Najważniejsze wiadomości - Sieci szerokopasmowe: potencjał drzemiący w bardziej pojemnych łączach
Jeśli wyobrazimy sobie Internet jako miliardy rurociągów, przez które na całym świecie przepływają fragmenty informacji, to łatwo wywnioskować, że im więcej informacji próbujemy "przepompować" przez te rurociągi, tym większe jest prawdopodobieństwo pojawienia się niedrożności kanałów przesyłowych lub też powstawania zatorów komunikacyjnych. Wraz z przemianą Internetu z prostej sieci współdzielenia dokumentów w system komunikacyjny, złożony z miliardów komputerów, czujników i obiektów (tzw. Internet przedmiotów), będziemy potrzebować "rurociągów" o dużej przepustowości, by móc obsłużyć tak ogromne natężenie ruchu. W technologiach informacyjno-komunikacyjnych (TIK) Internet szerokopasmowy stanowi odpowiednik takich właśnie, pojemnych rurociągów. By w pełni wykorzystać możliwości sieci WWW Europa inwestuje w technologie cyfrowe, pozwalające w sposób trans graniczny łączyć ze sobą obywateli oraz komputery, co zapewnia szereg korzyści. Celem Strategii Cyfrowej dla Europy ('Digital Agenda for Europe') jest udostępnienie każdemu obywatelowi łącza o przepustowości co najmniej 30 megabitów na sekundę (Mbps) przed rokiem 2012, natomiast połowa europejskich gospodarstw domowych powinna posiadać dostęp do Internetu o przepustowości co najmniej 100 Mbps przed rokiem 2020. Niestety z wyzwaniem tym wiąże się szereg przeszkód, które spowalniają proces wdrażania szerokopasmowego dostępu do Internetu na obszarze Europy, takich jak wysokie koszty inwestycji związane z modernizacją lub budową niezbędnej infrastruktury. Szacuje się, że nawet 80 % całkowitych kosztów inwestycyjnych, związanych z zapewnianiem szerokopasmowego dostępu do Internetu, stanowią nakłady ponoszone na budowę odpowiedniej infrastruktury. "Koszty są tak wysokie, gdyż projekty budowlane nie są odpowiednio koordynowane, istniejąca infrastruktura nie jest wykorzystywana w wystarczającym stopniu, a ponadto brakuje współpracy pomiędzy poszczególnymi podmiotami", twierdzi Komisja Europejska. Przykładowo, przedsiębiorstwa wodociągowe, energetyczne oraz kolejowe posiadają często własną infrastrukturę i realizują prace ziemne nie koordynując ich z operatorami telekomunikacyjnymi. Do 12 lipca 2012 roku Komisja Europejska przeprowadza konsultacje społeczne, których celem jest znalezienie sposobów stawienia czoła wyzwaniom oraz obniżenie kosztów wdrażania szerokopasmowego Internetu, obejmujących uproszczenie procedur związanych z uzyskiwaniem pozwoleń oraz koordynację prac inżynierskich. Instalowanie bardziej pojemnych "rurociągów" Komisja Europejska stworzyła instrument o nazwie "Łącząc Europę" ('Connecting Europe Facility' - CEF), który ma zachęcić do zwiększenia inwestycji prywatno-publicznych w projekty z zakresu budowy infrastruktury szerokopasmowego dostępu do Internetu oraz infrastruktury cyfrowej. Celem CEF jest udostępnienie środków finansowych o wartości 50 miliardów euro, przeznaczonych na tworzenie infrastruktury sieciowej, która pozwoli wzmocnić europejski transport, branżę energetyczną oraz sieci cyfrowe. Z powyższej kwoty 9,3 miliardów euro zostanie przeznaczone na rozwój infrastruktury szerokopasmowej oraz infrastruktury usług cyfrowych. "Musimy zweryfikować praktyczne pomysły dotyczące obniżenia kosztów oraz ułatwienia dostępu do infrastruktury, ponownego jej wykorzystywania oraz jej współdzielenia", tłumaczy Vice-Przewodniczący Komisji Europejskiej