TRIUMF

ÂWIAT¸A

BERND AUERS

Dzi´ki rozwojowi optyki Êwiat∏owodowej powstanà
sieci o niewyobra˝alnych mo˝liwoÊciach

Gary Stix, dziennikarz Scientific American

iosenki Britney Spears czy Fatboya Slima? Admi-
nistratorzy sieci w Kent State University nie zna-
li odpowiedzi na to pytanie. W lutym ub.r. wie-
dzieli tylko, ˝e Rockafeller Skank i setki innych
krà˝àcych w sieci przebojów wymiesza∏y si´ z elek-
tronicznà korespondencjà rektora i danymi z prac
na temat zastosowania in˝ynierii genetycznej w ba-

daniach bakterii E. coli. Komunikacja za poÊrednictwem sie-
ci uniwersyteckiej odbywa∏a si´ w ˝ó∏wim tempie i jedynym
sposobem poprawy by∏o zablokowanie dost´pu do Napste-
ra umo˝liwiajàcego wymian´ plików muzycznych.

Zapotrzebowanie na sieci o coraz wi´kszej wydajnoÊci

gwa∏townie roÊnie, a szaleƒstwo wokó∏ Napstera mo˝e ozna-
czaç przerwanie dopiero pierwszej tamy. Odwa˝ni inwesto-
rzy wyk∏adajà miliardy dolarów na technologie, majàce
odegnaç koszmarnà wizj´ wideoNapstera, który serwujàc
wszystko: od Narodzin narodu (Birth of a Nation) a˝ do Rocky IV,
zablokuje ca∏y Internet.

Wykresy prezentowane na konferencjach gromadzàcych

przedstawicieli przemys∏u wyjaÊniajà, dlaczego powódê
dopiero nadejdzie. WideoNapster to tylko jedna z hipotez.
Bilion bitów na sekund´ (takie jest aktualne obcià˝enie g∏ów-
nych magistrali Internetu) zaspokoi prawdopodobnie mniej
ni˝ jednà tysi´cznà przysz∏ych potrzeb. Wirtualna rzeczywi-
stoÊç mo˝e zalaç g∏ówne w´z∏y Internetu 10 petabitami na
sekund´, czyli strumieniem 10 tys. razy wi´kszym ni˝ dzi-
siaj. (Petabit to liczba bitów wyra˝ona jedynkà z 15 zerami.)
Komputery, które wzajemnie korzystajà ze swych mocy ob-
liczeniowych – taki proces nosi nazw´ metaobliczeƒ – bedà po-
trzebowaç 200 petabitów.

JeÊli ten scenariusz si´ urzeczywistni – a przypomnijmy,

˝e ludzie wkradajà si´ do wirtualnej rzeczywistoÊci od po-
nad 10 lat – jedynie Êwiat∏owody – szklane i plastikowe nit-
ki prowadzàce Êwiat∏o, rozs∏awione w telewizyjnych rekla-
mach – mogà temu sprostaç. ¸àcza Êwiat∏owodowe sà setki
tysi´cy razy pojemniejsze od kana∏ów transmisji nadajników
mikrofalowych, czy satelitarnych – swych najgroêniejszych
rywali w dziedzinie ∏àcznoÊci o dalekim zasi´gu. Jak ktoÊ ˝ar-
tobliwie stwierdzi∏, jedynà alternatywnà technologià o po-
równywalnych mo˝liwoÊciach jest ci´˝arówka wype∏niona
taÊmami magnetowidowymi.

WyÊcig o zwi´kszenie udzia∏u Êwiat∏owodów w Êwiato-

wej sieci telekomunikacyjnej ju˝ si´ rozpoczà∏. Codziennie
instalowane sà nowe wiàzki o d∏ugoÊci wystarczajàcej do
trzykrotnego opasania Ziemi. JeÊli technika Êwiat∏owodowa
b´dzie nadal si´ rozwijaç, za 10 lat mo˝liwoÊci transmisyjne
pojedynczego w∏ókna mogà osiàgnàç dziesiàtki lub setki te-
rabitów na sekund´, a niektórzy technolodzy utopiÊci przewi-
dujà przekroczenie magicznej granicy petabitu. B´dzie to jed-
nak wymagaç zasadniczego prze∏omu i rozwoju technologii,
które sà teraz raczej na etapie badaƒ prowadzonych w labo-
ratoriach fizycznych, a nie rozwiàzaƒ umo˝liwiajàcych wytwa-
rzanie modu∏ów gotowych do zastosowania w centralach ob-
s∏ugujàcych sieç telefonicznà i informatycznà.

