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邬贺铨:移动互联网发展呼唤高效节能网络支撑

2010-08-1714:10

中国工程院副院长邬贺铨发表演讲

8月17日,中国工程院副院长邬贺铨在2010年中国互联网大会全体大会上表示,互联网的宽带化是流量超常规下发展的,移动互联网将加大网络的能耗,需要从体系、技术等方面开发高效、节能的互联网。

发言实录:

各位领导、各位来宾早上好!我今天在这儿想跟大家探讨一下关于能效互联网的问题,主要讲三个方面的内容:

一、互联网的宽带化

二、互联网的节能挑战

三、绿色化互联网的发展

先说互联网的宽带化,包括从固定互联网宽带化到移动通信网的宽带化,以及固网宽带化的增长规律和网络扩展面临的挑战。

1998年Goole只有26000页的搜索,现在有2亿多页,美国2008年互联网流量其中P2P占44.4%,互联视频占25.3%,在其他领域还有一部分是IPtV流量,如果美国互联2000年为亿来算的话,2008年UQ本身网站等于2001年美国全网的流量。2002年全球互联网视频流量是美国全网流量的400倍。

德国的互联网在去年7月14号看到它的流量黄色部分是平均值,红色线是峰值,峰值流量每年加倍。现在流量每12个月基本加倍,10年100倍。这是日本干线的流量在东京到大阪,10年增加了1000倍。如果说现在交换机是P级的话,干线内容2020年是10个T,10个T相当于美国国会图书馆的全部容量。到2010年一个美国典型家庭每个月要产生1.1JAPAN流量,2.5亿家庭超过95年整个全球互联网的流量。美国ATMT互联网流量三年增加四倍。

IP的业务流量增加非常快,如果说2006年是这个规模的话,到2012年增长了差不多10倍,其中移动互联网流量尽管占的绝对值还不大,但是增长率还是比较高的,达到119%其他的是企业用的占30%,社会用的占68%,互联网流量占41%。

IP业务量每两年要加倍。2012年总年度IP业务流量将达到1000个TPAN,移动互联网如果用一般的手机上网可能只有2%点机,但是智能手机出现以后,利用智能手机上网比例达到10%以上。用一般的手机看移动视频,上移动网络比例只在1.5%之间,但是有了智能手机这个比例节达到20%到50%。

(PPT)绿色部分是固定互联网发展,黄色是移动互联网业务发展。以这个为例,绿色的是2004年固定互联网流量,可以看到根据预测2013年移动互联网的流量将会超过2004年固定互联网的流量。所以说移动互联网的流量相当于9年前固定互联网的流量。现在的移动互联网流量还不算大的话,9年后的移动互联网就是现在固定互联网流量那么大了。

(PPT展示)这是中国互联网国际干线带宽,中国互联网增长很快。今年6月份和去年同期比国际在线带宽增长33.5%,国内带宽差不多增长200%。尽管如此我们国家内地网民平均拥有带宽每个网民只有2.34兆,不及香港十分之一。我们的宽带化尽管发展非常快,但是对网民来讲带宽还是很低的韩国已经做出了规划2012年在家里上固定网要达到1个G,无线上网要达到10兆。尽管如此我们感受到从70年代上网只有100K,现在基本到G了。互联网上网有频谱资源不够、安全性挑战、扩展性挑战等等。

这是路由表,互联网容量上发展并没有受到金融危机的影响。路由表的转发条目数2005年只有15万条,2010年到了30万条,路由表数字的增加意味着路由越来越复杂。这个图可以看到线路是虚线,红线是业务的增加,蓝线是路由器容量的增加。现在核心路由器的技术进步适应不了业务的增加。路由器里有很多高速寄存器对查表、缓存都是十分重要的,目前路由器带宽目前只能做到四年增加3.7倍,18个月翻一番,而业务流量每年翻一番。

寄存器的发展速度决定了路由器容量增长的速度。存储器带宽越高能耗越大。所以说路由器容量增长跟不上流量增长的需要,IP峰值增长12个月加倍,而路由器增长18个月加倍。有人说不用路由器用光交换,现在没有合适的光能源,光的分组交换取代路由器还是可望而不可及的。光的交换目前没有理想的状态,路由器能不能做的更大一点?单个路由器做不上去,我们把路由器做多点可以吗?路由器增加面临着网络扁平化的问题。

互联网面临节能减排挑战

信息技术本身是有效能的帮助节能降耗,信息技术能够帮助全世界减少二氧化碳排放15%到40%。日本利用信息技术2010年二氧化碳比90年减少6%,欧盟认为通过流量管理可以帮助交通运输提升效率17%。信息技术自身环保问题不容忽视,信息产业现在已经成为全世界第五大耗能产业,二氧化碳排放占全世界排放2.5%。这个数字跟全世界航空运输业相当,等于在全世界马路上走的汽车二氧化碳排放的十分之一。

尽管这个量绝对值和相对值,相对于信息技术和传输的GDP贡献7%不算大,但是今后几年信息技术的能耗会年增5%。美国信息技术产品能耗占到电力消耗15%,意大利电信现在已经是意大利第二大耗能企业,2008年中国电信耗电将近71亿,中国联通耗电61亿度,60多亿度,中国三个供应商加起来一年耗电141亿度,一年电费就是121亿人民币。

