中国工程院秘书长邬贺铨院士演讲

2010-08-17 11:30:23 来源: 网易科技报道 举报
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网易科技讯 8月17日消息,2010中国互联网大会今天上午在北京国际会议中心举行,网易科技作为“大会官方指定战略合作门户”在现场做了直播报道。

以下为中国工程院秘书长邬贺铨院士就当前中国互联网发展的态势和趋势做主题演讲。

中国工程院秘书长邬贺铨院士演讲

主持人马宁:尊敬的各位领导、各位来宾、女士们、先生们,下面中国互联网大会将进入精彩的主题演讲阶段,在这个阶段当中一共有5位嘉宾发表演讲,首先中国工程院秘书长邬贺铨院士为大家带来精彩的演讲,他就当前中国互联网发展的态势和趋势为大家做精彩独到的阐述,有请院士,欢迎。

邬贺铨:各位领导,各位嘉宾早上好。我今天想在这里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,一个是互联网的宽带化,一个是互联网的节能挑战,最后是绿色化互联网的发展方向。先说一下互联网的宽带化,包括从固网宽带化到移动通信网的宽带化,以及固网宽带化的流量增长规律,还有以后的挑战。

1998年Google只有2000多万页的搜索结果,现在是1万亿页,目前全球每天有2100亿件邮件,其中73%是垃圾邮件。前年全世界发了3万亿条短信,中国近7000亿条左右。这是美国的互联网的流量,如果说美国互联网的干线流量2000年的时候作为1来算的话,在2008年Youtube网站本身就代表2000年的全网流量。

这是德国的互联网在去年7月14号,你可以看到它的流量黄色是平均值,红色线是峰值,峰值流量每年在加倍,而且这个流量每12个月基本上是加倍,也就是说10年是100倍。这是日本干线的流量,在东京的大阪他的流量增长速度比德国要快,10年增长1千倍。如果说现在干线有10个T,10个T相当于什么呢?10个T相当于美国国会图书馆的全部流量。Youtube网站有600万个容量为10MByte节目,所以说,相当于美国互联网2002年全年流量,到2010年一个美国典型家庭,每个月要产生1.1个T的流量,20户美国家庭所产生的流量超过1995年整个全互联网的流量,这是美国NT&T的互联网流量,这三年增长了10倍。IP的业务流量增长非常快,如果说06年是这个规模的话,到2012年,6年时间可以说增长差不多10倍,而其中移动通信,移动互联网的流量尽管占的绝对值还不大,但增长率还是比较高,达到119%,其他商用,企业用的IP流量增长35%,消费者的非互联网的IT流量增长18%,消费者互联网流量增长21%,这个接近每两年增长,在2012年整个IT业务流量,移动互联网如果用一般的手机上网你可以看到只有2%点几,而智能手机iPhone和oPhone达到10%以上。

另外一般的手机看一个视频去上社交网络,还要Youtube他们的比例也就只有百分之几,这个图象绿色的是移动互联网业务发展,大家都可以注意横坐标是一样,以这个为例这个时候绿色是2004年移动互联网的流量,但是你可以看到根据预测2013年移动互联网的流量都会超过了2004年固定互联网的流量。所以我们说移动互联网的流量相当于9年前固定互联网的流量。

如果说现在移动互联网流量还不算大的话,那么9年以后的移动互联网就是现在固定互联网的流量那么大了。这个是中国互联网的带宽,可以看到其增长还是很快的。今年6月份和去年同期相比,国际干线带宽已经增长33.5%,而国内干线带宽差不多增长200%,但尽管如此我们过程内地的网民平均拥有的国际干线带宽每个网民只有2.34kps,而香港的网民2007年就是20kps,所以我们现在在内地的网民所占的带宽不及香港网民的十分之一。

我们内地网民平均在国内上网速度大概是857kps,而韩国是45兆,也就是说我国的宽带化尽管发展非常快,对每一个网民来说,带宽仍然是比较低。韩国已经做出规划2012年在家里面上网固定网要达到一个G,用无线上网要有10兆。

