M
niej wi´cej sto lat temu w Barcelonie Antoni
Gaudí zainicjowa∏ w architekturze styl, któ-
ry doskonale ∏àczy∏ funkcj´ i form´. Ekspre-
syjne ∏uki jego budowli nie tylko zdobi∏y, ale
równie˝ przenosi∏y obcià˝enia. Niestety, po-
dejÊcie to dotychczas nie znalaz∏o odpowied-
nika w elektrycznej infrastrukturze budyn-
ków. Prze∏àczniki, gniazdka i termostaty pojawiajà si´ w
projektach na szarym koƒcu, a o ich przeznaczeniu decydu-
jà ukryte pod tynkiem kable. Wszelkie urzàdzenia elektrycz-
ne i komputery to w zasadzie niechciani intruzi. Nie ma mi´-
dzy nimi ˝adnej komunikacji, o czym ∏atwo si´ przekonaç,
obserwujàc o ró˝nych porach dnia wyposa˝enie jakiegokol-
wiek biura czy mieszkania.
Ma to zaskakujàco powa˝ne konsekwencje dla ekonomiki
budowania, oszcz´dzania energii, formy architektonicznej, a
w rezultacie jakoÊci ˝ycia. W Stanach Zjednoczonych rynek
budowlany szacuje si´ na bilion dolarów. Co roku miliardy z
tej sumy przeznacza si´ na projektowanie instalacji elektrycz-
nych, a nast´pnie wykonawstwo, naprawy i modyfikacje.
Przez lata w niezliczonych projektach „inteligentnych do-
mów” projektanci poszukiwali nowych zastosowaƒ inteligent-
nej infrastruktury – ignorujàc istniejàce ju˝ ogromne zapo-
trzebowanie na urzàdzenia, które u˝ytkownicy mogliby sami
programowaç, nieograniczeni parametrami narzuconymi
podczas budowy.
Ka˝dy jednak wysi∏ek, by temu zaradziç, spe∏znie na niczym,
je˝eli oka˝e si´, ˝e do zainstalowania ˝arówki konieczna b´-
dzie pomoc specjalisty od sieci komputerowych, a jej eksploata-
cja wymagaç b´dzie korzystania z us∏ug firmy informatycznej.
Wspó∏praca urzàdzeƒ wcale nie wià˝e si´ z przesy∏aniem giga-
bitów na sekund´ ani gromadzeniem gigabajtów danych, a ra-
czej z drastycznym obni˝eniem kosztów i uproszczeniem in-
stalacji oraz konfigurowania sieci.
Opracowano ju˝ mnóstwo standardów, które mia∏y umo˝-
liwiç wspó∏prac´ urzàdzeƒ gospodarstwa domowego, na przy-
k∏ad X10, LonWorks, CEBus, BACnet, ZigBee, Bluetooth,
IrDA i HomePlug. W rezultacie mamy sytuacj´ jak w latach
szeÊçdziesiàtych, kiedy powstawa∏ Arpanet – poprzednik In-
ternetu. Istnia∏o wtedy wiele ró˝nych typów sieci komputero-
wych i trzeba by∏o wyspecjalizowanych urzàdzeƒ, aby sprzàc
te niekompatybilne wyspy.
Rozwiàzanie, które pozwoli∏o zbudowaç globalnà sieç z
ró˝norodnych sieci lokalnych, opiera∏o si´ na dwóch wiel-
kich ideach. Pierwszà by∏a transmisja pakietowa: dane dzie-
li si´ na pakiety, które podró˝ujà niezale˝nie od siebie, aby
ponownie utworzyç ca∏oÊç po dotarciu do celu. Technika ta
okaza∏a si´ prze∏omem w porównaniu ze stosowanà w tra-
dycyjnych sieciach telefonicznych, w których istotà jest przy-
porzàdkowanie ka˝demu po∏àczeniu statycznego obwodu.
Drugà ide´ mo˝na krótko nazwaç „koniec z koƒcem” – funk-
cjonowanie sieci powinno zale˝eç od ∏àczonych obiektów, a
nie od jej wewn´trznej struktury. Koncepcj´ t´ ucieleÊnia tzw.
Internet Protocol (IP). Stopniowo Internet si´ rozpowszech-
ni∏, umo˝liwiajàc zarówno ∏atwy dost´p z komputera do skle-
pu internetowego, jak i korzystanie z interaktywnego kina.
Ka˝dà z tych us∏ug charakteryzuje inny typ przesy∏anych w po-
staci pakietów danych, nie wymaga to jednak ani zmiany ar-
chitektury sieci, ani obs∏ugujàcego jà oprogramowania.
Zasady te pozwoli∏y rozwijaç si´ Internetowi przez trzy dzie-
si´ciolecia. W tym czasie jego zasi´g i wydajnoÊç zwi´kszy∏y si´
o siedem rz´dów wielkoÊci – od 64 w´z∏ów po∏àczonych Arpa-
netem do przesz∏o 200 mln zarejestrowanych dziÊ komputerów.
