自1992年，时任美国参议员的戈尔提出美国信息高速公路法案。从1993年9月开始，美国政府宣布实施“国家信息基础设施”（National Information Infrastructure，简称NII），是以互联网为雏形，兴建“信息高速公路”，使所有人方便地共享海量的信息资源。二十个年头过去， 当时的许多设想都已经实现，特别在移动通讯和无线网络方面甚至还超越许多。这个原本设想在美国国内开发的一项工程，却得到了全世界人民的参与和支持，成了名符其实的国际互联网。

互联网由于采用了比传统通讯方式更加廉价的方式，因此几乎从诞生之时就是绿色的代名词。以互联网为纽带发展起来的现代IT，让我们可以几乎不耗费任何实物，就能提交各种申请表格、发送邮件，与远在大洋彼岸的朋友视频聊天，在网上购物等等。

但是，这里有一个容易让人忽视的事实是：支撑着互联网高速运行的基础设施与数据中心耗能惊人。当今的互联网消耗了世界上电力供应的1%。每个用户拥有的数据量年增长40%左右，伴随着这种快速增长，到2020年互联网导致的能源消费可增加到全球电力供应的5% - 10%。我们对网络贪得无厌的追求是否消费了太多的能量？今天，我们正在见证一个能源成本上升、用户越来越多，更多采用云架构的按需服务，移动互联网，日渐扩散的宽带接入，网络服务提供商(ISP)提供越来越多的服务。因此，能源效率对互联网来说迅速成为一个需要优先考虑的问题。

在上周出版的Science周刊（2013-3-29）中，有一篇“Toward a Green Internet”的文章，介绍了绿色互联网的建设中的两种可能的技术。虽然文章并没有什么新意，但作为高级科普，还是值得推荐给大家一读。文章说，信息和通信技术(ICT)目前已广泛应用于监控各种应用的能源使用情况。然而，ICT自身的使用也导致了能源消耗的大幅度增加。虽然互联网流量每3年会翻一番，但是使用量的增加并没有带来与之相匹配的网络能源效率的增加。当前的网络、设备、链接和数据中心提供是通过软硬件来提供的，为了保持网络的正常运行，这些软硬件设备是按照高峰负荷所设计的，而且还不含任何电源管理功能。因此，虽然互联网流量水平是随时间发生变化的，但其整体功耗却是按照高峰负荷来工作的，而实际上这种高峰负荷发生的概率很小。在一些数据中心，通过对电能与性能的服务测量显示，大多数服务器都未被充分利用，在一周的几天具有类似的活动模式。随着互联网的发展，很明显能源效率成为一个亟需解决的问题。

这样的问题在过去三年已驱动许多国际研究项目，主要是重新设计可改善网络设备能源使用效率的电源管理功能。其中所涉及到的两个新技术是智能待机和动态频率调整（也称CPU节流）。前一个技术是让未使用的部分网络设备进入非常低的功率状态，只运行一些非常基本的功能。这个技术是降低能耗的关键，因为通过关闭部分网络，可使其进入睡眠模式。动态频率调整则可让我们权衡能源消耗和内部模块的处理能力，同时满足当前的网络流量负荷与服务约束的质量，这将确保系统在部分负荷下，不需要通过减少整体的性能来降低功耗。

互联网中通讯的单位可看成一个一个的包服务，这样电力消费和包服务时间可描述为不同的情形。当进行智能待机时，不同的空闲状态通常可设计成有选择性地关闭更多的硬件来达到，这可在空闲时减少能源消耗，然而其代价是，之后唤醒所有的硬件则需要更长的时间。同样，动态频率调整硬件支持，可设计为是一组预选的可操作时钟频率，其取值是保持硅元件稳定性最大的一个约数。动态频率调整会引起包服务时间的拉伸，而仅采用智能待机又会导致额外的包服务延迟（因为唤醒需要时间）。所以，采用具有节能意识的功能，可能在节能上不会显得特别突出，因为动态频率调整会产生更长的包服务时间，使得总体的休闲时间缩短。

在硬件设计上，优化是变绿（greening）的第一步。下一代网络设备会考虑一些本地控制策略，可让设备具有设置和同步节能意识的能力。例如，让设计者预先计算网络设备的温度，并在可能的时候减少能源供应。如果设计中减少了平均温度，就可减少硬件尺寸，以及被动和主动冷却系统的大小，从而减少能源消耗。在软件开发中，开始考虑纳入一些绿色指标。例如，新算法对分布式和集中式的全网范围控制功能。目前可能的分布式解决方案是构建链路状态协议，并在适当的时候让一个基于互联网协议的网络进入睡眠模式。这种方法可限制共享信息的数量，避免节点间的显式协调和减少问题的复杂性。总之，让互联网变绿的基本问题是达到性能要求与能源使用限制的精细平衡。

 关于绿色互联网，似乎还应赋予更多方面的含义，比如需要包括网络安全建设、防止网络欺骗，以及色情信息过滤等方面的内容。

 

参考资料
[1] 绿色互联网。http://tech.sina.com.cn/i/2008-06-11/14282250832.shtml
[2] Toward a Green Internet。Science, 2013-3-29

 

 

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自赵斌科学网博客。
链接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-502444-675472.html

上一篇：考博，提前联系导师，是个值得提倡的惯例！
下一篇：森林土壤碳封存：枯枝落叶同根与真菌的较量