Nowe technologie fotoniczne, które polegajà na wykorzy-

staniu fal Êwietlnych zamiast elektronów do przetwarzania sy-
gna∏ów, zastàpià obecne elektroniczne uk∏ady komutujàce.
Strumieƒ danych p∏ynàcy w najszybszych sieciach – oko∏o
10 Gb/s – ju˝ grozi zad∏awieniem uk∏adów przetwarzajàcych
i pami´ci mikroprocesorów w istniejàcych centralach. Gdy
sieci stajà si´ szybsze ni˝ procesory, cena po∏àczenia elektro-
niki i optyki gwa∏townie roÊnie. Gigabitowy potok niesiony

falà Êwietlnà musi byç podzielony na wolniej p∏ynàce stru-
mienie danych przetwarzane elektronicznie, a potem znowu
uformowany w szybko p∏ynàcà rzek´ bitów. Urzàdzenia za-
mieniajàce sygna∏ Êwietlny na elektryczny i z powrotem elek-
tryczny na Êwietlny nie tylko spowalniajà ruch na tej super-
magistrali, ale tak˝e ogromnie podnoszà jej cen´.

Podczas gdy projektanci sieci starajà si´ zapobiec przecià-

˝eniu systemu, setki du˝ych i ma∏ych firm dà˝à do stwo-
rzenia sieci wykorzystujàcych pe∏ne pasmo przenoszenia
Êwiat∏owodów do transmisji, mieszania, wzmacniania i prze-
∏àczania fal Êwietlnych bez poÊrednictwa elektroniki. Fotoni-
ka jest na etapie, na którym elektronika by∏a 30 lat temu –
rozwoju i integracji podstawowych obwodów w wi´ksze
uk∏ady i systemy. Pojawi∏ si´ kapita∏ wspierajàcy te wysi∏ki.
W ciàgu pierwszych dziewi´ciu miesi´cy 2000 roku wartoÊç
rynku sieci optycznych osiàgn´∏a 3.4 mld dolarów, w porów-
naniu z 1.5 mld w ca∏ym 1999 roku, lecz obecnie tempo wzro-
stu zmala∏o. Gie∏dowy sukces takich firm, jak dostarczajàcej
podzespo∏y JDS Uniphase, wynika cz´Êciowo z przekonania,
˝e zintegrowana fotonika mo˝e uczyniç z nich drugi Intel.

Porównanie techniki Êwiat∏owodowej z konwencjonalnà

elektronikà pokazuje, ˝e inwestycje w komunikacj´ optycznà
przynoszà wi´ksze zyski. Koszt przes∏ania jednego bitu ma-
leje o po∏ow´ co dziewi´ç miesi´cy, w porównaniu z 18 mie-

siàcami potrzebnymi do podwojenia upakowania tranzysto-
rów w uk∏adach scalonych (ta ostatnia zale˝noÊç jest znana
jako s∏ynne prawo Moore’a). „Dzi´ki niezwyk∏emu zwi´k-
szeniu pojemnoÊci i rozpowszechnieniu systemów Êwiat∏o-
wodowych dzier˝awa kana∏u transmisyjnego stanie si´ bardzo
tania” – przewiduje A. Arun Netravali, szef Bell Laborato-
ries w Lucent Technologies, w jednym z ostatnich numerów
Bell Labs Technical Journal.

Podobne prognozy o niemal darmowych êród∏ach energii

omal nie zrujnowa∏y kiedyÊ energetyki jàdrowej. Przysz∏oÊç
szerokopasmowych sieci, w których pe∏nometra˝owy film
b´dzie przesy∏any tak ∏atwo, jak zwyk∏y list, wcià˝ nie jest
pewna. Firmy telekomunikacyjne i kompanie medialne roz-

Â

WIAT

N

AUKI

Marzec 2001 59

ÂWIAT¸OWODEM

wyprodukowanym przez Enkido, powsta∏à niedaw-

no firm´ Nayela Shafeia, przep∏ywa w ciàgu sekundy 40 mld bitów.

EfektywnoÊç w stosunku do nak∏adó

w

Lata

0

1

2

3

4

5

¸àcza optyczne

(bity na sekund´)

Pami´ci cyfrowe

(bity na cm

2

)

Krzemowe uk∏ady scalone

(liczba tranzystorów)

Czas podwojenia efektywnoÊci

(miesiàce)

9 12

18

TECHNIKA ÂWIAT¸OWODOWA

rozwija si´ najszybciej. Co dziewi´ç

miesi´cy podwaja si´ szybkoÊç przesy∏ania bitów (miara efektywno-
Êci dzia∏ania Êwiat∏owodów) podzielona przez wielkoÊç nak∏adów za-
inwestowanych w rozwój. Dla porównania: zgodnie z tzw. prawem
Moore’a, czas podwojenia g´stoÊci upakowania tranzystorów w uk∏a-
dach scalonych jest równy 18 miesi´cy. W ciàgu pi´ciu lat techno-
logia Êwiat∏owodowa zdystansuje uk∏ady scalone i pami´ci cyfrowe.