Neelie Kroes, odpowiedzialny za Strategię Cyfrową ('Digital Agenda'). "Dla obywateli najbardziej denerwujące są roboty drogowe, natomiast dla przedsiębiorstw nadmierna i niepotrzebna biurokracja". Istotna rola prac badawczo-rozwojowych (B+R) Unia Europejska wspiera szereg kolaboracyjnych projektów z dziedziny TIK, pod egidą Siódmego Programu Ramowego (7PR) oraz Programu Ramowego na rzecz Konkurencyjności i Innowacji ('Competitiveness and Innovation Framework Programme' - CIP). Uczestnicy powyższych projektów skupiają się na zagadnieniach z zakresu podstawowej architektury, optymalizacji sieci oraz niezbędnej infrastruktury szkieletowej. Zapotrzebowanie na szerokopasmowy dostęp do Internetu oraz na usługi i aplikacje korzystające z niego rośnie w tak szybkim tempie, że wyższe przepustowości wykorzystywane są natychmiast, gdy tylko zostaną udostępnione. Eksperci przewidują, że natężenie ruchu internetowego w Europie nadal będzie wzrastać o 40% w skali roku, wraz z pojawianiem się nowych usług takich jak filmy na żądanie, współdzielenie zdjęć oraz rozwiązań z dziedziny chmur obliczeniowych. Jednak europejskich naukowców nie zadowala jedynie nadążanie za potrzebami rynku. Uczestnicy projektu '100-GET' (100 Gigabits Ethernet), realizowanego w ramach inicjatywy "Eureka telecommunications cluster Celtic-Plus", poszukiwali rozwiązań sięgających dalej niż instalowanie nowych światłowodów, w celu sprostania rosnącemu zapotrzebowaniu na przepustowość. W ramach projektu 100-GET, finansowanego częściowo przez uczestników konsorcjum, a częściowo przez władze państwowe, udało się dziesięciokrotnie zwiększyć przepustowość istniejących łączy typu "gigabitowy ethernet" (GbE), wynoszącą standardowo 10 Gbps, poprzez optymalizację mechanizmów przesyłania danych oraz optymalizację samej sieci. Uczestnicy projektu skupili się na technologiach stosowanych w warstwie fizycznej, a swoje prace realizowali w ramach pięciu podprojektów: Zespół 100GET-AL badał potencjalne rozwiązania technologiczne oraz architektury sieciowe, podczas gdy uczestnicy inicjatywy 100GET-ER zajmowali się systemem oraz jego komponentami - tworząc własne rozwiązania, jeśli okazało się to konieczne. W ramach podprojektu 100GET-E3 prowadzono zaawansowane prace badawczo-rozwojowe, których celem było opracowanie rozwiązań z zakresu optycznych sieci transportowych nowej generacji. Z kolei uczestnicy podprojektu 100GET-Metro skupili się na sieciach miejskich, a uczestnicy inicjatywy 100GET.es testowali kompleksowe rozwiązania typu 100GbE. "Opracowanie rozwiązania typu 100GbE w oparciu o istniejącą infrastrukturę 10GbE było dużym wyzwaniem", zauważa jeden z partnerów projektu, Dr Kurt Loesch, pracownik firmy Alcatel-Lucent Deutschland. Zespół projektowy początkowo postawił sobie, jak się wydawało, realistyczny cel w postaci przepustowości rzędu 40 Gbps, jednak ostatecznie udało mu się osiągnąć ponad dwukrotnie lepszy wynik, który stanowi cenny wkład na rzecz realizacji ambitnych założeń europejskiej Strategii Cyfrowej. W ramach projektu 100-GET firmy prywatne ściśle współpracowały z uniwersytetami, realizując zadania pozwalające sprostać celom przedsiębiorstw, a jednocześnie umożliwiające współdzielenie poufnych wyników prac badawczo-rozwojowych, bez konieczności udostępniania tych informacji bezpośrednim konkurentom. W wyniku prac projektowych zgłoszono 56 wniosków patentowych, opracowano 21 nowych produktów oraz ulepszono 15 produktów istniejących. Alfa i Omega