12 Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999

Nic, tylko Êwiat∏o

Rosnàce wymagania Internetu

nap´dzajà rozwój technologii optycznych

I

nternetowy boom w dziedzinie przesy∏ania danych spo-
wodowa∏, ˝e nagle zwi´kszy∏o si´ zapotrzebowanie na
pasmo – dodatkowà przepustowoÊç sieci do przes∏ania

zeznaƒ Moniki Lewinsky przed ∏awà przysi´g∏ych lub stro-
ny z internetowej witryny talibów. Ka˝dego roku ruch w In-
ternecie zwi´ksza si´ czterokrotnie, podczas gdy liczba zwy-
k∏ych rozmów telefonicznych roÊnie w ˝ó∏wim tempie 8–13%.
By zaspokoiç popyt na pasmo, firmy zajmujàce si´ telekomu-
nikacjà dalekiego zasi´gu zacz´∏y interesowaç si´ optyczny-
mi technikami przesy∏ania danych – do po∏owy lat dziewi´ç-
dziesiàtych zalegajàcymi w akademickich i przemys∏owych
laboratoriach. „Istnieje mo˝liwoÊç wykorzystania tych tech-
nik – zauwa˝a Steve W. Chaddick, wiceprezes Ciena (Mary-
land), g∏ównego wytwórcy optycznego sprz´tu sieciowego.
– Zaledwie kilka lat temu wydawa∏o si´ to nierealne.”

Przed pi´ciu laty sieci, które stosowa∏y tzw. multipleksery

g´stego zwielokrotniania falowego (dense wavelength divi-
sion multiplexer – DWDM), mo˝na by∏o znaleêç tylko w ame-
rykaƒskich i europejskich rzàdowych oÊrodkach przemys∏o-
wo-rozwojowych prezentujàcych nowe technologie. Niezbyt
wdzi´cznie brzmiàcy techniczny termin okreÊla urzàdzenie
sieciowe, które chwilowo uratowa∏o firmy zajmujàce si´ trans-
misjà d∏ugodystansowà – takie jak operator sieci Sprint –
przed „wyschni´ciem” pasma. Multiplekser wysy∏a Êwiat∏o la-
sera o ró˝nych d∏ugoÊciach fali jednym w∏óknem Êwiat∏owo-
dowym. W tym czasie elementy tego urzàdzenia umieszczo-
ne w torze w∏ókna uginajà lub odbijajà niosàce informacj´
fale o okreÊlonej d∏ugoÊci, wprowadzajàc je w ∏àcze o du˝ej
przepustowoÊci lub z niego wyprowadzajàc. Systemy DWDM
wspó∏pracujà ze wzmacniaczami optycznymi, które mogà
jednoczeÊnie zwi´kszyç moc fal o wielu d∏ugoÊciach bez
uprzedniej konwersji sygna∏u Êwietlnego na elektryczny.

Dzi´ki tej technologii mo˝na zwi´kszyç przepustowoÊç ju˝

zakopanych kabli Êwiat∏owodowych, dodajàc po prostu no-

we d∏ugoÊci fal. W przypadku firmy Sprint zastosowanie
multiplekserów kosztuje oko∏o 60% mniej ni˝ u∏o˝enie kilo-
metra dodatkowego w∏ókna, co jest wydatkiem 50 tys. dola-
rów. „Bez tej technologii wpadlibyÊmy w nie lada tarapaty”
– zauwa˝a Frederick J. Harris, dyrektor Sprinta ds. planowa-
nia i rozwoju sieci. Jego firma wykorzystuje DWDM w 90%
swojej liczàcej 50 tys. km sieci Êwiat∏owodowej.

Jeszcze w 1994 popyt na t´ technologi´ praktycznie nie

istnia∏. W zesz∏ym roku jej wartoÊç rynkowa wynios∏a ju˝
1.5 mld dolarów, a oczekuje si´ 4 mld w roku 2001. „Zwi´k-
szanie przepustowoÊci wcià˝ nie zaspokaja zapotrzebowa-
nia, tak wi´c popyt na t´ technik´ stale roÊnie” – mówi Ma-
thew H. Steinberg z zajmujàcej si´ analizà rynku firmy RHK
z po∏udniowego San Francisco. (Przed rokiem 1994 istnia∏
niewielki rynek multiplekserów zwielokrotniania falowego,
ale tylko dwukana∏owych.)

By sprostaç rosnàcemu popytowi, systemy zwielokrotnia-

nia b´dà próbowa∏y osiàgnàç lub nawet przekroczyç granic´

WIADOMOÂCI

I

OPINIE

21

SYLWETKA

Rita R. Colwell

15 ANTY(PO)WAGA
16 W SKRÓCIE

27

CYBERÂWIAT

POD LUPÑ

23

TECHNIKA

I

BIZNES

14

NAUKA

I LUDZIE

ELEMENTY OPTYCZNE na potrzeby telekomunikacji

sà montowane w produkujàcej multipleksery firmie Ciena.