CLEO VILETT; êród∏o VINOD KHOSLA

Kleiner Perkins Caufield & Byers

P

pocz´∏y przygotowania do cyfrowego
przetwarzania i przesy∏ania siecià pro-
gramów ju˝ 10 lat temu. Pi´çset progra-
mów. Filmy na ˝yczenie. Wcià˝ na to
czekamy. W tym czasie Internet, trak-
towany poczàtkowo jako techniczna cie-
kawostka dla rzàdu i uczniów, prze-
kszta∏ci∏ si´ w sieç, która zaw∏adn´∏a
Êwiatem. Poczta elektroniczna i strony
internetowe pokona∏y Mela Gibsona
i Cary’ego Granta.

I sta∏o si´ Êwiat∏o

Marzenia o systemie transmisyjnym

o nieograniczonej szerokoÊci pasma –
podstawa rozwa˝aƒ na temat wirtual-
nej rzeczywistoÊci i us∏ug wideo o wy-
sokiej jakoÊci, dost´pnych za poÊrednic-
twem sieci – sà doÊç niedawne. W 1977
roku, w czasach rozkwitu minikompu-
terów i poczàtków komputerów osobi-
stych koncerny AT&T i GTE rozpocz´-
∏y komercyjnà eksploatacj´ pierwszej
sieci zbudowanej z w∏ókien optycznych.
W∏ókno zbudowane jest ze szklanego
rdzenia i otaczajàcego go p∏aszcza.
Rdzeƒ i p∏aszcz zrobione sà z materia-
∏ów o bardzo precyzyjnie dobranych
wspó∏czynnikach za∏amania (wspó∏-
czynnik za∏amania okreÊla zdolnoÊç
substancji do zmiany kierunku promie-
nia Êwiat∏a), dzi´ki czemu fotony podà-
˝ajàce wzd∏u˝ rdzenia zawsze odbijajà
si´ od wewn´trznej powierzchni p∏asz-
cza. Jedyne miejsca, przez które Êwia-
t∏o mo˝e wejÊç do Êwiat∏owodu i wyjÊç
z niego, to jego koƒce. Aby zrozumieç
fizyk´ zjawisk zwiàzanych z dzia∏aniem
Êwiat∏owodu, wyobraêmy sobie, ˝e pa-

trzymy w g∏àb basenu z wodà o nieru-
chomej powierzchni. Gdy spojrzymy
prosto w dó∏, zobaczymy dno basenu.
Patrzàc pod kàtem bliskim powierzch-
ni, ujrzymy jedynie Êwiat∏o od niej od-
bite. Informacja wchodzi do Êwiat∏owo-
du, gdy urzàdzenie kodujàce przetwo-
rzy jà na sygna∏ Êwietlny. Nadajnik –
dioda Êwiecàca albo laser – wysy∏a Êwia-
t∏owodem fal´ o d∏ugoÊci z zakresu
1200–1600 nm.

JakoÊç stosowanych dziÊ Êwiat∏owo-

dów jest tak wysoka, ˝e Êwiat∏o mo˝na
przes∏aç nimi na odleg∏oÊç niemal 80 km
bez koniecznoÊci jego wzmocnienia. Ale
w koƒcu trzeba to zrobiç. Kolejny wa˝-
ny krok do utworzenia sieci zbudowa-
nej wy∏àcznie z elementów optycznych
zrobiono na poczàtku lat dziewi´çdzie-
siàtych, w czasach zdumiewajàcego po-
st´pu technicznego. Wtedy w∏aÊnie elek-
tronika s∏u˝àca do wzmacniania sygna-
∏ów zosta∏a zastàpiona odcinkami w∏ó-
kien zawierajàcych jony erbu – pier-
wiastka ziem rzadkich. JeÊli Êwiat∏owód
domieszkowany erbem pobudzany jest
pompujàcym laserem, wówczas wzbu-
dzone jony mogà zregenerowaç zanika-
jàcy sygna∏. Takie wzmacniacze sta∏y
si´ czymÊ znacznie wi´cej ni˝ zwyk∏ymi
akcesoriami techniki Êwiat∏owodowej.
Wzmacniajà sygna∏ optyczny, nie za-
mieniajàc go na elektryczny, i sà bardzo
szybkie – umo˝liwiajà regeneracj´ dzie-
siàtek gigabitów na sekund´. No i po-
trafià wpompowaç moc jednoczeÊnie
w sygna∏y o ró˝nych d∏ugoÊciach fali.

ZdolnoÊç do przesy∏ania fal o ró˝nej

d∏ugoÊci umo˝liwi∏a rozwój techniki,
która stymuluje oszala∏e inwestowanie

w rozwój firm zajmujàcych si´ sieciami
optycznymi. Gdy wiadomo ju˝, jak
wzmacniaç „wielobarwne” pakiety,
trzeba teraz wt∏oczyç w Êwiat∏owód jak
najwi´cej ró˝nych fal niosàcych mo˝li-
wie du˝o informacji. Technika, którà si´
w tym celu stosuje, ma ju˝ swojà nazw´
– zwielokrotnianie z podzia∏em d∏ugo-
Êci fali o du˝ej g´stoÊci (DWDM – den-
se wavelength division multiplexing) –
skrót ten sta∏ si´ codziennoÊcià teleko-
munikacyjnego ˝argonu.