gospodarstw domowych wyposażonych w szerokopasmowy dostęp do Internetu Finansowany ze środków EU projekt "Domowy, gigabitowy dostęp do Internetu" ('Home gigabit access' (OMEGA) umożliwi gospodarstwom domowym i biurom korzystanie z prawdziwie szerokopasmowych sieci. Uczestnicy projektu zaprezentowali sposób, w jaki różnorakie technologie łączności przewodowej, radiowej oraz światłowodowej mogą być wykorzystane do stworzenia hybrydowej sieci o dużej przepustowości w środowisku domowym. Ludzie pragną przesyłać duże ilości danych na obszarach lokalnych, np. strumieniując obrazy wideo pomiędzy urządzeniami o wysokiej rozdzielczości (np. telewizorem znajdującym się na piętrze domu) a urządzeniami sieciowymi (zlokalizowanymi np. w piwnicy), twierdzi partner projektu OMEGA, Jean-Philippe Javaudin, pracujący w firmie France Telecom Orange Labs. "Chcieliśmy zwiększyć przepustowość sieci domowych", dodaje Javaudin. Jak dotychczas sieci gigabitowe dostępne były jedynie w krajach posiadających bardzo rozwiniętą infrastrukturę telekomunikacyjną, takich jak Szwecja. Jednak badania zrealizowane w ramach projektu OMEGA ułatwią innym krajom stworzenie własnych sieci o dużej przepustowości. Dodatkowa przepustowość jest niezbędna w przypadku nowych zastosowań i pozwoli oferować usługi dodane, takie jak telewizja 3D, gry nowej generacji, zdalne diagnozy medyczne oraz opieka nad osobami starszymi. Uczestnicy innego projektu unijnego o nazwie "Architektury wspierające konfigurowalne, optyczne rozwiązania domowe i dostępowe" ('Architectures for flexible photonic home and access' (ALPHA) pragnęli opracować modele i standardy sieciowe, które zapewnią możliwie największe prędkości dostępu do Internetu, przy zachowaniu niskich kosztów oraz logicznego schematu modernizacji. Prace projektu ALPHA skupiono wokół wyzwań związanych z sieciami zlokalizowanymi wewnątrz budynków, np. domów lub biur, analizując specjalistyczne infrastruktury wspierające heterogeniczne środowiska, w których stosowane są technologie przewodowe i bezprzewodowe. Prace nad technikami zwielokrotniania ('multiplexing'), czyli przesyłania wielu strumieni danych poprzez pojedyncze łącza, zrealizowane przez uczestników projektu ALPHA, będą stanowić kluczowy element sieci przyszłości, gdyż pozwolą w optymalny sposób wykorzystać łącza fizyczne. W ramach projektu ALPHA opracowano hybrydowy system zwielokrotniania, korzystający zarówno z wydajnego, ale kosztownego "zwielokrotniania z podziałem długości fali" ('Wavelength division multiplexing'), jak i z tańszego, jednak mniej wydajnego "zwielokrotniania z podziałem czasu" ('Time division multiplexing'). System ten pozwala dostarczać dane z prędkością rzędu 10Gbps, za pośrednictwem pasywnych sieci optycznych (tzn. sieci, które do poprawnej pracy nie wymagają zewnętrznych źródeł zasilania). Powyższa technologia może być stosowana zarówno w sieciach dostępowych, czyli sieciach oferujących szerokopasmowy dostęp do Internetu gospodarstwom domowym i biurom, jak i w sieciach typu 'radio-over-fibre', czyli sieciach zapewniających szybki, mobilny dostęp do Internetu w oparciu o sieci przewodowe. Według uczestników projektu, kluczowym elementem powyższego rozwiązania jest system zwielokrotniania, stanowiący rodzaj przełącznicy, pozwalający ulepszyć istniejące rozwiązania i stworzyć podwaliny pod dostęp szerokopasmowy nowej generacji. Zespołowi projektowemu udało się ponadto osiągnąć rekordowe prędkości przesyłu danych w czasie