澳大利亚科学家在单根光纤上实现了442Tb/秒的世界纪录数据传输率。互联网速度进步的里程碑是什么?您需要这么快的网速吗?
撰稿/编辑丁琳新媒体编辑/陈炫智
如今,在线工作、在线社交、在线已成为常态。人们似乎忘记了,以拨号互联网时代的速度,这一切都是不可想象的。那时,你必须等待34小时才能听音乐,而且你唯一能顺利上网的就是调制解调器的嘟嘟声。
但今天的互联网速度足够快吗?实际情况如下十多年前人们鄙视网络延迟,今天我们仍然鄙视网络延迟……在不久的将来,随着云计算、物联网等技术的发展和成熟,网络将变得越来越大。宽带越来越宽,但还远远不够。
在席卷全的COVID-19大流行期间,许多人被迫呆在家里,这给世界各地的网络服务提供商带来了重大挑战。这时,澳大利亚科学家宣布,他们开发出了一种指甲盖大小的芯片,当连接到现有的商用光纤时,一根光纤每秒可以传输442Tb的数据。这大约是国内运营商目前提供的同类网络设施速度的100倍。
改写网速记录的芯片比硬币还小
如今,如何才能实现以TB为单位的拨号速度?您如何满足不断增长的带宽需求?
消费互联网的早期
互联网的起源可以追溯到20世纪60年代,但直到80年代末和90年代初,各种互联网协议和技术才变得标准化,让越来越多的用户连接到网络。当时,互联网的使用还存在技术上的和,但随着万维网的发明和应用,互联网真正让每个人互联成为可能。到20世纪90年代中期,互联网服务变得更加便宜且方便。
然而,早期的消费者互联网没有专用线路,只能被经过一个多世纪演变的电话网络所阻挡。34、——互联网数据是通过普通电话线传输的,但需要数字信号。首先必须将其调制为模拟信号。该信号在端子34处被发送回,并且接收模拟信号以获得初始数字信号。
第一个电话调制解调器于1958年在贝尔实验室发明,但仍用于机构内部的设备互连。第一个为个人计算机设计的调制解调器于1977年发明,但更快的56k调制解调器直到1996年才发布。以该设备的速度,下载一个1GB的文件需要三天半以上的时间。拨号上网的另一个缺点是电话线被占用。当我使用34;上网时,我的手机无法连接。
21世纪初,ADSL服务连接了数千个家庭,从而显着提高了网络速度。ADSL使用数字编码技术在铜质电话线上实现最大数据传输容量,而不会干扰同一线路上的常规语音服务。
可以说,铜线曾经是互联网传输的基础。然而,铜线的瓶颈在于,即使采用传输能力更强的同轴电缆,线路上可传输的信号波形也有限。另一方面,铜线通过电子的运动来传输信号,但由于传输过程中信号衰减严重,信号传输距离受到。
消费者普遍使用的网线为双绞线结构,相关技术标准仍在不断发展34。
随着宽带网络用户数量的增加,费用逐渐下降,导致更多人放弃拨号上网。据皮尤研究中心称,2004年,拥有宽带互联网接入的美国人数量首次与拥有拨号互联网接入的美国人数量持平。宽带的普及以及无线局域网的出现彻底改变了人们上网的方式。如果没有这些速度,互联网就不会像今天这样广泛使用。互联网速度的提高导致了各种视频网站的出现,解放了网上购物和即时通讯。
然而34;的定义其实并不那么明确。例如,本世纪初,美国联邦通信委员会将宽带定义为上传或下载传输速度为200kb/s或更高。该速度是传统56k拨号调制解调器速度的四倍多。到2010年,FCC对宽带的定义改为至少4Mb/秒的下载速度和1Mb/秒的上传速度。2015年,该标准更改为25Mb/s下载速度和3Mb/s上传速度。随着互联网用户的增加和网络技术的升级,34;不断被重新定义。
光纤越来越受欢迎
自20世纪80年代以来,光纤已成为通信系统的主要支柱。光纤中的光信号携带更多信息,并通过光放大器周期性增强,从而实现长距离传输。另一方面,光纤具有不像电线那样产生电磁场的优点,因此可以将多根独立的光纤缠绕在单根电缆上。
如今,人类头发大小的光纤可以以每秒10Tb的速度跨越海洋传输数据。1988年铺设第一条跨洋光纤时,传输容量增加了3万倍。实现这一速度提升的最大创新是工程师们弄清楚了如何在一根光纤上同时传输100个不同频段的信号。
然而,由于跨洋光纤长达数千公里,在光传输过程中即使是很小的信号失真和噪声信号也可能会产生题。因此,在同时传输频段,每个通道的最大传输速率几乎不可能超过100Gb/秒。