Technika DWDM spowodowa∏a gwa∏-

towne poszerzenie pasma przenoszenia.
Dzi´ki niej pojemnoÊç Êwiat∏owodu
zwi´ksza si´ wraz z liczbà fal, z których
ka˝da przenosi tyle samo lub wi´cej da-
nych, co sieci optyczne poprzedniej gene-
racji. Mo˝na dziÊ przes∏aç jednym w∏ók-
nem jednoczeÊnie 160 fal o ró˝nych
d∏ugoÊciach, uzyskujàc przepustowoÊç
400 Gb/s. Wszystkie du˝e firmy teleko-
munikacyjne rozwijajà technik´ DWDM,
powi´kszajàc pojemnoÊç Êwiat∏owodów
ju˝ zainstalowanych. Modernizacja kosz-
tuje mniej ni˝ po∏ow´ ceny po∏o˝enia no-
wego kabla, a pod∏àczenie nowych urzà-
dzeƒ trwa znacznie krócej ni˝ kopanie
kana∏ów.

Tymczasem w laboratoriach prowa-

dzone sà badania, których celem jest
maksymalne wykorzystanie w∏ókna
– wprowadzenie w nie dziesiàtek fal
o ró˝nych d∏ugoÊciach, ka˝da modulo-
wana strumieniem co najmniej 40 Gb/s,
co daje szybkoÊç przesy∏ania rz´du te-
rabitów na sekund´. (Firma Enkido za-
instalowa∏a ju˝ ∏àcze umo˝liwiajàce
transmisj´ 40 Gb/s za pomocà jednej
fali.) PrzepustowoÊç Êwiat∏owodów

60 Â

WIAT

N

AUKI

Marzec 2001

MULTIPLEKSER

WZMACNIACZ OPTYCZNY

SIECI OPTYCZNE b´dà mieszaç, wzmacniaç, prze∏àczaç i regenerowaç sygna∏y optyczne bez przetwarza-
nia ich na sygna∏y elektryczne. Multiplekser DWDM skieruje fale o ró˝nej d∏ugoÊci w pojedyncze w∏ók-
no. Wzmacniacz optyczny wzmocni sygna∏. Optyczny prze∏àcznik b´dzie przekierowywa∏ fale o ró˝nej d∏u-

Schemat sieci optycznej

LAURIE GRACE

wcià˝ b´dzie rosnàç i mo˝e osiàgnàç
nawet 300–400 Tb/s, a dzi´ki no-
wym rozwiàzaniom technicznym zosta-
nie byç mo˝e przekroczona bariera
1 Pb/s.

Sieç telekomunikacyjna nie jest jed-

nak zbudowana tylko z linii ∏àczàcych
punkt A z punktem B – potrzebne sà
tak˝e prze∏àczniki kierujàce potok cyfro-
wych danych do w∏aÊciwego odbiorcy.
Linie przesy∏owe o ogromnej pojemno-
Êci, testowane obecnie w laboratoriach,
nie spe∏nià swej roli, jeÊli sterowanie
promieniami Êwiat∏a odbywaç si´ b´-
dzie za pomocà konwencjonalnych
prze∏àczników elektronicznych. W ta-
kim przypadku terabitowy strumieƒ
trzeba najpierw przekszta∏ciç na dzie-
siàtki albo setki sygna∏ów elektrycznych,
przetworzyç je w wolniejszych urzà-
dzeniach elektronicznych i nast´pnie
pogrupowaç, zamieniç ponownie na
Êwiat∏o i skierowaç do odpowiednich
Êwiat∏owodów.

Koszt i stopieƒ komplikacji prze∏àcz-

ników elektronicznych sà przyczynà
ostrej walki o znalezienie sposobu stero-
wania cz´Êcià sygna∏u o wybranej d∏u-
goÊci fali albo ca∏ym sygna∏em Êwietl-
nym bez koniecznoÊci stosowania
przetworników optoelektronicznych.
Zespo∏y badawcze, których miejscem
pracy sà cz´sto ma∏e, przypadkowe po-
mieszczenia, próbujà wynaleêç prze-
∏àczniki optyczne, ˝onglujàc mikrosko-
pijnymi lustrami, ciek∏ymi kryszta∏ami
i szybkimi laserami [patrz: „Narodziny
komutacji optycznej”, strona 64].