Regu∏y gwarantujà ∏atwy dost´p do struktury systemu i – co
bardzo wa˝ne – nie zawierajà szczegó∏owych wymagaƒ co do
wydajnoÊci. Dzi´ki wielkiemu wysi∏kowi i dyscyplinie zale˝ne
od technologii parametry uda∏o utrzymaç si´ poza specyfikacjà
technicznà, a wi´c post´p w dziedzinie sprz´tu nie wymusza
rewizji podstawowej architektury Internetu.
Przyjazne przestrzenie
OPIERAJ
ÑC SI¢
na takich samych ideach jak w przypadku od-
miennych sieci, mo˝na by teraz po∏àczyç ró˝ne urzàdzenia.
Rozszerzenie Internetu tak, aby si´ga∏ pojedynczej ˝arówki,
wymaga dostrze˝enia ró˝nic i podobieƒstw mi´dzy ˝arówkami
a serwerami, dla których pierwotnie stworzono Internet.
66
ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004
Internet
rzeczy codziennych
Idee, które sta∏y si´ fundamentem Internetu, prowadzà teraz
do nowej sieci – sieci urzàdzeƒ codziennego u˝ytku, zwanej Internetem-0
Neil Gershenfeld, Raffi Krikorian i Danny Cohen
NAWET TAK PROSTE URZÑDZENIE
jak ˝arówka mo˝e byç bezpoÊrednio
pod∏àczone do Internetu, jeÊli wyposa˝y si´ je
w tani mikroprocesor zdolny komunikowaç
si´ za poÊrednictwem sieci energetycznych.
Mieli
Â
my ju˝ okazj´ zmierzyç si´ z zadaniem wplecenia In-
ternetu w fizycznà infrastruktur´, uczestniczàc w przedsi´-
wzi´ciach w ró˝nych zakàtkach Êwiata. Jednym z nich, re-
alizowanym w ramach prezentacji technologii przysz∏oÊci
zwiàzanym z obchodami milenijnymi pod patronatem Bia-
∏ego Domu i Smithsonian Institution, by∏a inteligentna pó∏ka
∏azienkowa na leki. Potrafi∏a ona przypominaç pacjentom, ˝e
majà za˝yç lekarstwo, informowaç farmaceut´ o konieczno-
Êci dostarczenia nowej porcji, u∏atwia∏a wi´c lekarzowi nad-
zorowanie terapii. System tego typu niewàtpliwie móg∏by byç
elementem opieki zdrowotnej.
Z kolei w nowojorskim Museum of Modern Art w roku 1999
do przekazywania zwiedzajàcym informacji na temat ekspo-
zycji wykorzystaliÊmy umeblowanie galerii. Celem by∏o unik-
ni´cie wprowadzenia do wn´trza standardowych interfejsów
komputerowych, obcych w tego rodzaju miejscach. Podczas
uroczystego otwarcia jeden z donatorów zachwyci∏ si´, ˝e w
muzeum nie ma tak nielubianych przez niego komputerów –
nie zdawa∏ sobie najwyraêniej sprawy, ˝e w meblach ukryli-
Êmy 17 pod∏àczonych do Internetu maszyn, wspó∏pracujà-
cych z setkami mikroprocesorów obs∏ugujàcych czujniki.
Potem, w roku 2001, przysz∏a kolej na budynek prezento-
wany w ramach wystawy „Media House” w Barcelonie. Ele-
menty noÊne tej konstrukcji mieÊci∏y równie˝ infrastruktur´
elektrycznà i informatycznà. èród∏a Êwiat∏a i prze∏àczniki by-
∏y wyposa˝one w procesory, które umo˝liwia∏y ich wspó∏pra-
c´, a tak˝e interakcj´ z innymi komputerami sieci. Przypisa-
nie punktów Êwietlnych do prze∏àczników mo˝na by∏o
zmieniaç na bie˝àco.
W uroczystym otwarciu „Media House” uczestniczy∏ jeden
z liderów projektu szybkiego Internetu (tzw. Internetu-2).
Wcià˝ si´ dopytywa∏, z jakà szybkoÊcià mo˝na przesy∏aç da-
ne w budynku. KtoÊ dowcipnie odpowiedzia∏, ˝e ˝arówki nie
b´dà oglàdaç filmów za poÊrednictwem ∏àczy szerokopasmo-
wych i ˝e sieç scalajàca urzàdzenia powszechnego u˝ytku to
raczej nie Internet-2, ale Internet-0. I ta nazwa si´ przyj´∏a.