而且现在每年还在增长,中国移动每年业务增长需要耗电13.5亿,信息技术里有PC占了28千万兆瓦、通信网络和互联网占22千兆瓦、数据中心占26千兆瓦,如果是全生命管理的话,到生产环节还有耗能,从全生命耗能来讲PC占的比例最高,而运行里PC占的耗能也是最高的。典型运营商能耗里接入网占一半,移动通信将近占四分之一,还有运行维护和操作系统、数据中心等也要占四分之一。

通讯网里哪种能耗最高呢?就是路由器,它的能耗随着接入增加而增加,接入和带宽基本是不成比例的,干线传输能耗增加比较缓慢。所以通信网在互联网里主要的能耗是路由器决定了总能耗的增加。

新路由器在业务流量从2006年到2025年流量将增加190倍,流量增加190倍能耗增加13倍。在接入的核心的路由器能耗由吞吐器决定,基本是三分之二的关系,比如说思科的大容量路由器现在是1.2T,功耗15千瓦,10年以后增加1000倍,路由器假如做出来就是1.2个P,流量增加1000倍,按三分之二算功耗增加100倍,也要做到1.5兆。全国大概有1000个这样的路由器,就需要1.5万个功率,这相当于一个核电站。十年来互联网容量增加一千倍的话,能耗增加一百倍。

耗电的另外一个重要环节是数据中心。数据中心的服务器占到数据中心耗电的46%,数据中心网络设备占11%,其他耗电占18%,数据中心占的耗电是非常高的。2008年美国的一家公司将数据中心放在摩罗冈,整个云计算中心耗电跟日内瓦市全市耗电是相当的。Google将它的微计算中心放在摩罗冈,微软将它的数据中心要放到俄罗斯可能俄罗斯凉快一些,能省些电耗。

移动业务的功耗占信息产业能耗的四分之一,占全球能耗的0.2%到0.25%。基站已经成为能耗最重要的组成部分,占了移动网能耗一半以上。(图)绿色是基站,白色是办公设备,可以看到尽管基站耗能逐渐降低,但是仍然占移动能耗一半以上。而且基站二氧化碳排放也是不容忽视的,等于有十多公斤的二氧化碳的排放。

能耗里主要的排放来自功放,一般一个基站要消耗500瓦到1000瓦,基站基础系统本身消耗能耗,发出功率是120瓦,真正发出的功率只有160瓦,一个基站输入是500瓦,送出60瓦,一个基站效率只有12%。一个典型的GSM基站消耗功率800瓦,尽管每年都下降,一个典型GSM基站输出40瓦消耗500瓦,也是10%不到。

一个典型的3G基站年能源消耗4500度电,一个典型的英国3G基站运营商需要1.2万个基站,年消耗54个千兆的16次方度电。很多运营商已经制订了减排目标,中国移动提出来2010年单位能耗要降低40%。

互联网今后发展方向

能不能把目前网络做的更节能?这是一个需要努力研究的方向。网络有两种结构,一种是纯网状的,一种是星型的。

纯网状的业务转发能力比较差,星型的接口能力比较差,但是转接能力比较方便。所以整个互联网体系过去是考虑效率,现在需要考虑能源的节省。用什么节点呢?(图)红色部分是电的分组,包括路由器。绿色的是电路交换机。可以看到红色的是带有光仿半导体放大器400兆分组交换系统。底下两行是基于基电的交换设备,是电路交换组机,是利用光电系统代替路由器,总的来说光节点优于点节点。

通信网上有光纤的交换、有波带的交换、波长的交换。一般来讲越波长处理功耗越低,可以看到PTC是功耗处理的成本,越在底成处理成本越低,高层处理成本越高,但是上面时间是纳秒级,而下面是按天来算时间的。真正需要到IP路由器交换的业务只有5%,所以不一定不所有东西放到路由器做交换。趋势应该是把大部分底层做的交换处理业务流量放在底层处理,把非要在IP路由器上处理的流量才放在路由器上处理。这样可以将大流量在低长或者光节点传输。

很多东西直接大容量的核心网节点上光传输上面传,分组传送可以实现大量业务跑到光传上,少量业务跑在路由器上传输。如果说我们按天调整流量,可以分白天和晚上,可以通过调整白天和晚上来分散波流量。

移动通信系统也同样可以通过分层优化多条路由、平均管理等优化整个移动网。手机在不通话的情况下是休眠的,网络设备在流量少的情况下同样可以休眠。在3G LTE要把网络做的扁平化。

在高速宽带移动网的时候离开基站比较远的终端信号很差,这时候需要室内分布系统实现接力,或者每个用户之间接力实现传递,这样可以减少手机的功率。这里通过分布式的天线能使蜂窝服务更好,更好的节能。基站里最主要的耗电是功放,下一步怎么减少放耗电是主要的努力方向。

互联网的宽带化是流量超常规下发展的,移动互联网将加大网络的能耗,需要从体系、技术等方面开发高效、节能的互联网。谢谢大家!

 
 

 

(来源:    作者:)

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