Ca∏kowicie optyczne sieci b´dà si´

jednak istotnie ró˝niç od istniejàcych,

w których steruje si´ pojedynczymi
paczkami bitów, takich jak pakiety IP
przesy∏ane przez Internet. Odczytanie
adresu odbiorcy pakietu przez uk∏ady
elektroniczne serwerów lub du˝ych cen-
trali telefonicznych jest ∏atwe. Proceso-
ry fotonowe, które sà na takim etapie
rozwoju jak elektronika w latach szeÊç-
dziesiàtych, mogà na razie odczytywaç
zawartoÊç pakietu tylko w warunkach
laboratoryjnych.

Prze∏àczniki optyczne zdobywajà ry-

nek, który kiedyÊ w podobny sposób
opanowa∏y urzàdzenia elektroniczne.
B´dà one prze∏àcza∏y fal´ o wybranej
d∏ugoÊci lub ca∏y ich zestaw z jednej ma-
gistrali do drugiej, nie zaburzajàc prze-
sy∏anego sygna∏u. Impuls elektryczny
ustawi prze∏àcznik we w∏aÊciwym po∏o-
˝eniu, tak ˝e sygna∏ ze Êwiat∏owodu
wejÊciowego – ca∏y albo jego cz´Êç prze-
noszona przez fal´ o wybranej d∏ugoÊci
– zostanie skierowany do Êwiat∏owodu
wyjÊciowego. Ale samo przekierowanie
odb´dzie si´ bez poÊredniego etapu ob-
róbki elektronicznej sygna∏u.

Optyczne prze∏àczanie obwodów to

dopiero poczàtek. Wraz ze wzrostem
szybkoÊci dzia∏ania sieci firmy teleko-
munikacyjne mogà za˝àdaç wynale-
zienia prze∏àczników sterujàcych in-
dywidualnymi pakietami za pomocà
optycznych procesorów. By∏oby to uko-
ronowaniem techniki sieci z∏o˝onych
wy∏àcznie z elementów optycznych
[patrz: „Pakiety pod nadzorem Êwia-
t∏a”, strona 70].

Mimo rozwoju techniki optycznego

prze∏àczania pakiety na koƒcach sieci
optycznej, w pobli˝u miejsca nadania

lub przeznaczenia, muszà byç wcià˝
jeszcze odczytywane i kierowane przez
lokalnà sieç telekomunikacyjnà. Na ra-
zie wykonanie tego ciàgle jest zadaniem
elektronicznych ruterów produkowa-
nych na przyk∏ad przez firm´ Cisco Sys-
tems. Jednak aby post´powa∏ rozwój sie-
ci optycznych, konieczne b´dà zmiany
sposobu projektowania sieci. Prze∏à-
czanie optyczne mo˝e doprowadziç do
zarzucenia technologii Êwiat∏owodo-
wych opartych na wszechobecnym stan-
dardzie komunikacyjnym SONET (Syn-
chronous Optical Network – Synchro-
nicznej Sieci Âwiat∏owodowej), w któ-
rym do konwersji i przetwarzania po-
jedynczych pakietów wykorzystuje si´
uk∏ady elektroniczne. Towarzyszyç te-
mu mo˝e stopniowa eliminacja innego
standardu telefonicznego – ATM (Asyn-
chronous Transfer Mode – Przesy∏ania
Asynchronicznego) – stosowanego do
formowania pakietów.

W tym nowym Êwiecie ka˝dy sygna∏

– g∏os, obraz czy dane – b´dzie poru-
szaç si´ w postaci pakietu zgodnego
z protoko∏em internetowym IP. Cel,
o którym mówi si´ w telekomunikacji
od co najmniej 20 lat – pe∏na integracja
przesy∏ania i przetwarzania g∏osu, ob-
razu i danych – zostanie osiàgni´ty. „To
b´dzie sieç przekazujàca dane, a wszyst-
ko inne – g∏os czy obraz – b´dà przeka-
zywane jako aplikacje” – mówi Robert
W. Lucky, wieloletni obserwator rynku
telekomunikacyjnego, kierujàcy bada-
niami firmy Telcordia zajmujàcej si´ roz-
wojem technologii.

Gdy zadzwonisz do domu, rozmo-

wa mo˝e byç przekazywana w formie

Â

WIAT

N

AUKI

Marzec 2001 61

PRZE¸ÑCZNIKI

OPTYCZNE

REGENERATOR OPTYCZNY

DEMULTIPLEKSER

goÊci, a wzmacniacz optyczny, pe∏niàcy rol´ regeneratora, przywróci w∏aÊciwy kszta∏t i relacje czasowe
impulsów. Demultiplekser rozdzieli fale o ró˝nych d∏ugoÊciach i przeÊle rozmowy telefoniczne, kompu-
terowe dane czy sygna∏y wideo do w∏aÊciwych adresatów.

cyfrowych pakietów poruszajàcych si´
w sieci o gigabitowej przepustowoÊci –
superinfostradzie w porównaniu ze
zwyk∏ymi sieciami lokalnymi LAN. Gi-
gabitowy Ethernet mo˝e z kolei wyko-
rzystywaç multipleksowany Êwiat∏o-
wód. Krytycy tego rozwiàzania wàtpià
jednak, czy jakoÊç dzia∏ania sieci b´dzie
taka, jak po∏àczeƒ realizowanych w
standardzie ATM i SONET, i czy w
przypadku przerwania w∏ókna mo˝li-

we jest automatyczne skierowanie sy-
gna∏ów na inne ∏àcza.