尽管如此我们感受到70年代上网100K,80年代上兆,90年代10兆,现在有100兆了,今后发展是一个很好的契机。互联网的发展面临可扩展性的挑战,传送能力的可扩展性、路由器容量的可扩展性、路由器组网的可扩展性,IP地址资源不足、频谱资源不够,节能环保的挑战、安全性挑战、可管理性的挑战。我今天主要讲可扩展性,这是路由表的容量,无论是亚洲金融危机还是去年国际金融危机整个互联网的发展并没有从能量上发展,并没有受到影响,路由表的05年只有15万条,2010年30万条,2050年可能到1000万条,路由表的增加,意味着未来越来越复杂。这个图蓝色是路由器容量的增加,可以看到现在核心路由器容量在增长已经远远低于业务流量的增长,路由器的基础进步已经适应不了我们业务容量的增加。

为什么呢?路由器里面有很多高速寄存器,对于查表、排队、缓存十分重要,但寄存器带宽目前仅做到5年增加3.7倍,这决定了路由器的容量增长速度。18个月翻一番,这个增长环境决定了路由器的量增长速度,所以说路由器跟容量增长受到了指数带宽的限制,所以我们说路由器的容量增长跟不上流量的需要。IP峰值流量至少每12个月加倍,路由器每架的容量每18个月加倍,IP流量的增长快于路由器容量的增长。光交换的可实用性,由于没有合适的光存储器件用光分组交换取代路由器还可望而不可及,光突发交换也有颗粒性的不足,总之,目前还没有理想的光交换设备。

路由器容量的可扩展性,目前已研制出10Tbps量级的超大容量的路由器,主要依靠光纤互联的多机箱组合,而光纤互联能所用的VSCEL激光器可靠性还不足以保证未来的继续扩展。我们把路由器做多一点不就行了吗?这涉及到路由器组网的可扩展性,路由器数量的增加面临网络扁平化与路由收敛的难处。

信息技术本身是有效可以帮助节能降耗的,国际电信联盟ITU估计ICT能帮助全球减少排放15-40%。这个日本估计将ICT用于电子商务、物流及能源使用管理,可以使日本2012年的CO2排放比1990年减少5.6%,也就是说依靠ICT技术基本上可以达到京都议定书对日本的减排6%的要求。欧盟认为通过利用ICT优化物流安排和智能流量管理还可以帮助交通运输提升效率17%。美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪的联邦能源研究与发展规划中指出,工业无线技术的应用即将使工业生产效率提高10%。并使排放和污染降低25%。美国能源部将工业无线技术列为其以为节能降耗为目标的未来工业计划。

ICT自身的节能环保问题不容忽视,ICT产业已经成为全球第五大耗能产业,ICT设备的CO2排放占到全世界排放的2和2.5%,这个数字跟全世界航空运输业相当,也等于在汽车二氧化碳排放的1/4。尽管相对于ICT对全球GDP贡献7%还不算大,但今后几年ICT能耗将年增5%。ICT设计占英国能源帐单10%,其能源相当于四个核反映推。美国ICT产品的能耗占全美能耗的8%,占电力消耗的15%。Itlecom Italia是意大利第二大耗能企业。2008年中国电信耗电69.27亿度,中国联通耗电76亿度,中国移动耗电93.3亿度,三个运营商加起来一年的耗电241亿,他们每年电费121人民币。而且现在每年还在增长,中国移动每年业务需要耗电13亿度,其中基站占了70%。

信息技术产品,要消耗16000千兆瓦的功率,其中电占了能耗的30%,4800GW,而电的耗量转换的效率原因也有40%,所以信息技术的能耗是1900GW,信息技术里头有PC占了28GW,电视机占了40GW,通信网络和互联网占了22GW,数据中心占了26GW。所以说,全世界信息技术的能耗占到156GW,在这里占到总的全球电能消耗8%,全球消耗的25%。