Siedem z∏otych zasad
CHO
å PROCESORY IP
zaprojektowane z myÊlà o wspomnianych
instalacjach nie by∏y w naszej intencji cz´Êcià jakiegoÊ projek-
tu badawczego, rosnàce zainteresowanie doprowadzi∏o do
zainicjowania projektu Internet-0 (I0). Swoje rozwiàzania
oparliÊmy na siedmiu zasadach, które pozwalajà rozszerzyç
„Internet sieci” na „Internet urzàdzeƒ”.
Zasada pierwsza: Przyj´liÊmy, ˝e ka˝de urzàdzenie I0 b´-
dzie korzystaç z protoko∏u IP. W wielu innych, konkurencyj-
nych rozwiàzaniach proponuje si´ alternatywne standardy.
Je˝eli komputer chce si´ skomunikowaç z urzàdzeniem, naj-
pierw trzeba przet∏umaczyç ten komunikat z protoko∏u IP na
inny, w∏aÊciwy w danym przypadku protokó∏, co wymaga spe-
cjalnego interfejsu. Wybór takiego podejÊcia wynika z pier-
wotnego przekonania projektantów, ˝e specyfikacja IP jest
zbyt z∏o˝ona, by implementowaç jà w prostych urzàdzeniach.
Ale tak wcale byç nie musi. Kod obs∏ugujàcy protokó∏ mo˝na
ograniczyç do pojedynczych kilobajtów i mo˝e go wykonaç mi-
krokontroler w cenie jednego dolara. Protokó∏ IP zwi´ksza
obj´toÊç przesy∏anych komunikatów mniej wi´cej o 100 bi-
tów, co z regu∏y nie ma ˝adnego wp∏ywu na czas odpowie-
dzi i iloÊç zu˝ywanej energii. W ten sposób unikamy kosztów
i problemów zwiàzanych z konfigurowaniem oraz obs∏ugà
interfejsów.
Zasada druga: UproÊciliÊmy oprogramowanie, rezygnujàc
z rozdzielnej implementacji protoko∏ów komunikacyjnych.
W zwyk∏ym komputerze zadania wynikajàce ze wspó∏pracy z
siecià sà wyraênie zhierarchizowane. Kod niskiego poziomu
zajmuje si´ obs∏ugà przesy∏anych sygna∏ów, takich jak impul-
sy elektryczne biegnàce w kablach Ethernetu lub w przewo-
dach telefonicznych pod∏àczonych do modemu. Wynik dzia-
∏ania tego kodu jest przekazywany na kolejny poziom,
odpowiedzialny za kodowanie i dekodowanie. Jeszcze wy˝szy
poziom steruje wysy∏aniem i odbieraniem pakietów, podzia-
∏em danych na cz´Êci i sk∏adaniem ich w ca∏oÊç oraz interpre-
tacjà standardów opisujàcych zawartoÊç pakietów. Na sa-
mym szczycie tej hierarchii znajduje si´ aplikacja, na przyk∏ad
przeglàdarka sieciowa.
Oprogramowanie ka˝dego poziomu jest implementowane
osobno, co mo˝na uznaç za komputerowy odpowiednik biu-
rokracji. W rezultacie du˝a cz´Êç kodu zajmuje si´ komuni-
kacjà mi´dzy poziomami. Wyraêne wyodr´bnienie warstw
oprogramowania u∏atwia opracowanie standardów i umo˝li-
wia wymian´ kodu na jednym z poziomów bez modyfikowa-
nia pozosta∏ych. OczywiÊcie, taka struktura oprogramowa-
nia nie jest koniecznym warunkiem jego dzia∏ania. W
urzàdzeniu I0 rezygnujemy z podzia∏u na poziomy, w pe∏ni wy-
korzystujàc znajomoÊç konkretnej aplikacji.
Zasada trzecia: Dwa urzàdzenia I0 nie wymagajà kolejne-
go, aby ze sobà wspó∏pracowaç. Komputery pod∏àczone do
Internetu sà z regu∏y albo klientami (przeglàdarki sieciowe),
albo serwerami – klient bez serwera jest ca∏kowicie bezu˝y-
teczny. Ale ka˝dy z punktów oÊwietleniowych lub prze∏àcz-
ników I0 sam przechowuje wszystkie potrzebne dane i proce-
dury i nie jest uzale˝niony od centralnego serwera, który
zwi´ksza∏by zawodnoÊç i koszty. Chocia˝ taki serwer móg∏by
zwi´kszyç u˝ytecznoÊç systemu – na przyk∏ad sterujàc w∏à-
czaniem i wy∏àczaniem oÊwietlenia o okreÊlonych porach
dnia – nie jest konieczny.
Zasada czwarta: Urzàdzenie I0 w pe∏ni identyfikuje obiekt
fizyczny, do którego nale˝y. Komputer w sieci ma a˝ pi´ç ró˝-
nych nazw: nazw´ urzàdzenia, tzw. Media Access Control
(MAC), okreÊlajàcà adres fizyczny w sieci lokalnej (np.