rzeczywistym, rzędu 20 Gbps, korzystając z nowego rodzaju modemu, który multipleksuje dane w oparciu o modulację tonową. W ramach projektu ALPHA opracowano ponadto niedrogi modem gigabitowy, przeznaczony dla sieci domowych, który możne być przyłączany do światłowodów, umożliwiając użytkownikom pobranie filmu o jakości odpowiadającej formatowi DVD w ciągu zaledwie 60 sekund! Efektem prac zrealizowanych przez uczestników projektu ALPHA jest szereg wniosków patentowych, dziesiątki artykułów naukowych, opublikowanych w specjalistycznych czasopismach, oraz istotny wkład na rzecz wysiłków standaryzacyjnych. Niedrogie i skalowalne infrastruktury stanowią kluczowy element sprostania rosnącemu zapotrzebowaniu na przepustowość. W związku z powyższym istotne są także wyniki uzyskane przez uczestników projektu o nazwie "Zaawansowana, skalowalna architektura pierścieniowej sieci dostępowej dla obszarów o dużym zagęszczeniu" ('Scalable advanced ring-based passive dense access network architecture', SARDANA) W ramach projektu Sardana udowodniono, że możliwe jest osiągnięcie prędkości transmisji danych rzędu 10 Gbps bez konieczności ponoszenia znaczących, dodatkowych kosztów, poprzez odpowiednie zmodyfikowanie istniejącej infrastruktury typu światłowód-do-domu ('fibre-to-the-home') oraz wykorzystanie ogólnodostępnych komponentów. Rozwiązanie, opracowane przez uczestników projektu, pozwala łączyć sieci miejskie i dostępowe w bardziej inteligentną i niezawodną "technologię zwielokrotniania" o architekturze pierścieniowej. Projekt Sardana otrzymał w 2011 zasłużoną nagrodę "Global Telecoms Business Innovators Award". Fiński dostawca urządzeń telekomunikacyjnych, firma Tellabs, zweryfikowała niezawodność technologii zwielokrotniania Sardana, pozwalającej jednocześnie transmitować wiele sygnałów za pośrednictwem pojedynczego łącza światłowodowego, przy użyciu różnych długości fal światła laserowego. Powyższym testom towarzyszyło próbne wdrożenie, zrealizowane w siedzibie francuskiej firmy France Telecom-Orange w Bretanii (Francja) oraz prezentacja podczas obrad stowarzyszenia 'Fibre to the Home' ('Fibre to the Home Council' - FTHH) w Mediolanie (Włochy). Testy przeprowadzone w oparciu o emulatory oraz rzeczywistą infrastrukturę wykazały, że sieć może obsłużyć od 1 000 do 4 000 użytkowników, zlokalizowanych w odległości do 20 kilometrów od głównego pierścienia, przy symetrycznej prędkości przesyłu danych wynoszącej około 300 Mbps (czyli trzykrotnie wyższej, niż cel ustalony przez UE na rok 2020). Naukowcy udowodnili ponadto, że powyższa technologia może być stosowana do przesyłania sygnału optycznego na odległość do 100 km od centrali, w celu obsłużenia w sposób asymetryczny do 250 gospodarstw domowych (przy prędkości pobierania rzędu 10 Gbps i prędkości wysyłania rzędu 2,5 Gbps - znacznie większej, niż wartość dostępna obecnie dla większości użytkowników Internetu). Sieci optyczne i korporacyjne Chociaż większość użytkowników końcowych nie zdaje sobie z tego sprawy, około 90% danych cyfrowych przesyłanych jest obecnie za pośrednictwem sieci światłowodowych. Infrastruktura światłowodowa stanowi szkielet społeczeństwa informacyjnego i na wiele sposób wyznacza kierunki rozwoju szerokopasmowego dostępu do Internetu. Z przeprowadzonego niedawno badania Photonics21 wynika, że dzięki technologiom optycznym powstał rynek telekomunikacyjny o wartości około 350 miliardów euro oraz utworzono około 700 000 miejsc pracy. Eksperci przewidują, że