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互联网提速100倍 发表评论(0) 编辑词条

MIT的一组研究人员设计出一种新型互联网,通过消除将光信号转化成电信号的过程而大幅提升网速,同时还能降低能耗。互联网的核心是横跨各大洲的高容量光纤网络。虽然光信号传输信息比电信号更高效,但也更难控制。 因此路由器是将互联网流量从光信号转化为电信号再传输,接收信号后再将电信号转化为光信号,整个过程既费时又耗费电力。

现在,由电气工程与计算机科学教授Vincent Chan领导的研究小组,演示了一种新型的组织光纤网络的方式,消除大部分无效率的光电转换过程。新的方法能将互联网的速度提升100倍甚至1000倍。 Chan的方法称作“flow switching”(PDF),设想在交换大量数据的地点之间建立一条专门的路线。对于某些波长的光信号,路由器将只接收一个方向的信号,然后只向另一个方向发送出去。由于信号是单向的,因此就无需储存在内存中。

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互联网提速100倍编辑本段回目录

还在为网速慢而烦恼吗?一种新型高速网络可使数据传输速度提高100倍以上,手握鼠标百无聊赖地等待网页打开的日子将一去不复返啦。

拉里·哈狄斯提,麻省理工学院新闻办公室


In today’s Internet, data traveling through optical fibers as beams of light have to be converted to electrical signals for processing. By dispensing with that conversion, a new network design could increase Internet speeds 100-fold.

现今的互联网上,以光束形式在光纤中穿行的数据必须转换成电信号来处理。一种新的联网设计通过摒弃这一光电信号转换过程,能使互联网速度提高100倍。

The heart of the Internet is a network of high-capacity optical fibers that spans continents. But while optical signals transmit information much more efficiently than electrical signals, they’re harder to control. The routers that direct traffic on the Internet typically convert optical signals to electrical ones for processing, then convert them back for transmission, a process that consumes time and energy.

互联网的核心是跨越大洲的高容量光纤网络。但是,虽然光信号比电信号在信息传输上高效很多,却也更难控制。引导互联网数据流向的路由器通常将光信号转换成电信号进行处理,再转回去进行传输,这一转换过程既耗时又耗能。

In recent years, however, a group of MIT researchers led by Vincent Chan, the Joan and Irwin Jacobs Professor of Electrical Engineering and Computer Science, has demonstrated a new way of organizing optical networks that, in most cases, would eliminate this inefficient conversion process. As a result, it could make the Internet 100 or even 1,000 times faster while actually reducing the amount of energy it consumes.

近年来,Joan and Irwin Jacobs电气工程和计算机科学教授文森特·陈(Vincent Chan)带领一队麻省理工学院的研究者们论证了一种组织光网络的新方法。这种新的联网方式能很大程度上消除毫无效率的光电转换过程。因此,新型网络能使互联网提速100乃至1000倍,同时还切实降低了能源消耗。

One of the reasons that optical data transmission is so efficient is that different wavelengths of light loaded with different information can travel over the same fiber. But problems arise when optical signals coming from different directions reach a router at the same time. Converting them to electrical signals allows the router to store them in memory until it can get to them. The wait may be a matter of milliseconds, but there’s no cost-effective way to hold an optical signal still for even that short a time.

光数据的传输之所以如此高效的其中一个原因就是不同波长的光束可在同一条光纤中传输。但,来自不同方向的光信号同时到达路由器时,问题也随之而来。转换成电信号的话,路由器就能将电信号暂存下来,直到它有空去处理这些信号。等待处理的过程可能只需要几毫秒,但即使是这么短的时间,也没有一种有效的方法可以将光信号保持住。

Chan’s approach, called “flow switching,” solves this problem in a different way. Between locations that exchange large volumes of data — say, Los Angeles and New York City — flow switching would establish a dedicated path across the network. For certain wavelengths of light, routers along that path would accept signals coming in from only one direction and send them off in only one direction. Since there’s no possibility of signals arriving from multiple directions, there’s never a need to store them in memory.

陈教授的方案,称为“流交换”,以一种不同的方式解决了这一问题。在两个需要进行大量数据交换的地点之间——比如洛杉矶和纽约——流交换会在网络上建立一条专用链路。这条链路上的路由器对某种特定波长的光束,只接受从一个方向进入的信号,也只向一个方向发送这些信号。由于不可能有多个方向的信号到达,也就没必要再存储它们了。

Vincent Chan, the Joan and Irwin Jacobs Professor of Electrical Engineering and Computer Science

Reaction time

反应时间

To some extent, something like this already happens in today’s Internet. A large Web company like Facebook or Google, for instance, might maintain huge banks of Web servers at a few different locations in the United States. The servers might exchange so much data that the company will simply lease a particular wavelength of light from one of the telecommunications companies that maintains the country’s fiber-optic networks. Across a designated pathway, no other Internet traffic can use that wavelength.