00:08:74:AC:05:0C); adres IP odnoszàcy si´ do sieci globalnej
(18.7.22.83), nazw´ sieciowà (www.mit.edu), nazw´ funkcjo-
68
ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004
SLIM FILMS (
popr
zednia str
ona
)
n
Umo˝liwienie urzàdzeniom z naszego otoczenia komunikacji
za poÊrednictwem Internetu przynios∏oby mnóstwo korzyÊci
– na przyk∏ad u∏atwi∏oby skonfigurowanie oÊwietlenia i funkcji
prze∏àczników, upraszczajàc infrastruktur´ budynku i zmniejszajàc
jej koszty, czy usprawni∏o opiek´ zdrowotnà nad mieszkaƒcami.
Obecnie istnieje wiele konkurencyjnych standardów komunikacji,
co przypomina sytuacj´ z poczàtków Internetu, kiedy wyst´powa∏y
niekompatybilne typy komputerów i sieci.
n
Aby poradziç sobie z tà technicznà wie˝à Babel, trzeba przyjàç
protoko∏y obs∏ugi danych stanowiàce fundament Internetu
i wykorzystaç je do przesy∏ania informacji we wszelkich
mo˝liwych formach – jako impulsy elektryczne lub optyczne,
sygna∏y akustyczne, fale radiowe lub druk.
n
Zastosowanie kodowania zdefiniowane w Internecie-0 pozwoli
rozciàgnàç ide´ scalania sieci komputerowych w spójnà ca∏oÊç
na dowolne urzàdzenia (interdevice internetworking).
Przeglàd /
Internet-0
LISTOPAD 2004 ÂWIAT NAUKI
69
SA2004
1
2
3
4
5
6
7
8
9
+
h
c
Podczerwieƒ
Inne rodzaje ∏àcznoÊci
bezprzewodowej
Sieç energetyczna
Linia telefoniczna
Instalacja alarmowa
Ethernet
Kable koncetryczne
2:23
2:23
2:23
2:23
2:23
MANU PRAKESH (
klucz
); L
UCY READING (
dom
)
Sieç, która wszystko ∏àczy
Internet-0 umo˝liwia wzajemnà komunikacj´ i wspó∏dzia∏anie wielkiej liczby ró˝nych urzàdzeƒ: fiolki zamówià kolejnà porcj´ leków w aptece, wy-
∏àczniki i termostaty porozumiejà si´ ze êród∏ami Êwiat∏a i grzejnikami, a lokatorzy, nie wychodzàc z pracy, sprawdzà, co si´ dzieje w ich domach.
Ju˝ dziÊ istniejà technologie, które umo˝liwiajà realizacj´ wielu tych funkcji, ale istotà Internetu-0 jest wprowadzenie jednego, spójnego standardu.
Internet-0 korzysta∏by z informacji przekazywanych za poÊrednictwem sieci energetycznej, drogà bezprzewodowà, a nawet wygrawerowanych na me-
talowym kluczu i by∏ zintegrowany z lokalnà i globalnà siecià komputerowà.
Budzik mo˝e w∏àczyç
Êwiat∏o, ekspres do ka-
wy i poinformowaç inne
urzàdzenia, ˝e miesz-
kaƒcy ju˝ si´ obudzili.
Klimatyzator i grzejnik
b´dà regulowaç tempe-
ratur´, nie tylko kieru-
jàc si´ nastawami na
termostacie, ale tak˝e
tym, czy w∏àczone jest
Êwiat∏o (co oznacza, ˝e
ktoÊ jest w domu) oraz
porà dnia.
Klucz b´dzie otwiera∏
dom zarówno w sensie
fizycznym, jak i cyfro-
wym. Jego autentycz-
noÊç potwierdzi wygra-
werowany szyfr.
Domowe centrum rozrywki wyposa˝one
w adres internetowy mo˝e pobieraç z sie-
ci filmy i muzyk´.
Za pomocà telewizyjnego pilota telewizora
mo˝na sterowaç równie˝ innymi urzàdzenia-
mi, które znajdujà si´ w domu.
Sieç wykryje przepale-
nie si´ ˝arówki.
Zegary mogà si´ auto-
matycznie synchronizo-
waç za poÊrednictwem
sieci.
Pod∏àczony do sieci
ogrodowy system na-
wadniajàcy przed uru-
chomieniem podlewania
sprawdzi, czy nie jest
przewidywany deszcz.
Prze∏àczniki nie muszà
byç po∏àczone bezpo-
Êrednio przewodami z
lampà, którà majà ste-
rowaç – ich zaprogramo-
wanie zajmie zaledwie
kilka sekund.
Domowy system alar-
mowy jest zintegrowa-
ny z siecià.
W∏aÊciciel domu mo˝e
sterowaç urzàdzeniami
w budynku z kompute-
ra, palmtopa lub telefo-
nu komórkowego.