刚才那个还是运行的耗能,如果说到传输管理和生产环节的时候,制造环节的时候耗能像PC制造环节这一块,还有网络运营,我们所有这些传输耗能PC是最大的,占的比例是最高的,而运行里头PC也是最高的。

国外典型运营商他的能耗里头结构网占了一半,集合城域网占了第一的比例,移动通信将近占了10:1,基站网还有干线网占了一小部分,还有运行维护和操作系统,等等数据中心也占三分之一,结构也占了一大半。那么,在通信网里头哪种能耗最高呢?就是路由器,它的内耗随着能量的增加而增加,基本上能耗跟结构带宽是稳定不成问题的,而整个干线传输他的能耗增加是比较缓慢的。所以,通信网在互联网里头主要的能耗是路由器,而且是随着总能耗而增加。

核心路由器的功耗,从2006年到2025年流量增长190倍将近200倍,当然功耗的增加并不完全跟流量成比例,他相对少一点,但是流量增加190倍,功耗能耗增加13倍也是非常可观的。这是路由器,在介入路由器的能耗由用户数决定,而核心路由器的能耗由吞吐量决定,基本上他的功率增加,增加的量虽然不是线性的,比如我们说思科的大容量路由器CRS-1,容量为1.2TB/S,功耗15KW。那么,流量增加1千倍按三分之二次方算功效增加100倍,也要做到1.5兆,全国有1000多个这样的路由器,有1.5万兆的,相当于一个核电站。一个路由器都需要一个核电站的功率来支持,10年来互联网容量增加1000倍,能耗就要增加100倍,这是线性。

我们可以看到数据中心的耗电,数据中心服务器占了数据中心里面的46%,数据中心的网络设备占了11%,还有其他UPS,包括其他的耗电,可以看到数据中心是非常多的设备。2008年Google公司将他的云计算数据中心放到美国的OREGON,它有一个水电站,他放到附近比较方便。他整个云计算数据中心,他整个耗电跟日内瓦市全市耗电是相当。一个的计算机服务器产生的二氧化碳年排放量,与一辆燃料效率为15miles/Gallon的SUV汽车一年排量相当,一个小服务器相当于一个小汽车。在

移动通信网的能耗不容忽视,每个用户的手机耗能0.1瓦,现在有3Billion耗费是0.4GW,有300多万的基站,总加起来是4.5千兆。所以从移动通信的能量来看,主要是基站的能耗。经过信息通信产业的能耗里头,在KT产业的耗能中,电信占1/4,其中固网占1/4的5/3,移动占这1/4里的2/5,所以基站成为移动通信网能耗最主要的。这是它的核心网,这是数据中心,它的基站占移动通信网能耗一半以上。

那绿色的是基站,蓝色是其他的网络设备,再有一些绿色的其他东西,尽管基站的耗能直接有所降低,但是仍然占能耗一半以上。而且基站二氧化碳排放也是不容忽视,共有十多公斤的二氧化碳排放,每年每个用户通过手机加起来有十多公斤的二氧化碳排放。

在基站里头主要的能耗来自于功放,功放是其中最大的来源。一般的基站有300W、500W、1000W,基站的支持系统本身能耗就损失14%,就变成了435。而基站本身消耗的能耗,真正发出的功率只有60瓦,可以看到一个基站输入是60W,空调的效率只有15%,电源的效率只有85%,功放只有45%,馈缆50%。这个典型的GSM基站好好功率800W,GSM基站的平均能耗2005年以来每年下降6%,估计2010年能降低650W。

一个典型的WCDMA基站输出40W而消耗能耗500W,WCDMA基站的平均能耗比2005年下降了60%以上,其目标是到2010年降到300W,但能源效率只有8%。一个典型的3G基站年能量消耗4.5MWH即4500度电,一个典型的英国3各移动运营商网络需要120003基站,消耗54GWH。中国运营的商网络基站数量是英国的数十倍,年消耗将超过1000GWh。运营商纷纷制定二氧化碳减排目标,2020年比2005年下降40-45%。