CHRIS USHER

Ciena Corporation

Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999 13

terabitowà jednego w∏ókna Êwia-
t∏owodowego – bilion bitów na se-
kund´ znacznie przewy˝sza wiel-
koÊç transmisji ca∏ego Internetu. W
dzisiejszych urzàdzeniach na ogó∏
nie przekracza si´ poziomu dzie-
siàtych cz´Êci terabita. Niektóre fir-
my jednak – mi´dzy innymi Pirel-
li Cables and Systems North
America z Lexington (Karolina Po-
∏udniowa), Lucent Technologies
z Murray Hill (New Jersey) oraz
Ciena – albo wprowadzi∏y ju˝ na
rynek sprz´t, który mo˝e obs∏ugi-
waç 80–128 d∏ugoÊci fal w jednym
w∏óknie, a ka˝da z nich przesy∏a
informacj´ z szybkoÊcià do 10 gi-
gabitów na sekund´, albo takà ofer-
t´ przygotowujà. Nale˝àce do Lu-
cent Technologies Bell Laboratories
podejmà w przysz∏ym roku prób´ przes∏ania jednym w∏ók-
nem 1000 fal o ró˝nych d∏ugoÊciach, aby oceniç maksymalnà
przepustowoÊç pojedynczego Êwiat∏owodu.

Multipleksery tworzà pasy ruchu na telekomunikacyjnych

autostradach. Pasy te ciàgnà si´ jednak od punktu A do B.
Aby skierowaç ruch z Nowego Jorku do Los Angeles albo do
Seattle, konieczna mo˝e byç „przesiadka” w Chicago. Odku-
rzono wi´c pochodzàce z lat osiemdziesiàtych wyniki badaƒ
nad prze∏àczaniem sygna∏ów optycznych.

Prze∏àczanie optyczne pozwoli kompaniom telekomunika-

cyjnym pozbyç si´ kosztownego obcià˝enia, z którym firmy ob-
s∏ugujàce sieci majà dziÊ do czynienia – konwersji wielogiga-
bitowego strumienia danych transmitowanego na ka˝dej
d∏ugoÊci fali na dziesiàtki lub setki wolniejszych sygna∏ów
elektrycznych, prze∏àczenia ich, a nast´pnie ponownej zamia-
ny w pojedynczy strumieƒ Êwietlny. Zarówno wielcy produ-
cenci sprz´tu telekomunikacyjnego, jak i nowicjusze w tej
bran˝y konkurujà w opracowaniu czysto optycznych urzà-
dzeƒ prze∏àczajàcych. Fotonika sta∏a si´ nawet podstawà regio-
nalnego rozwoju gospodarczego. Pod koniec paêdziernika
University of Texas z Dallas, kilku inwestorów prywatnych
oraz wi´kszych dostawców sprz´tu telekomunikacyjnego
i operatorów sieciowych poinformowa∏o o utworzeniu cen-
trum rozwoju fotoniki z siedzibà w Richardson (Teksas) z za-
miarem przyciàgni´cia tam nowych firm.

Elementy prze∏àczajàce sygna∏y optyczne, spodziewane

w tym roku, znajdà zastosowanie w kolejnej generacji pro-
duktów DWDM. W przeciwieƒstwie do prze∏àcznic elektrycz-
nych, których rekonfiguracja wymaga od∏àczenia Êwiat∏owo-
dów, pozwolà one na ˝àdanie wprowadzaç do sieci lub z niej
wyprowadzaç fal´ wybranej d∏ugoÊci. Jednà z firm zajmujà-
cych si´ tà technologià jest Tellium – nowo powsta∏a firma
z New Jersey, która „wypàczkowa∏a” z Bell Communications
Research, by∏ej jednostki badawczej regionalnych kompanii
telefonicznych. Opracowano w niej optyczne urzàdzenie prze-
∏àczajàce, które do wpuszczania do Êwiat∏owodu lub usuwa-
nia z niego fal o 64 d∏ugoÊciach wykorzystuje dwa stany cie-
k∏ych kryszta∏ów.

Operatorzy sieci, na przyk∏ad Sprint i MCI, chcà czegoÊ wi´-

cej ni˝ podrasowany multiplekser. Interesowa∏by ich fotonicz-
ny odpowiednik prze∏àcznicy cyfrowej (digital cross-connect)
s∏u˝àcej setkom sygna∏ów wejÊciowych wchodzàcych do iden-
tycznej liczby kana∏ów wyjÊciowych. Dzisiejsze prze∏àcznice
cyfrowe wymagajà niestety, aby przesy∏ane siecià Êwiat∏owo-
dowà fale przekazujàce kilka gigabitów danych na sekund´
by∏y przetwarzane na wolniejsze sygna∏y elektroniczne.