Fiolki z lekami b´dà
wyposa˝one w identyfi-
katory, które b´dzie od-
czytywaç czytnik w do-
mowej apteczce.
System automatycznie
przypomni o terminie
za˝ycia lekarstwa, a tak-
˝e koniecznoÊci uzupe∏-
nienia zapasu.
Na poddaszu umieszczo-
ne sà urzàdzenia komuni-
kacyjne podsieci: serwer,
modem kablowy i sieci
energetycznej oraz ∏àcze
WiFi. Przebywajàcy poza
domem w∏aÊciciel mo˝e
sprawdziç, czy drzwi sà
zamkni´te, a ˝elazko
wy∏àczone.
Pakiety standardu Internet-0 mogà byç wygrawerowane na kluczu (z lewej) lub wydrukowane
w postaci kodu paskowego (poni˝ej). W obydwu przypadkach pionowe kreski odpowiadajà im-
pulsom i po zamianie na sygna∏y elektryczne bez potrzeby jakiegokolwiek dalszego t∏umacze-
nia mogà byç wczytane do sieci. Kreski na kluczu to klucz kryptograficzny, pozwalajàcy na do-
st´p do komputera. Kod zawierajàcy „I0” jest poprzedzony adresem odpowiedniego urzàdzenia.
Nag∏ówek IP
Nag∏ówek UDP
„I0”
nalnà (np. trzeci serwer od lewej) oraz klucz kryptograficzny
umo˝liwiajàcy bezpiecznà wymian´ danych. Rozpoznawanie
nazw to jedno z podstawowych zadaƒ serwera. Kiedy nie ma
serwera, urzàdzenia I0 muszà same pe∏niç t´ funkcj´, ale
muszà umieç z nim wspó∏pracowaç, kiedy jest obecny.
Nadawanie najbardziej rozpowszechnionych adresów sprz´-
towych kontroluje si´, przydzielajàc producentom bloki adre-
sowe. Jednak trudno sobie wyobraziç takà form´ koordyna-
cji w odniesieniu do ka˝dej oprawki oÊwietleniowej i ka˝dego
wytwarzanego na Êwiecie wy∏àcznika. Rozwiàzaniem jest sa-
modzielny wybór przez urzàdzenie pewnego losowego ciàgu
znaków. Prawdopodobieƒstwo, ˝e dwa elementy wybiorà na
przyk∏ad identycznà 128-bitowà liczb´ jest jak 1 do 10
38
. U˝yt-
kownicy mogà powiàzaç nazw´ funkcjonalnà i sprz´towà,
uruchamiajàc pewnà procedur´ – na przyk∏ad naciskajàc
przycisk programowania lampy i wy∏àcznik Êwiat∏a, co spo-
woduje, ˝e obydwa adresy zostanà po kolei wys∏ane i relacja
mi´dzy nimi zapami´tana. Inna mo˝liwoÊç to przes∏anie ad-
resu sieciowego wraz z kluczem kryptograficznym, co po-
zwoli nawiàzywaç bezpieczne po∏àczenia.
Zasada piàta: Urzàdzenia I0 pos∏ugujà si´ bitami wi´kszy-
mi ni˝ sieç. Bit, który jest najcz´Êciej impulsem elektrycz-
nym, radiowym lub Êwietlnym, ma pewien rozmiar, wynika-
jàcy z pomno˝enia czasu trwania impulsu przez pr´dkoÊç, z
jakà si´ on rozchodzi (zwykle zbli˝onà do pr´dkoÊci Êwiat∏a).
W pierwszych sieciach rozmiary bitów by∏y wi´ksze ni˝ sie-
ci, w których si´ rozchodzi∏y. Obecnie sà du˝o mniejsze – w
przypadku transmisji z szybkoÊcià gigabita na sekund´ rozmia-
ry bitów wynoszà oko∏o 30 cm. Mo˝e to byç przyczynà proble-
mów na po∏àczeniach mi´dzy ró˝nymi elementami, ponie-
wa˝ nawet niewielkie niedopasowanie prowadzi do
zniekszta∏cenia sygna∏ów. Co gorsza, je˝eli dwa komputery
jednoczeÊnie rozpocznà nadawanie, takà „kolizj´” dostrzegà
dopiero po wys∏aniu wielu bitów. Dlatego szybkie sieci wy-
magajà specjalnych kabli, aktywnych hubów, doskona∏ych
nadajników i odbiorników oraz wykwalifikowanego perso-
nelu, który to wszystko zainstaluje. Je˝eli szybkoÊç transmi-
sji jest zbli˝ona do megabita na sekund´, czyli taka jak dla
modemu kablowego lub linii DSL (niewàtpliwie wystarczy
to do sterowania ˝arówkà), bit rozciàga si´ na 300 m, a wi´c
obejmuje ca∏y budynek. W takim przypadku typ interfejsów nie
ma ju˝ znaczenia.