˚ycie jednak b´dzie ∏atwiejsze. Sieç

telefoniczna stanie si´ jednà du˝à siecià
lokalnà. B´dzie mo˝na po prostu zain-
stalowaç kart´ sieciowà w komputerze,
telefonie lub telewizorze, co jest znacz-
nie taƒsze i zajmuje mniej czasu ni˝ pod-
∏àczanie nowych urzàdzeƒ pracujàcych
w standardzie SONET. Niektóre firmy
ju˝ przygotowujà si´ na dzieƒ, gdy za-

triumfuje standard przesy∏ania danych
stosowany obecnie w Internecie. Na
przyk∏ad Level 3 Communications z
Denver zainstalowa∏a w USA i innych
krajach mi´dzynarodowà sieç Êwiat∏o-
wodowà o d∏ugoÊci niemal 40 000 km.
Chocia˝ sieç wcià˝ wykorzystuje stan-
dard SONET, dyrektor firmy James Q.
Crowe przewiduje, ˝e nadejdzie dzieƒ,
gdy kosztowne dziedzictwo sieci g∏o-
sowych rozpadnie si´ w py∏. „Pozosta-
nie tylko Internet, karty sieciowe i opty-
ka” – twierdzi.

Âwiat∏owody w domu

Nawet jeÊli projektanci sieci mogà

ograniczyç liczb´ standardów, która po-
wa˝nie cià˝y nad dzisiejszymi roz-
wiàzaniami, to muszà stawiç czo∏o „pro-
blemowi ostatniego kilometra” –
doprowadzenia Êwiat∏owodu z sieci do
pokoju z telewizorem lub domowego
biura [patrz:

RAPORT SPECJALNY

„In-

ternet – pod strzechy!”; Âwiat Nauki, ma-
rzec 2000]. Niektóre firmy budowlane,
przewidujàc czasy, gdy koƒcówka Êwia-
t∏owodu b´dzie zwyk∏ym elementem
wyposa˝enia mieszkania, ju˝ przygoto-
wujà projekty uwzgl´dniajàce instala-
cje w∏ókien optycznych. Ale problem
kosztów pojawia si´ w ka˝dej dyskusji
o doprowadzaniu Êwiat∏owodu do do-
mów. Zastosowanie zaawansowanych
technik optycznych, jak DWDM, w lo-
kalnych sieciach telefonicznych by∏o
do niedawna zbyt drogie. Monta˝ cen-
trali ∏àczàcej magistral´ Êwiat∏owo-
dowà z poszczególnymi odbiorcami
wcià˝ kosztuje zbyt du˝o – po 1500 do-
larów za lini´ – by znalaz∏o si´ dosta-
tecznie wielu ch´tnych. Wi´kszoÊç za-
dowala si´ ∏àczami megabitowymi. Nie
jest wi´c jasne, kiedy przeci´tny oby-
watel b´dzie potrzebowaç gigabitów,
aby zamiast podnieÊç s∏uchawk´ tele-
fonu, przes∏aç sàsiadowi swój hologra-
ficzny wizerunek.

In˝ynierowie, ws∏uchujàc si´ w ma-

giczne „Pomó˝ mi, Obi-Wan Kenobi”,
stojà przed problemami technicznymi,
które muszà pokonaç, zanim jednolite
sieci optyczne si´ rozpowszechnià. Weê-
my taki przyk∏ad: mimo zastosowania
optycznych prze∏àczników sieci nie obej-
dà si´ bez elektroniki. Mniej wi´cej co
160 km sygna∏ optyczny musi byç za-
mieniony z powrotem na elektryczny
w celu odtworzenia kszta∏tu i zale˝no-
Êci czasowych impulsów przenoszonych
przez poszczególne fale.

Wojn´ elektronicznemu rywalowi

wypowiedzieli tak˝e producenci. Do-
stawcy, na przyk∏ad JDS Uniphase,
opracowujà metody budowy modu∏ów,
w których sk∏ad wchodzà lasery, Êwia-

62 Â

WIAT

N

AUKI

Marzec 2001

G¸OS

DANE

(DSL LUB KABEL)

SIECI SONET

DANE

(LINIA T1)

MULTIPLEKSER SONET

G¸OS

MI¢DZYMIASTOWE

STREFOWE

LOKALNE

G¸OS I DANE

PRZE¸ÑCZNIK OPTYCZNY

G¸OS I DANE

WE WSPÓ¸CZESNYCH SIECIACH

g∏os i sygna∏y cyfrowe sà oddzielnie przetwarzane przez

uk∏ady elektroniczne, a niezawodnoÊç dzia∏ania gwarantuje standard SONET: w przypadku
przeci´cia linii sygna∏y przekazywane sà drugà cz´Êcià pierÊcienia. Multiplekser dzia∏ajàcy
wed∏ug tego standardu kieruje sygna∏y wzd∏u˝ pierÊcienia.

