Membangun Tulang Punggung yang Lebih Baik

Pada layar raksasa di Corning Museum of Glass di bagian utara New York, gambar video menampilkan cuplikan berita tentang perang, pelantikan, pemotretan luar angkasa, pertunjukan game-bersama dengan proyeksi waktu nyata dari pengunjung museum yang menatap keheranan. Sumber dari semua gambar ini? Sehelai kaca, lebih tipis dari rambut manusia, namun cukup lebar untuk membawa lebih banyak informasi daripada tiga juta kabel tembaga, teknologi yang digantikannya. Cor-ning dibenarkan dalam memamerkan penemuannya: teknologi serat optik peringkat sebagai salah satu keajaiban teknologi abad ke-20.



Sayang sekali kita terus-menerus membutuhkan keajaiban baru untuk memenuhi tuntutan jaringan yang rakus yang ditempatkan abad ini pada serat kaca tipis ini. Bagaimanapun, serat optik adalah teknologi pra-Web; dan banyak serat yang membawa-selain percakapan telepon-pesan email hari ini, unduhan musik dan aliran video dipasang sebelum kebanyakan orang menyadari media tersebut. Apa yang dulu tampak seperti pemborosan kapasitas yang tidak tahu malu sekarang tampaknya sangat tidak memadai. Selera kami untuk bandwidth tumbuh pada tingkat yang eksponensial, tanpa tanda-tanda melambat. Tracey Vanik, direktur teknis di perusahaan konsultan telekomunikasi RHK, membandingkan Internet dengan Borg Star Trek yang rakus: Berapa pun bandwidth yang tersedia, Internet akan menelannya.

Serat optik yang dibuat oleh Corning, Lucent Technologies dan pemasok telekomunikasi raksasa lainnya ditemukan di seluruh sistem telekomunikasi, menghubungkan kita ketika kita menelusuri situs Web favorit kita atau melakukan panggilan ke Tokyo. Tetapi sebagian besar penelitian mutakhir yang dilakukan hari ini pada serat optik dilakukan untuk meningkatkan kapasitas tulang punggung sistem: pipa data paling gemuk, yang mencambuk data di seluruh benua dan menghubungkan pusat kota.





Backbone adalah metafora yang nyaman-tetapi memberikan gambaran yang terlalu rapi. Organisme vertebrata memiliki satu tulang punggung, tetapi sistem telekomunikasi tidak; tidak ada satu pun perusahaan yang memiliki kabel antarkota berkapasitas tinggi ini, dan tidak ada organisasi yang memastikan bahwa mereka mampu menghadapi tantangan untuk memenuhi permintaan bandwidth di seluruh dunia. Dalam beberapa kasus perusahaan telekomunikasi-WorldComs dan Sprints dan AT&Ts dunia-akan berusaha untuk menutupi rute lalu lintas tinggi dengan kabel mereka sendiri, meletakkan untaian seperti spaghetti sejajar satu sama lain di sepanjang jalan raya dan jalur kereta api, menghubungkan metropolitan loop melintasi benua dan lautan. Dalam kasus lain, operator menyewa kabel serat optik dari operator lain; memang, beberapa operator hanya dalam bisnis penyewaan kapasitas tulang punggung.

Namun, semua operator dihadapkan pada tantangan yang sama: bagaimana tetap berada di depan kurva permintaan bandwidth. Penelitian di Corning dan di tempat lain menunjukkan bahwa setiap peningkatan kinerja ada harganya; membangun tulang punggung yang lebih baik tampaknya menjadi pertanyaan untuk memilih pertukaran yang tepat.

Meningkatkan Optik



Solusi paling sederhana untuk menguatkan tulang punggung adalah dengan meletakkan lebih banyak kabel. Tapi itu juga alternatif yang paling mahal: sebanyak 40 persen dari biaya sistem serat optik digunakan untuk membeli hak jalan, mendapatkan izin, dan memasang kabel di tanah. (Ini adalah lelucon lama di perusahaan telekomunikasi bahwa mereka dengan senang hati akan melepaskan teknologi baru jika seseorang mau menunjukkan kepada mereka cara menggali parit yang lebih murah.)

mengapa pennsylvania begitu lama

Dua cara lain untuk meningkatkan kapasitas adalah menghindari penggalian di jalan, dengan mengandalkan peralatan canggih yang dipasang di kantor telepon tempat untaian serat optik berakhir. Insinyur dapat mengembangkan metode untuk meningkatkan jumlah saluran informasi yang dapat dibawa oleh setiap untai serat optik. Atau mereka dapat mengembangkan cara untuk membuat perjalanan data lebih cepat di sepanjang setiap saluran.