Zasada szósta: Je˝eli bity sà du˝e, paczki z danymi mo˝na
formowaç tak samo dla wszystkich oÊrodków fizycznych, w
których majà si´ rozchodziç. Reprezentacja fizyczna ma∏ych
bitów, czyli inaczej mówiàc modulacja, musi byç zoptymali-
zowana pod kàtem rodzaju transmisji. W przypadku mode-
mów telefonicznych jest ona zupe∏nie inna ni˝ dla modemów
kablowych, poniewa˝ para skr´conych przewodów i kabel
koncentryczny ró˝nià si´ zdolnoÊcià przenoszenia amplitu-
dy, cz´stotliwoÊci i fazy. Gdy bity sà du˝e, charakterystyki
przenoszenia nie sà istotne.
¸atwo si´ o tym przekonaç na przyk∏adzie alfabetu Mor-
se’a. Zakodowanà w nim wiadomoÊç mo˝na nadaç kluczem,
b∏yskajàc lampà ze statku na statek albo po prostu uderzajàc
w rur´. Te niewàtpliwie bardzo ró˝ne kana∏y komunikacyjne
za ka˝dym razem przenoszà te same dane, z tà samà szybko-
Êcià, wykorzystujàc ten sam schemat kodowania. Nie trzeba
stosowaç ˝adnej translacji. Informacja jest wyra˝ona jako
czas, w którym dociera pewna zmiana zachodzàca w oÊrod-
ku fizycznym – skok napi´cia w linii telegraficznej lub wzrost
nat´˝enia dêwi´ku. Szczegó∏y zmiany barwy lub nat´˝enia
dêwi´ku nie majà znaczenia.
Zasada dzia∏ania I0 jest taka sama, z tà ró˝nicà, ˝e kropki
i kreski zastàpiono zerami i jedynkami. Tak jak w przypadku
wspó∏czesnych modemów urzàdzenie I0 wysy∏a pakiet w po-
staci ciàgu oÊmiobitowych bajtów, ograniczonych przez bity
startu i stopu. „Zero” jest zakodowane jako impuls, po któ-
rym nast´puje pauza. Z kolei „jedynka” to impuls poprzedzo-
ny pauzà. Bity startu i stopu to para impulsów. Taki schemat,
znany jako kod Manchester, u∏atwia rozró˝nienie prawid∏o-
wych „0” i „1” od zak∏óceƒ czy po prostu braku sygna∏u. Po-
nadto odst´p pomi´dzy impulsami sk∏adajàcymi si´ na bit
startu pozwala odbiornikowi wyznaczyç szybkoÊç transmisji
70
ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004
L
UCY READING
NEIL GERSHENFELD, RAFFI KRIKORIAN I DANNY COHEN nale˝à
do badaczy, którzy z powodzeniem przekraczajà granice mi´dzy tra-
dycyjnymi dyscyplinami naukowymi. Gershenfeld kieruje Center for Bits
and Atoms w Massachusetts Institute of Technology, dofinansowy-
wanym przez National Science Foundation. Interesujà go zwiàzki mi´-
dzy fizycznà formà a logicznà funkcjà wszelkich obiektów, od kompu-
terów kwantowych po samochodowe systemy bezpieczeƒstwa, od
skomputeryzowanej wiolonczeli, którà zaprojektowa∏ dla Yo-Yo Ma,
do narz´dzi rolniczych u˝ywanych przez Indian. Krikorian jest w MIT
magistrantem i zajmuje si´ opracowywaniem sprz´tu i oprogramo-
wania dla Internetu-0. W swojej wczeÊniejszej dzia∏alnoÊci akade-
mickiej i przemys∏owej zajmowa∏ si´ wieloma problemami – od bar-
dzo ma∏ych zagnie˝d˝onych stosów IP do du˝ych rozproszonych
systemów obliczeniowych. Projekt Internet-0 narodzi∏ si´ ze wspó∏pra-
cy Gershenfelda i Krikoriana z Cohenem. Danny Cohen, Distinguished
Engineer w firmie Sun, to jeden z ojców Internetu. Jego osiàgni´cia
obejmujà m.in. pionierskie prace poÊwi´cone aplikacjom czasu rzeczy-
wistego w sieci Arpanet, które doprowadzi∏y do opracowania standar-
du Internet Protocol (IP). Cohen za∏o˝y∏ te˝ MOSIS – firm´ produkujàcà
uk∏ady scalone na zamówienie (prototypy lub krótkie serie).
