Holistisk optimering av energieffektivitet i mobilnät
- Diarienummer
- ICA14-0059
- Start- och slutdatum
- 150901-190831
- Beviljat belopp
- 4 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Syftet med projektet är att fastställa, analysera och matematiskt optimera energieffektiviteten (EE) hos trådlösa nätverk. Anledningen är att den trådlösa datatrafiken förväntas öka med 1000x under de kommande 15 åren. Detta väcker frågor kring den långsiktiga hållbarheten och ifall den trådlösa infrastrukturen kan omdesignas för att klara mer trafik utan att öka den totala effektförbrukningen. Arbetsplanen består av fyra delar. 1) Utveckla nya matematiska modeller och holistiska EE-metriker som beskriver uppnåeliga datatakter (kompenserade för overhead) och all effekt som förbrukas för att uppnå dessa (t.ex. utstrålad effekt, förluster i kretsar, digitala beräkningar och förbrukning i infrastrukturen). 2) Använd de nya modellerna för att härleda fundamentala gränser för hur hög en optimerad EE kan bli. 3) Optimera nätverk för att upprätthålla hög EE under variationer i datatrafik (mellan dag och natt) genom att dynamiskt stänga av hårdvara (t.ex. antenner) som inte behövs. 4) Identifiera den hårdvaruprecision som maximerar EE, genom att använda nya modeller för hur signaldistorsionen och effektförlusten i kretsar är sammankopplade. Det förväntade resultatet är ett nytt holistiskt ramverk för att värdera den totala EE, inklusive övre gränser på EE som förklarar hur mycket datatrafiken kan öka utan att effektförbrukningen ökar. Kvalitativa insikter och konkreta exempel kommer ges på hur trådlösa nätverk kan designas och konfigureras dynamiskt för hög EE.
Populärvetenskaplig beskrivning
Trådlös kommunikation är en av vår tids största tekniska framgångssagor. Enligt undersökningen ”Svenskarna och internet 2013” (Stiftelsen för Internetinfrastruktur) har 99 % av alla svenskar i åldern 12-45 år en mobiltelefon, varav nästan alla är smarta mobiler. Ju mer vi använder våra mobiler, surfplattor och datorer desto högre blir våra förväntningar på att ständigt vara trådlöst uppkopplade mot Internet. Faktum är att mängden trådlös datatrafik ökar explosionsartat med hela 60 % per år. Om denna trend håller i sig så kommer 1000 gånger mer data att kommuniceras trådlöst om bara 15 år. För att hänga med i den snabba utvecklingen måste teleoperatörerna ständigt installera ny utrustning och använda nya tekniker som utvecklats av kommunikationsforskare. Priset för att upprätthålla den explosionsartade ökningen av datatrafik är att mer och mer energi används till att sända ut denna trådlösa informationen och att driva den bakomliggande infrastrukturen. Informations- och kommunikationsteknikens globala energiförbrukning har redan passerat den globala flygindustrins förbrukning. Mobilnäten motsvarar en liten men ständigt ökande del av denna energiförbrukningskaka. Denna situation är inte långsiktigt hållbar, eftersom mänskligheten redan förbrukar resurser snabbare än vad Jorden kan återskapa dem. Målet med detta forskningsprojekt är att undersöka på vilka sätt som framtidens trådlösa nätverk och mobilnät kan utvecklas för att bli drastiskt mer energieffektiva. Detta kommer att analyseras med matematiska modeller för hur mängden trådlös dataöverföring beror på energin som förbrukas. Nya modeller kommer utveckas inom projektet för att ge en komplett (holistisk) bild över nätverkens energiförbrukning. Matematiska optimeringsverktyg kommer användas för att identifiera nya intuitiva sätt att designa energieffektiva nätverk och tekniker för att genomföra den trådlösa dataöverföringen på ett effektivare sätt.