最后讲一下绿色化互联网的发展方向。怎么能把网络做的更节能?这是一个努力的方向,我们网络两种结构。一种是全网上面的星形的,资源利用率不高,而星形整个互联网体系现在考虑效率,整个互联网现在要需要考虑能量的建设。

这个图红色是电的分组节点为现在的路由器,这些电的分组节点,绿色的交换路由器,绿色是电路交换机,可以看到交换机的能耗要比路由器的能耗高。而这个红色是带有半导体放大器一种400兆分组交换系统。底下两行分别是基于电路交换主机,这是电路交换系统代替了路由器,你可以看到越往光机电耗能越高,光节点优于电节点。

另外在通信网上有不同层次,有光纤,波带,一般来讲处理功耗就越低,是功耗、成本和处理能力的行为。可以看到它越往下成本越低,越到高层成本越高。在上面的时间是纳秒级,下面是按天、小时来算的。

一般来讲一部分的业务是适合用在低层,5%左右。不一定把所有东西都放到路由器去走交换,纯IP电TB/S路由器,每断口1KW,而光交换,每端口<25兆。减少传送层的处理量,将比特流集中到大容量,在低层传传送业务,因核心节点的80-90%的业务流并不需要在IP层交换,可以在底层旁路转接的业务。优化网络体系,简化操作,利用电和光技术的进程。

比如说很多东西直接大容量在核心网上节点上,很多东西直接放到光层上去传,不需要在每一个路由器上都解包。当然了,光层上需要解决一些放大的问题,分组传送,TB/s的分组传送网的多层方案,有少量业务跑到分组层上,我们有动带拓扑适应业务需求,我们的网络在白天和网络不一样,如果我们可以按天、周来调节这个流量,也可以在白天和晚上,这样一来能耗大大降低,因此你可以通过动态调查网络拓扑来适应你业务的需求。

另外我们刚才说了,由于大的业务流,采用能效交换来转发分组的办法,因为小的业务流量需要路由器,但是我们可以采用通道集合之机理,集合起来不需要所有设备都工作,一些路由器可以是睡眠状态,这边流量少可以集中到大流量气上,可以节省流量。

另外移动通信体系也可以实现节能,能量效率体系,有分层优化、蜂窝的半径选择还有多跳路由,包括频率管理,来优化整个移动网的结构。我们的手机在不同化情况下处于修面状态,网络设备在流量少的情况下同样也可以休眠。另外在3G  LTE要把网络做的扁平化,我们的网络过去是无线通信的交换机,然后在基站,将来可能基站成为一个面,直接上到网上的交换机,把这个屏压缩的层次做成平面化,这样一来更加的节能。

另外中继技术,我们往往到基站之后,原来释放之后直接到主机的,往往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技术实现。他觉得通过每个用户之间来传递,用这样的办法来降低基站的功率,也比较节省你们手机的功率。

我们这里面是分布式的天线,也一样的通过分布式的天线也能大大的使得蜂窝服务更好,也能更好的节能。另外基站使用可再生能源,使用太阳能、风电、一平方米的面积的太阳能一年只能产生400度电,相当于3G红蜂窝基站,意味着一个基站要放10平米才可以供一个基站供电。

基站里面最主要就是功放,怎么减少功放的供电是努力的技术,改进你的天线、实现无线能源管理和网络编码等等来大大的实现,用产品的放大器等等来节省你的能耗。互联网的宽带化使流量以超常规的方式增长,移动互联网将加大网络能耗,能源约束已成为互联网的严重挑战,能效通信需要更新互联网的设计理念,从体系和技术多方面开发绿色节能的互联网。谢谢大家。

tyl 本文来源:网易科技报道 责任编辑:王晓易_NE0011
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