - là một kỹ thuật chuẩn. [FL: 0]IE 80.15. [FL: 1] [FT: 1] để thiết lập thiết lập thiết lập mạng không dây điện thoại không dây, xác định cấu trúc siêu hoạt động và không cho phép tập hợp thời gian ngủ, không hỗ trợ tập hợp thời gian cho phép tập hợp tập tin thời gian còn lại.

Phương pháp tiếp cận cấp cao: Sinh đôi máy học và kỹ thuật số

Trong khi các giao thức dựa trên cơ sở dữ liệu dựa trên cơ sở dữ liệu cho phép tiết kiệm, sự phức tạp của mạng lưới hiện đại với các thiết bị giao thông khác nhau, các kiểu giao thông khác nhau và sự can thiệp động động, và các giải pháp thích hợp. Việc học tập (ML) có thể dự đoán chất lượng giao thông, chất lượng kênh, và sự di chuyển của người dùng, rồi điều chỉnh các thông số giao thức trong thời gian thực. Ví dụ, việc tăng cường việc học tập sâu đã được áp dụng để tối ưu hóa chu kỳ DX trong 5G, đạt tới 20% tiêu dùng năng lượng thấp hơn khi duy trì sự hạn chế năng lượng. [FL: 0] Một nghiên cứu trong Hệ thống thông tin liên lạc Thiên nhiên [FL: 1] chứng minh rằng tài nguyên định vị trí tập đoàn giao thông [FL: 1] có thể tăng cường độ phân bổ sung có thể giảm xuống đến 35% trong mạng lưới năng lượng có thể giảm qua trung tâm năng lượng thấp.

Hai bản sao điện tử mạng lưới vật lý cho phép các nhà điều hành mô phỏng các thay đổi giao thức trước khi triển khai. sử dụng mô hình tiêu thụ điện năng, can thiệp, và dòng lưu thông, các kỹ sư có thể kiểm tra các giao thức năng lượng hiệu quả trong môi trường an toàn, tăng tốc cho nhận dạng. một số nhà cung cấp mây đã sử dụng cặp song sinh số để làm mát tối ưu và vị trí làm việc, và kỹ thuật dần dần được áp dụng cho thiết kế giao thức.

Những thử thách trong việc đạt được năng lượng vũ trụ

Phát triển các giao thức hiệu quả về năng lượng không phải là không có trở ngại.

  • Cơ chế dịch vụ (QS) trao đổi các giá trị: [FLT: 1) Quyền lực thường tăng độ mở/ giảm. Đối với ứng dụng thời gian thực như gọi video hoặc tự động lái, thậm chí sự chậm trễ ít là không thể chấp nhận. Giao thức phải được ngữ cảnh, chỉ áp dụng các kỹ thuật màu xanh lá cây khi sự hạn chế QoS cho phép.
  • Cơ chế tiết kiệm năng lượng có thể giới thiệu véc- tơ mới. Chẳng hạn, chu kỳ ngủ sâu có thể chậm phát hiện giao thông nguy hiểm, và đánh thức người nhận dễ dàng phủ nhận các cuộc tấn công ngủ của người dùng. Giao thức phải gắn kết các biện pháp an ninh không làm giảm năng lượng.
  • Tính đa dạng của bộ phận và nhà cung cấp:) tính năng năng lượng hiệu quả thường phụ thuộc hoàn hảo vào khả năng phân mảnh. Một giao thức có thể hoạt động hoàn hảo trên một thiết bị nhưng không tồi trên một thiết bị khác. Cơ thể chuẩn hóa (IEE, 3GPP, IETF) đang làm việc để xác định giao diện chung, nhưng phân mảnh vẫn là một rào cản.

Ngoài ra, việc triển khai các giao thức mới trên cơ sở hạ tầng hiện có đòi hỏi kế hoạch di trú tương thích và cẩn thận. điều phối viên là rủi ro, và một thay đổi giao thức mà phá vỡ ngay cả một phần nhỏ của người dùng có thể không được chấp nhận.

Hướng tương lai: 6G, Máy tình báo có thể cấu hình lại, và Giao thức lượng tử được soi dẫn

Nhìn về phía trước, người ta mong đợi mạng lưới 6G sẽ đẩy năng lượng vượt xa hơn, còn mục tiêu là 10–100x cải tiến hơn 5G. Tăng trưởng khái niệm bao gồm các bề mặt thông minh có thể cấu hình lại (RIS) phản ánh tín hiệu với gần số năng lượng gần bằng 0, và các trạm cơ bản cực nhỏ hoạt động như là các tiếp âm đơn giản. Trên mặt giao thức, các nhà nghiên cứu đang khám phá các phương pháp tiếp cận sinh học - giống như một tập hợp tối ưu hóa tập hợp cho các thuật toán lượng tử có khả năng giải quyết các vấn đề về năng lượng tối thiểu. [FT: 0] Nhóm thực tế tập trung vào 20 [T: 30] đang dự án [T] đang soạn thảo cho các yêu cầu năng lượng cho mạng lưới tự động học và tự nhiên có thể tự thu hoạch.

Hợp tác giữa học viện, ngành công nghiệp và tiêu chuẩn sẽ là tối quan trọng. Chẳng hạn, nhóm nghiên cứu [EEE 1918 tiêu chuẩn về Internet điện phân bao gồm các kỹ thuật tiết kiệm năng lượng cho việc giao tiếp dịch haptic, trong khi nhóm nghiên cứuIETF Green Network] tiếp tục đề xuất năng lượng mở rộng sang TCP, IP, và các giao thức định tuyến mở. Như các cơ sở quản lý cơ sở điện của nhân Linux - như các nhà nghiên cứu nguyên mẫu và các ý tưởng mới nhanh chóng.

Kết luận

Giao thức năng lượng không còn là một giao thức hiệu quả nữa; chúng ta có thể giảm đáng kể dấu ấn môi trường của mạng lưới trong khi duy trì sự phát triển bền vững. bằng cách đặt bộ quản lý sức mạnh thích nghi, chu kỳ ngủ thông minh, sự tối ưu hóa, sự nén, và hệ thống điều khiển của ML vào cấu trúc của giao thức giao tiếp, chúng ta có thể giảm đáng kể mức độ ảnh hưởng của các mạng lưới trong khi duy trì hiệu suất trong khi duy trì sự mong đợi. những thách thức của QoS, an ninh và phần cứng là thực sự thật, nhưng cộng đồng nghiên cứu đang tiến bộ ổn định. các học sinh, và các nhà vô địch những nguyên tắc này sẽ định hình những mạng xanh, hiệu quả hơn ngày mai đòi hỏi một sự cải tiến, và sự hợp tác đối phó cho hành tinh tương lai và sự hợp tác.