W PRZYSZ¸YCH SIECIACH

sygna∏y b´dà przesy∏ane w∏óknami optycznymi, a wykorzystanie

oczek sieci internetowej pozwoli wybraç jednà z wielu dróg: gdy linia zostanie przerwana,
sygna∏y mogà byç przesy∏ane innymi drogami. Prze∏àczniki optyczne b´dà zasadniczymi
elementami takich sieci.

LAURIE GRACE

DziÊ i jutro sieci

t∏owody, filtry i siatki dyfrakcyjne (roz-
dzielajàce Êwiat∏o na fale o ró˝nych d∏u-
goÊciach). Konstrukcja fotonowych ob-
wodów scalonych jest trudna. Fotony,
w odró˝nieniu od elektronów, nie nio-
sà ∏adunku. Nie ma wi´c optycznych
kondensatorów, które mo˝na bez koƒ-
ca ∏adowaç i roz∏adowywaç. Co wi´cej,
trudno zbudowaç uk∏ady optyczne tak
ma∏e, jak elektroniczne, poniewa˝ d∏u-
goÊç fali Êwietlnej w Êwiat∏owodach jest
bliska 1.5 µm, co okreÊla dolnà granic´
wymiarów obwodu. Elementy uk∏adów
elektronicznych zmala∏y do tych roz-
miarów ponad 10 lat temu.

Dobrà wiadomoÊcià jest, ˝e ma∏e i du-

˝e firmy usi∏ujà rozwiàzywaç takie pro-
blemy, jak odtworzenie sygna∏u, i znaj-
dujà si´ pieniàdze na finansowanie tych
badaƒ. O dzia∏alnoÊci tej du˝o si´ mówi
– jak o poznaniu ludzkiego genomu
i przed laty inwazji firm komercyjnych
w Internecie. Malutkie firmy dzia∏ajà sa-
modzielnie, dopóki nie udowodnià, ˝e
sà w stanie spe∏niç pok∏adane w nich na-
dzieje, po czym zostajà wykupione przez
giganty, jak Nortel, Cisco lub Lucent.

„To ob∏´d – mówi Alastair M. Glass,

dyrektor dzia∏u fotoniki w koncernie
Lucent. – Ludzie wyskakujà z najg∏up-
szymi pomys∏ami, dostajà pieniàdze na
ich realizacj´ i nigdy nie wytwarzajà
˝adnego produktu. Firmy kupujà po-
tem tych ludzi za ogromne pieniàdze,
bo nie majà w∏asnych fachowców. Ni-
gdy tak przedtem nie by∏o. Czasem ku-
puje si´ technologi´, a czasem nie wia-
domo nawet co.” Od pomys∏u do
realizacji wiedzie krótka droga: opubli-
kowany w Science w 1998 roku artyku∏
o „doskona∏ym lustrze” dielektrycznym,
odbijajàcym Êwiat∏o pod dowolnym kà-
tem z ma∏ymi stratami energii, by∏ im-
pulsem do za∏o˝enia firmy, która zamie-
rza wyprodukowaç pusty w Êrodku
Êwiat∏owód, pokryty wewnàtrz takim

reflektorem. Przedstawiciel firmy twier-
dzi, ˝e takie w∏ókno mo˝e zwi´kszyç
przepustowoÊç tysiàckrotnie.

Czy ktoÊ przyjdzie?

Czym skoƒczy si´ ha∏as wokó∏ sze-

rokoÊci pasma transmisyjnego? Zgodnie
z prognozà firmy Lucent, dalszy szybki
rozwój sieci spowoduje, ˝e do roku 2010
Êwiat b´dzie dysponowa∏ wystarczajàco
du˝à pojemnoÊcià sieci, by obdarowaç
ka˝dego m´˝czyzn´, kobiet´ i dziecko
od San Jose do Sri Lanki ∏àczem o prze-
pustowoÊci 100 Mb/s. Wystarczy to do
transmisji kilkudziesi´ciu przekazów wi-
deo lub kilku programów telewizyjnych
o wysokiej rozdzielczoÊci. Ale czy ka˝-
dy cz∏onek plemienia Kung na pustyni
Kalahari naprawd´ chce oglàdaç na raz
wi´cej ni˝ jednà kopi´ filmu The Gods
Must Be Crazy?