O
AUTORACH
Gdy wolniej znaczy lepiej
Je˝eli dane sà przesy∏ane dostatecznie wolno, to rozmiary fizyczne odpo-
wiadajàcych im impulsów radiowych sà du˝e, co znacznie upraszcza
dzia∏anie sieci komputerowej. Podczas gdy ma∏e impulsy stale odbijajà si´
od takich interfejsów, jak metalowe Êciany (fale radiowe) lub z∏àcza (sy-
gna∏y elektryczne), du˝e dos∏ownie wype∏niajà ka˝dy centymetr budyn-
ku lub po∏o˝onych w nim kabli i nie wymagajà stosowania hubów ani
innych specjalnych urzàdzeƒ.
PRZEPUSTOWOÂå SIECI:
gigabit na sekund´
PRZEPUSTOWOÂå SIECI:
10 megabitów na sekund´
30 cm
Przewód
Odbijajà si´
sygna∏y
elektryczne
Odbijajà si´
sygna∏y radiowe
Przewód
MA¸E BITY
DU˚E BITY
30 m
– odpowiednia wartoÊç nie musi byç z góry ustalona. Je˝eli wy-
maga si´ szczególnie wysokiej odpornoÊci na szum, nadajnik
i odbiornik mogà uzgodniç procedur´ polegajàcà na zmianie
odst´pu mi´dzy bajtami (jak w przypadku ultraszerokopa-
smowego radia), co pozwala skuteczniej oddzieliç sygna∏ od
zak∏óceƒ, a jednoczeÊnie zachowaç kompatybilnoÊç z wcze-
Êniejszymi urzàdzeniami I0, które korzysta∏y jedynie z impul-
sów ograniczajàcych.
Dopóki bity sà przesy∏ane na tyle wolno, ˝e ich rozmiary sà
wi´ksze od sieci, dopóty mamy tylko stany ustalone, a kodo-
wanie jest takie samo, niezale˝nie od rodzaju oÊrodka. Im-
pulsy mo˝na przekazywaç przewodem, linià energetycznà,
jako sygna∏y g∏osowe, drukowane znaki lub naci´cia na klu-
czu. Ka˝dy z oÊrodków b´dzie przekazywaç innà cz´Êç im-
pulsu – filtry linii energetycznej odetnà wysokie cz´stotliwo-
Êci, a antena radiowa niskie. Wystarczy jednak, ˝e dotrze tylko
pewien wycinek widma. (Ale szczegó∏owa znajomoÊç charak-
terystyki przenoszenia b´dzie istotna, je˝eli urzàdzenie I0
mia∏oby testowaç swoje fizyczne otoczenie).
Taka reprezentacja bitu jest przeniesieniem wspomnianej
wczeÊniej zasady „koniec z koƒcem” z Internetu na modula-
cj´. Je˝eli komputer wysy∏a pakiety w ramach protoko∏u IP, nie
musi nic wiedzieç na temat sieci, którà te pakiety podró˝ujà.
Podobnie urzàdzenie, które korzysta z impulsów I0, nie mu-
si znaç parametrów oÊrodka, w którym rozchodzi si´ sygna∏.
Zasada siódma i ostatnia: Dotyczy pos∏ugiwania si´ w ra-
mach I0 standardami otwartymi. Wydaje si´, ˝e nie trzeba o
tym wspominaç, ale praktyka uczy, ˝e jest inaczej. Wiele kon-
kurencyjnych systemów ∏àczenia urzàdzeƒ jest zastrze˝onych.
Z naszego doÊwiadczenia z bran˝à komputerowà wynika, ˝e
systemy zastrze˝one powinny bazowaç na otwartych, a nie
byç z nimi w konflikcie.
Aby zapoznaç si´ z dzia∏aniem systemu I0 w praktyce, wróç-
my do przyk∏adu pó∏ki ∏azienkowej, która zarzàdza lekar-
stwami. W naszym projekcie wykorzystaliÊmy znaczniki
identyfikacji radiowej (RFID) – niewielkie chipy zasilane za
poÊrednictwem fal radiowych – które umieÊciliÊmy w fiol-
kach z pigu∏kami. MusieliÊmy tak skonfigurowaç czytnik da-
nych ze znacznika, aby umia∏ je w∏aÊciwie wykorzystaç. Tak
samo jest zresztà ze wszystkimi znacznikami RFID u˝ywa-
nymi w cywilnych i wojskowych magazynach. Potrzeba ca-
∏ej armii konsultantów i firm us∏ugowych, aby konfigurowaç
czytniki RFID.
Wszystko by∏oby du˝o prostsze, gdyby skorzystaç z Inter-
netu-0. Znacznik wysy∏a∏by pakiet IP – nazwijmy go IPID
– a czytnik jedynie poÊredniczy∏by w przekazaniu danych w
g∏àb sieci. Pakiet móg∏by na przyk∏ad zawieraç adres apteki
i lekarza, a nie jakiÊ kod, który trzeba by t∏umaczyç na zrozu-
mia∏y dla nas j´zyk. Potrzebne informacje zawiera∏aby fiol-
ka, a nie czytnik. Nasuwa si´ pytanie, dlaczego takiego po-
dejÊcia nie zastosowano wczeÊniej, chocia˝ korzyÊci wydajà
si´ tak oczywiste?