do roku 2020 pojemność sieci optycznych powinna wzrosnąć co najmniej 10-cio krotnie i że niezbędne będzie osiągnięcie przepustowości na poziomie terabitów na sekundę na każdą długość fali. "Rozwiązania światłowodowe znajdą się bliżej użytkowników końcowych i staną się kluczowym elementem infrastruktury sieciowej zarówno w hurtowniach danych, jak i w sieciach prywatnych, domowych oraz sensorycznych. Dzięki swemu doświadczeniu i ekspertyzie, Europa może skutecznie stawić czoła powyższym wyzwaniom, jeśli tylko nie zrezygnuje z inwestycji!", wynika z raportu Net!Works , zatytułowanego "Łączność optyczna - międzynarodowy sukces wspierany finansowanymi przez UE badaniom naukowym" ('Optical communications - an international success bolstered by EU-funded research'). Szereg architektur, innowacji oraz technologii stosowanych we współczesnych sieciach optycznych, a tym samym upowszechnianie się szerokopasmowego dostępu do Internetu, ma swe źródło w finansowanych przez UE projektach badawczych, sugeruje konsorcjum Net!Works. Co więcej, nieprzerwane finansowanie prac badawczych w dziedzinie łączności optycznej, zapewnione przez europejskie Programy Ramowe, doprowadziło do powstania sieci ekspertów, wywodzących się z przemysłu oraz ze środowisk akademickich, wzmocnienia systemu kształcenia i szkolenia, a także bezpośredniego lub pośredniego do stworzenia tysięcy wykwalifikowanych miejsc pracy w Europie, podsumowują autorzy raportu. Jednocześnie należy podkreślić, że żaden pojedynczy projekt, wysiłek badawczy czy też przełom technologiczny nie sprawi, że w Europie dostępna będzie niezbędna obecnie lub w przyszłości infrastruktura szerokopasmowa. Jednak inicjatywy opisane w niniejszym artykule stanowią dowód na europejskie zaangażowanie w realizację ambitnych planów wyznaczonych na rok 2020, dotyczących "inteligentnego, zrównoważonego i spójnego" wzrostu. --- Projekty opisane w niniejszym raporcie zostały sfinansowane w ramach wspólnych badań w dziedzinie technik informacyjno-komunikacyjnych (TIK), pod egidą 7PR "Współpraca", Programu na rzecz Konkurencyjności i Innowacji ('Competitiveness and Innovation Programme') lub w ramach programu Eureka. Użyteczne odnośniki: - Europa 2020 - FIA - Program TIK 7PR - Informacje na temat 7PR w bazie danych CORDIS - "Łącząc Europę" - Connecting Europe Facility' - Projekt Celtic-Plus '100-GET' - OMEGA - ALPHA - Sardana - Photonics21 - Net!Works Odnośne publikacje: - "Niedrogi, super-szybki i całkowicie światłowodowy Internet" - 'A cheap and fully optical solution for ultra-fast internet' - "Internet przyszłości... wizja piękna i nadziei" - 'Future internet … A thing of beauty and promise' - "Poznajcie pionierów przyszłych i powstających technologii" - 'Meet the pioneers of future and emerging technology' - "Opracowywanie bardziej inteligentnego Internetu" - 'Building a smarter internet' - "Historia sukcesu EUREKA: CELTIC 100GET - Internet mógłby być 10 razy szybszy, niż jest" - 'EUREKA Success Story: CELTIC 100GET - Internet could be 10 times faster than it is' - "Łączność optyczna - międzynarodowy sukces wspierany przez finansowane przez UE badania naukowe" - 'Optical communications – an international success bolstered by EU-funded research'
Słowa kluczowe
Przegląd, szerokopasmowy, TIK, internet przyszłości, sieci, przepaść cyfrowa, Strategia Cyfrowa, CIP, CEF, 7PR, Horyzont 2020, Strategia Europa 2020, Eureka, 100-GET, , EUWB, Sardana, Alpha, Omega, Photonics21, Net!Works