一定程度上,当前互联网上已经有了类似的应用。大型网络公司如脸谱(Facebook)、谷歌(Google),可能会在美国各地设置很多的网页服务器。这些服务器要进行大量数据交换,因此公司会干脆向运营光纤网络的电信公司租赁特定波长的光束。经由一条专用路径,其它互联网流量将不能使用这一波长。

In this case, however, the allotment of bandwidth between the two endpoints is fixed. If for some reason the company’s servers aren’t exchanging much data, the bandwidth of the dedicated wavelength is being wasted. If the servers are exchanging a lot of data, they might exceed the capacity of the link.

然而,这种情况下,这两个端点之间的带宽分配是固定的。若由于某些原因,服务器交换的数据不那么多,专用波长的带宽就被浪费了。如果服务器交换很多数据,又有可能超出链路的容量。

In a flow-switching network, the allotment of bandwidth would change constantly. As traffic between New York and Los Angeles increased, new, dedicated wavelengths would be recruited to handle it; as the traffic tailed off, the wavelengths would be relinquished. Chan and his colleagues have developed network management protocols that can perform these reallocations in a matter of seconds.

而在流交换网络中,分配的带宽时常改变。随着纽约和洛杉矶数据流量的增加,新的的专用波长会被分配来处理增加的流量;当流量减小,分配的波长就会被释放。陈教授和他的同事们研发了一套能在几秒内处理波长重分配的网络管理协议。

In a series of papers published over a span of 20 years — the latest of which will be presented at the OptoElectronics and Communications Conference in Japan next month — they’ve also performed mathematical analyses of flow-switched networks’ capacity and reported the results of extensive computer simulations. They’ve even tried out their ideas on a small experimental optical network that runs along the Eastern Seaboard.

20年间发表的一系列论文中——最新的一篇将于下月在日本光电子与通信大会上呈现——他们对流交换网络的容量进行了数学分析,并呈报了计算机广泛模拟的结果。甚至还在东海岸运行的一个小型实验性光网上尝试了他们的想法。

Their conclusion is that flow switching can easily increase the data rates of optical networks 100-fold and possibly 1,000-fold, with further improvements of the network management scheme. Their recent work has focused on the power savings that flow switching offers: In most applications of information technology, power can be traded for speed and vice versa, but the researchers are trying to quantify that relationship. Among other things, they’ve shown that even with a 100-fold increase in data rates, flow switching could still reduce the Internet’s power consumption.

他们的结论是:配合网络管理方案的改进,流交换可以很轻松地将数据传输速率提高100倍,甚至可能是1000倍。他们最近的工作重点在流交换提供的功耗节省上:在大多数信息技术的应用中,功耗和速度是可以互换的,研究者们正试图放大这种转换关系。除了其它好处,他们还证明了,甚至在数据传输率提高了100倍的情况下,流交换技术还能降低互联网的功耗。

Growing appetite

越来越大的胃口

Ori Gerstel, a principal engineer at Cisco Systems, the largest manufacturer of network routing equipment, says that several other techniques for increasing the data rate of optical networks, with names like burst switching and optical packet switching, have been proposed, but that flow switching is “much more practical.” The chief obstacle to its adoption, he says, isn’t technical but economic. Implementing Chan’s scheme would mean replacing existing Internet routers with new ones that don’t have to convert optical signals to electrical signals. But, Gerstel says, it’s not clear that there’s currently enough demand for a faster Internet to warrant that expense. “Flow switching works fairly well for fairly large demand — if you have users who need a lot of bandwidth and want low delay through the network,” Gerstel says. “But most customers are not in that niche today.”

全球最大网络路由设备制造商思科系统(Cisco Systems)公司首席工程师奥利·格斯特尔(Ori Gerstel)说,还有其它几个旨在提高光纤网络数据传输率的技术,如突发交换和光分组交换,但流交换“更为可行”。他说,采用此项技术的主要障碍,并非技术性的,而是经济上的。实现陈教授的构想意味着要用无须进行光电信号转换的路由器替换已有的互联网路由器。不过,格斯特尔表示,当前对提高网速的需求能否令这些投入值回票价尚不清楚。“流交换技术在需求很大的情况下非常适用——如果你有需要大量带宽和低网络延迟的用户群的话,”格斯特尔说。“但大多数客户目前还没达到那一步。”

But Chan points to the explosion of the popularity of both Internet video and high-definition television in recent years. If those two trends converge — if people begin hungering for high-definition video feeds directly to their computers — flow switching may make financial sense. Chan points at the 30-inch computer monitor atop his desk in MIT’s Research Lab of Electronics. “High resolution at 120 frames per second,” he says: “That’s a lot of data.”

不过,陈教授指向了近年来快速兴起的网络视频和高清电视。如果这两个流行趋势交汇——如果人们开始渴望高清视频直接进入电脑——流交换技术就可能具备商业潜力了。陈教授指着他麻省理工学院电子研究实验室桌上的30英寸电脑显示器说:“120帧每秒的高分辨率,这可是很大的数据量啊。”


  • 标题:An Internet 100 times as fast
  • 来源:http://web.mit.edu/newsoffice/2010/100x-internet-0628.html
  • 原文作者: Larry Hardesty
  • 参考文献编辑本段回目录

    http://article.yeeyan.org/view/160080/114271

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    标签: 互联网提速100倍

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