Wynika to po cz´Êci stàd, ˝e specjaliÊci od komunikacji by-
li g∏´boko przekonani, ˝e dost´pne pasmo cz´stotliwoÊci jest
wàskie i nale˝y je oszcz´dzaç, co kiedyÊ rzeczywiÊcie by∏o
prawdà. Swego czasu obwiniano twórców Ethernetu, ˝e nie
osiàgn´li granic mo˝liwoÊci w zakresie komunikacji, które
wyznacza mechanika kwantowa. By∏o to prawdà, ale nie mia-
∏o znaczenia. Sukces Ethernetu by∏ bowiem rezultatem jego
wzgl´dnej prostoty.
DziÊ sieci zbli˝ajà si´ do ograniczeƒ kwantowych i rezy-
gnuje si´ z prostoty na rzecz coraz bardziej wyÊrubowanych
osiàgów. Internet-0 zmierza w przeciwnà stron´. Jest to przy-
k∏ad, kiedy mniej oznacza wi´cej – aby Êwiadomie rozszerzyç
zakres dzia∏ania, poÊwi´ca si´ szybkoÊç.
Celem Internetu-0 jest usuni´cie ograniczeƒ wynikajàcych
ze z∏o˝onoÊci sieci, a nie proste zwi´kszenie wydajnoÊci. Nie
ma on zastàpiç obecnego Internetu, ale raczej stworzyç pewien
obszar kompatybilnoÊci stojàcy ni˝ej w hierarchii. Urzàdze-
nia I0 do przesy∏ania pakietów mi´dzy podsieciami I0 b´dà
wykorzystywaç istniejàce routery, bramki i systemy adresowa-
nia. Jednak z czasem granica mi´dzy Internetem-0 a resztà sie-
ci mo˝e ulec zatarciu. Protoko∏y dzia∏ajàce na serwerach in-
ternetowych, na przyk∏ad te, które pozwalajà przesy∏aç pakiety
IP do ich miejsca przeznaczenia, majà postaç algorytmów
– ciàgów instrukcji okreÊlajàcych, jak znaleêç dla pakietu naj-
korzystniejszà tras´. Ale protoko∏y mo˝na tak˝e traktowaç
jako metody optymalizacji – sposoby pozwalajàce na jak naj-
lepsze wykorzystanie dost´pnych zasobów komunikacyjnych
przy jednoczesnym spe∏nieniu okreÊlonych warunków. Ostat-
nie badania pokaza∏y, jak rozwiàzywaç zagadnienia takiej
optymalizacji w systemach rozproszonych, bez centralnego
procesora. Dlatego mo˝liwe, ˝e pewnego dnia w´z∏y I0 zo-
stanà tak skonfigurowane, by rozwiàzywaç problemy z glo-
balnym zarzàdzaniem siecià za poÊrednictwem procedur
lokalnych. Z takich rozwiàzaƒ mog∏aby wy∏oniç si´ architek-
tura Internetu wy˝szego poziomu.
Je˝eli tak mia∏aby wyglàdaç przysz∏oÊç, to ostateczny cel
Internetu-0 b´dzie wykraczaç poza proste w∏àczanie i wy∏à-
czanie Êwiat∏a. Sieç I0 sta∏aby si´ nieodró˝nialna od kompu-
terów, które by ∏àczy∏a. W rzeczywistoÊci sama by∏aby kom-
puterem. Pozwalajàc urzàdzeniom na komunikowanie si´,
prowadzenie obliczeƒ, gromadzenie danych, odczytywanie
czujników, podejmowanie dzia∏aƒ i wyÊwietlanie komunika-
tów w ten sam sposób w dowolnym zakàtku Êwiata – system
organizowa∏by si´ dynamicznie, dopasowujàc do rozwiàzy-
wanego problemu, a nie sztucznych ograniczeƒ.
n
LISTOPAD 2004 ÂWIAT NAUKI
71
When Things Start to Think. Neil Gershenfeld; Henry Holt, 1999.
How the Internet Came to Be. Vinton Cerf; The Online User’s Encyclo-
pedia. Red. Bernard Aboba; Addison-Wesley, 1993. Dost´pne pod ad-
resem: www.internetvalley.com/archives/mirrors/cerf-how-inet.txt
Inne publikacje dost´pne pod adresem: cba.mit.edu/projects/I0
JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ
Dane mo˝na przesy∏aç
przewodem,
emitowaç
przez g∏oÊnik,
drukowaç
na papierze lub
grawerowaç
na kluczu
– zawsze stosujàc ten sam sposób kodowania Internetu-0.
PROCESOR INTERNETU-0
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
więcej podobnych podstron