MCI Worldcom z Jackson (Mis-

souri) zastosowa∏a jednà z pierw-
szych wersji prze∏àcznicy optycz-
nej do zabezpieczenia przed „syn-
dromem koparki”, czyli katastro-
falnym za∏amaniem us∏ug tele-
fonicznych na skutek przerwa-
nia Êwiat∏owodu. 24 prze∏àcznice
w jej sieci wyprodukowane przez
Astarté Fiber Networks z Boulder
(Kolorado) wykorzystujà do prze-
kierowywania sygna∏ów Êwietl-
nych z 72 w∏ókien wejÊciowych do
72 wyjÊciowych materia∏y piezo-
elektryczne. Umo˝liwia to natych-
miastowe odtworzenie po∏àczenia
w razie uszkodzenia w∏ókna.

Urzàdzenie to, b´dàce spad-

kiem po technologii stosowanej
w tajnych sieciach wojskowych,

jest z pewnoÊcià prze∏àcznicà „pierwszej generacji”. Astarté
i inni opracowujà elementy do prze∏àcznic optycznych,
które zapewni∏yby wi´kszà przepustowoÊç oraz zmniejszy-
∏y koszt i rozmiary produktu. Niektóre firmy myÊlà o matry-
cach tysi´cy mikroskopijnych lusterek, które niezale˝nie od
siebie przechyla∏yby i kierowa∏y wiàzk´ Êwiat∏a wybranà
drogà. Kierunek Êwiat∏a mo˝na by równie˝ zmieniaç dzi´-
ki oddzia∏ywaniu na pewne materia∏y polem elektrycznym
lub przepuszczaniu przez nie pràdu. W jeszcze innym roz-
wiàzaniu, zwanym termooptycznym, podgrzewanie pew-
nego polimeru blokuje Êwiat∏u wybranà drog´. „W ciàgu
kilku lat b´dziecie mogli obserwowaç prawdziwà batali´,
ale dzi´ki takiej konkurencji powstanà rozwiàzania prak-
tyczne” – mówi Alastair M. Glass, dyrektor dzia∏u fotoniki
w Lucent.

Pomimo odrodzenia fotoniki trudnoÊci optycznego prze∏à-

czania sygna∏ów optycznych sprawi∏y, ˝e niektóre firmy po-
stawi∏y na nowe prze∏àczniki elektroniczne – nadajàce si´ do
obs∏ugi kana∏ów o du˝ej przepustowoÊci. Nawet gdyby prze-
∏àcznice optyczne mia∏y si´ upowszechniç, to i tak specjali-
Êci od telekomunikacji widzà nadal zadanie dla elektronów:
b´dà one najprawdopodobniej musia∏y regenerowaç impul-
sy Êwiat∏a os∏abione po przebyciu du˝ych odleg∏oÊci oraz po-
s∏u˝à do Êledzenia pracy sieci. „Na razie nikt nie zna ca∏kowi-
cie optycznego sposobu okreÊlenia liczby przek∏amanych
bitów w sygnale Êwietlnym” – mówi Charles A. Brackett, kie-
rownik ds. technologicznych Tellium.

Perspektywa sieci terabitowych zacz´∏a jednak sk∏aniaç

do ponownej analizy funkcjonowania sieci. W laboratoriach
rozwa˝a si´ ide´ prze∏àczania ju˝ nie fal o ró˝nych d∏ugo-
Êciach, ale pojedynczych pakietów danych przesy∏anych sie-
ciami Êwiat∏owodowymi – zadanie to obecnie wykonujà sto-
sunkowo powolne prze∏àczniki elektroniczne. Europejskie
konsorcjum ACTS zademonstrowa∏o optyczny router, który
spe∏nia t´ funkcj´. „Urzàdzenie tego typu mo˝e kierowaç
i przesy∏aç dalej dane z wielu terabitowych wejÊç bez spo-
walniania transmisji” – twierdzi Daniel J. Blumenthal, profe-
sor elektroniki i technik komputerowych z University of Ca-
lifornia w Santa Barbara. Blumenthal w∏aÊnie opracowuje
router optyczny, który b´dzie przekazywa∏ pakiety, korzy-
stajàc z protoko∏u IP.

Obecnie optyczne prze∏àczanie pakietów jest nadal marze-

niem. Ale rynkowe ssanie, które zagrzewa do walki o bilion
bitów na sekund´, mo˝e przyczyniç si´ do przemiany labora-
toryjnych osobliwoÊci w produkt rynkowy.

Gary Stix

MIKROSKOPIJNE LUSTERKA –

kandydaci do prze∏àczania wielu fal

Êwietlnych o ró˝nej d∏ugoÊci.

LUCENT TECHNOLOGIES BELL LABORATORIES