Pomimo oszacowaƒ wskazujàcych,

˝e iloÊç informacji przesy∏anych przez
Internet podwaja si´ co kilka miesi´cy,
niektórzy nie sà pewni, czy staniemy
przed problemem nieskoƒczonego za-
potrzebowania na nieskoƒczenie szero-
kie pasmo. Adventis, firma konsultin-
gowa z Bostonu, przewiduje, ˝e do 2004
roku tylko 15–20% prywatnych u˝yt-
kowników Internetu uzyska dost´p do
szerokopasmowej transmisji danych za
poÊrednictwem modemów albo linii
dzier˝awionych. Co wi´cej, przechowy-
wanie rozbudowanych stron interneto-
wych na lokalnych serwerach zmniej-
szy obcià˝enie Sieci. Wed∏ug tych
samych przewidywaƒ, 40% mo˝liwoÊci
istniejàcych sieci Êwiat∏owodowych
w USA i 65% w Europie b´dzie nie wy-
korzystanych. Z kolei obni˝enie cen wy-
wo∏ane s∏abnàcym zainteresowaniem
mog∏oby o˝ywiç koniunktur´ i dopro-
wadziç do rozwoju tego rynku. Nie
wszyscy jednak spodziewajà si´ zapo-

trzebowania przekraczajàcego mo˝li-
woÊci sieci.

Terabitowe czy petabitowe ∏àcza

powstanà prawdopodobnie dopiero
wtedy, kiedy pojawi si´ nieznana dziÊ
jeszcze potrzeba u˝ycia tak szerokopa-
smowej sieci. Podobnie jak Internet –
pierwotnie sieç, która mia∏a pomóc fi-
zykom w wymianie informacji o czàst-
kach elementarnych – pomys∏ taki nie
pojawi si´ w wielkiej korporacji zainte-
resowanej roz∏adowaniem t∏oku w sie-
ci przetwarzajàcej wirtualnà rzeczywi-
stoÊç. Vinod Khosla, finansista z Kleiner
Perkins Caufield & Byers, mówi o ko-
rzyÊciach z projektu po∏àczenia kompu-
terów, które stojà obok siebie albo sà
rozrzucone na ca∏ym Êwiecie. Metakom-
puter mo˝e odtwarzaç przebój Britney
Spears lub Fatboya Slima albo przedzie-
raç si´ przez dane z radioteleskopu
w poszukiwaniu pozaziemskiego ˝ycia.
Khosla widzi wielki zysk w zastosowa-
niu obliczeƒ prowadzonych za poÊred-
nictwem Sieci w biznesie, gdy kompu-
tery pracujà wspólnie nad, powiedzmy,
aerodynamikà tysiàcosobowego pasa-
˝erskiego samolotu odrzutowego.

Tak wi´c wysi∏ki, aby odbieraç sygna-

∏y niesione przez fale radiowe od mi-
liardów miliardów galaktyk mogà pod-
sunàç pomys∏ na to, co mo˝na zrobiç
z siecià pulsujàcà miliardy miliardów
razy na sekund´.

T∏umaczy∏

Jerzy ¸usakowski

Â

WIAT

N

AUKI

Marzec 2001 63

Literatura uzupe∏niajàca

OPTOELEKTRONIKA I TECHNIKA ÂWIAT¸OWODOWA

.

J. E. Midwinter, Y. L. Guo; WKi¸, Warszawa,
1995.

WST¢P DO WSPÓ¸CZESNEJ TELEKOMUNIKACJI

ÂWIAT¸OWODOWEJ

. Jerzy Siuzdak; WKi¸ War-

szawa, 1999.

Dane o nowych technologiach i firmach za-

anga˝owanych w technologi´ Êwiat∏owodo-
wà mo˝na znaleêç pod adresem: www.ligh-
treading.com.

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Rok

Maksymalne
zapotrzebowanie

WydajnoÊç
transmisji

Te

rabity na sekund´

100

60

20

80

40

0

Przewidywane poda˝ i popyt na wydajnoÊç sieci
Êwiat∏owodowych w Stanach Zjednoczonych

Zastosowania

SzerokoÊç pasma

(Tb/s)

Wirtualna rzeczywistoÊç

Metaobliczenia

Internetowi agenci

1000–10 000

30 000–70 000

50 000–200 000

50 000–200 000

Spodziewane zapotrzebowanie na szerokoÊç pasma

1 terabit to 10

12

bitów

Trójwymiarowa
holografia/teleportacja

BADANIA RYNKU

przeprowadzone przez Adventis ujawniajà nadwy˝k´ mo˝liwoÊci transmisyjnych rdzenia sieci Êwiat∏owodowych – ∏àczy

o najwi´kszej przepustowoÊci – nad zapotrzebowaniem. Corning, producent Êwiat∏owodów, zaznacza jednak, ˝e nowe zastosowania, ta-
kie jak wirtualna rzeczywistoÊç i metaobliczenia, mogà spowodowaç ogromny wzrost popytu.

CLEO VILETT

èRÓD∏O: ADVENTIS

èRÓD¸O: CORNING