为了解决这个瓶颈,制造商开发了一种新型光纤。标准光纤的超纯玻璃芯直径仅为9毫米,但新型光纤增加了该直径,并使用较低的信号传输强度来降低噪声。然而,玻璃纤维的尺寸较大意味着纤维更容易受到拉动和弯曲。
幸运的是,海底环境更加稳定,不会给新型光纤引入太多的外部干扰。连接美国西海岸和日本的FASTER系统是世界上最快的光纤之一,采用上述新型光纤,由6对光纤组成,每对能够传输100个频段,具有单频段速率100Gb/秒,总速率达到60Tb/秒。2017年,微软和Facebook共同资助了MAREA大西洋海底电缆,该电缆可以通过8对光纤实现160Tb/秒的总传输速度。
各种海底电缆横截面
光纤可以实现更快的互联网速度,但它们的成本比铜线更高,并且需要额外的成本来安装新的光缆。因此,除了互联网巨头之外,并非所有社区都希望立即升级其光纤网络。至少不是34。在人口稠密的城市地区,光纤网络更为普遍,因为电缆升级的好处超过了成本。然而,在人口稀少的农村地区,电缆更换频率较低。
尽管光纤网络早在十年前就开始在人口密集地区使用,但在光纤网络连接的区域中信息如何传输可以决定网络的速度瓶颈。
我们以英国为例。部分地区的用户仍在使用传统的ADSL宽带——,通过铜线连接到街道级中继点,然后通过铜线连接到用户家中。部分社区采用FTTC接入方式——,利用高速光纤将数据传输至社区中继点,但各户仍通过铜线连接网络,该接入方式最快速度达到66Mb/s。全程不使用铜线,仅采用光纤FTTP连接方式,传输速度理论上可以超过1Gb/秒,未来可能超过1Tb/秒。
光纤以多种方式进入社区。
无线网络可能是提高农村地区消费者互联网速度的更好方法。电信提供商不需要重新布线电缆,他们只需激活覆盖整个区域的新天线基站即可。5G网络的预计传输容量表明,一些家庭甚至不需要通过电缆接入宽带。这是因为无线网络访速度已经可以与最快的有线连接方法相媲美。
但一些通信专家警告说,无线网络可能存在信号不稳定的缺点。另外,无线基站本身需要有线网络的支持,但信号基站位置固定,必须通过光纤连接到互联网。
另一种选择是增加传输信号的频率范围。英国正在开发的GFast技术,仍然基于传统的铜线进行数据传输,但频率扩展后,数据传输速率可以超过300Mb/s。同样,如果未来光纤中的信号能够超过红外波段,传输速度也会更快。
现有光纤网络仍需加速。
由于光纤的广泛使用,大型数据中心之间的数据传输速率已经以Tb/秒计算。然而,一旦达到区域和用户级别,网络速度就会变得不足。在网络使用高峰期,有些节点也会形成34,例如在拥挤的超市上网或在高峰时段观看视频时。
尽管更高的带宽很重要,但信号即时性也不容忽视。人类对语音中断非常敏感,因此电话或视频会议的音频或视频质量无法持续,但34;是无法忍受的。此外,云计算、远程手术、互动等新兴技术不仅需要高带宽,还需要低延迟的网络响应。自动驾驶汽车和远程手术中的信号延迟会带来风险,而3D互动中的延迟和掉帧会让玩家感到头晕,影响体验。
影响两个网络终端之间交互延迟的主要因素是它们之间的距离。光纤中的光信号呈锯齿形移动,直线传播速度为每秒20万公里,因此从伦敦发出的信号沿着光纤传播,收到伦敦反馈的最快时间为86毫秒。旧金山,8,600公里之外这种延迟对于云计算等应用来说是令人望而却步的。
由于这些物理难以克服,谷歌、微软、亚马逊等互联网巨头将数据备份在世界各地的服务器中心,以便可以更近距离、更快地读取数据。但越来越多的数据中心给带宽带来了更大的压力。这些大公司的数据同步中心现在消耗的带宽比普通公众使用的互联网还要多。
因此,如果网速不能提高,远程手术、自动驾驶等革命性技术就不可能存在。正如计算机处理芯片必须不断升级一样,网络速度也必须不断扩展。
事实上,在铺设初期,许多光纤的容量实际上远远超出了用户的需求,但铺设电缆的成本如此之高,以至于服务提供商留下了34根未使用的电缆。因此,要提高带宽,最初要做的就是不断激活新的暗光纤。
然而,随着流媒体等服务的增长,每年的互联网流量最近已增至2,533,354,用户对带宽的需求正在加速超出提供商升级硬件的能力。那么未来如何提升自己的网速呢?
使用诺贝尔获技术改造现有光纤
前面提到的打破网速记录的光纤芯片是34;该结构可用于产生一系列红外波,允许数据同时通过不同的光带传输。
光学频率梳是激光技术的一项重大创新。2005年,两位科学家因其在光学频率梳技术方面的开创性工作而获得诺贝尔物理学。就像将头发分成几缕的普通梳子一样,光学频率梳将单色输入激光转换为一系列等间隔的光波。
光学频率梳技术
为了充分利用光纤线路中光放大器的输出光谱,不同类型的数据被分配到不同的红外波段。——正如白色可见光可以通过棱镜分成各种颜色的单色光一样,红外光也可以被分配到不同的红外波段。波段还可以分为不同的红外波段,可以分为34个,每个波段传输不同的数据。不同波长的红外信号可以通过同一根光纤传输,然后在终端分离。——现有的设备需要从光纤中产生各个波长的激光,而光频梳将激光束与温度控制芯片结合在一起,环形光学谐振腔,可以发射大量不同波长的光信号。这些微型器件中最重要的结构是环形光学谐振腔。当单一波长的激光撞击谐振器时,这使得单色激光能够被精确地分解为多个通道。
这并不是光频梳技术首次应用于光纤。在2015年《科学》杂志上发表的一项研究中,加州大学圣地亚哥分校的一个研究小组利用光学频率梳技术来降低信号噪声并提高传输效率。研究人员当时表示,随着进一步发展,该解决方案可以使光纤系统的传输速度提高一倍。
这款破纪录的芯片采用了新型34位。
测试网速的常用方法是通过模拟测试软件与后端服务器之间的数据传输来确定网络速度,这里所说的后端服务器通常属于大型网站或服务器群,资源丰富,因此网络速度会受到影响。速度你可以测试一下。网络的最大速度。
缓冲电影意味着连接到电影网站的服务器。这里存在三个瓶颈一是你的电脑网速是否足够快,二是你和电影网站服务器之间的路径是否有足够的带宽,三是你是否连接到电影网站的服务器。您与电影网站服务器之间的路径带宽足够。电影网站服务器本身的带宽是否足够?根据上面的解释,网速测试只能证明第一点你的网速足够快,但并不能保证另外两点。
在数字时代,互联网速度对每个人都非常重要。0G是指第一代移动通信技术,速度非常慢,只能用于短短信和语音通话。
1G是第二代移动通信技术,速度比0G快,但速度很慢,只能用于发送简单的短信和打电话。
2G是第三代移动通信技术,其速度比1G快得多,并且允许照片和视频传输。
3G是第四代移动通信技术,比2G速度更快,可以流畅地传输高清视频和语音。
4G是第五代移动通信技术,比3G速度更快,并且可以支持高质量的视频和语音流。
5G是第六代移动通信技术,速度比4G更快,可实现高质量视频和语音流以及实时互动等应用。也就是说,随着移动通信技术的发展,网络速度越来越快,让人们的生活更加便捷高效。
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