Kedua pendekatan menghindari biaya besar untuk memasang jalur baru. Tetapi setiap strategi itu rumit, karena melakukan perbaikan di satu area sering kali menyebabkan masalah di area lain. Ada trade-off yang kuat antara jarak dan kapasitas, kata Roe Hemenway, manajer penelitian peralatan jaringan di Corning. Semakin jauh Anda pergi, semakin rendah kapasitasnya. Kami diminta untuk meningkatkan kapasitas serat, menempuh jarak yang lebih jauh, dan melakukannya dengan kualitas yang lebih tinggi.

Hemenway bekerja di laboratorium di Corning's Sullivan Park Research and Development Facility di bagian utara New York, di mana rak-raknya menampung deretan kotak logam, masing-masing berupa laser yang menghasilkan sinar inframerah. Balok berjalan melalui modulator dan multiplexer, amplifier dan filter, melewati loop kabel serat optik yang sama berulang-ulang untuk mensimulasikan jarak, seperti mobil balap digital pada versi jalur uji informasi-superhighway. Di akhir sistem, layar komputer menampilkan jumlah kesalahan yang dihasilkan selama proses, dan osiloskop menunjukkan secara grafis apakah sinyal yang keluar tajam atau kabur.



Pengaturan ini memungkinkan para insinyur Corning untuk menguji bagaimana setiap komponen memengaruhi transmisi sinyal, dan apa perubahan yang dilakukan seseorang terhadap sistem secara keseluruhan. Pendekatan ini sangat penting untuk desain serat optik, karena solusi apa pun yang berkembang untuk membuat serat optik lebih efisien kemungkinan akan mencakup sejumlah teknologi, yang masing-masing dapat mempengaruhi yang lain.

Dalam enam tahun terakhir, kecepatan transmisi di laboratorium untuk serat optik tercepat telah empat kali lipat, dan peningkatan empat kali lipat diharapkan tahun ini. Pertanyaan yang paling mendesak adalah apakah, dengan semua pengorbanan, tingkat perbaikan saat ini dapat dipertahankan. Saya dapat memberi Anda jawaban macho bahwa kami akan terus meningkatkan serat, tetapi terus terang, saya tidak tahu, kata Joseph Antos, direktur teknologi untuk pengembangan serat di Corning. Setiap penemuan baru [untuk meningkatkan kapasitas] semakin sulit.

Lebih Banyak Saluran per Serat

Data berjalan di sepanjang serat optik melalui serangkaian pulsa cahaya dari laser, mati dan nyala sesuai dengan satu dan nol pengkodean digital. Sistem serat optik menggunakan spektrum cahaya yang bergerak paling efisien melalui kaca, panjang gelombang antara sekitar 1.300 dan 1.600 nanometer. Di luar panjang gelombang ini, cahaya cenderung diserap dan hilang atau diregangkan terlalu jauh untuk membuat sinyal yang dapat digunakan. Dan dari spektrum yang tersedia, sebagian besar transmisi terjadi dalam apa yang disebut pita pusat, antara 1.530 dan 1.565 nanometer.

Dengan memecah sinyal menjadi panjang gelombang yang berbeda, saat prisma memisahkan warna yang membentuk cahaya putih, para insinyur dapat mengirim lebih dari satu aliran cahaya di sepanjang serat pada saat yang bersamaan. Implementasi awal membagi cahaya menjadi empat atau delapan saluran terpisah, dengan masing-masing serat membawa sekitar 10 gigabit-10 miliar bit per detik. Saat ini beberapa sistem dapat membawa 80 saluran di pita pusat, dan mampu mendorong lebih dari setengah triliun bit per detik ke satu serat.

Tetapi ada batasan berapa banyak saluran yang dapat dimasukkan ke pita pusat. Seperti stasiun jarak dekat di radio mobil Anda, saluran yang terlalu dekat menyebabkan gangguan. Di radio, Anda mungkin mendengarkan Semua hal dipertimbangkan dan tiba-tiba mendapatkan Backstreet Boys-atau statis. Hal yang sama terjadi dengan sinyal optik. Untuk mengurangi interferensi, sistem mutakhir saat ini memerlukan zona penyangga sekitar 50 gigahertz (ukuran frekuensi satu miliar siklus per detik) antar saluran.

Sebagai akibat dari kendala ini, pita pusat sekarang pada dasarnya penuh, dan para insinyur mencari untuk menambahkan saluran dengan pindah dari bagian tengah spektrum dan ke wilayah baru.

penyimpanan data 5 dimensi

Melanggar Tanah Baru

Untuk membuat bagian baru dari spektrum di luar pita pusat dapat digunakan, para peneliti harus mengembangkan versi baru perangkat yang membantu mendorong sinyal di sepanjang serat optik. Ambil amplifier yang membantu meningkatkan sinyal, yang kehilangan energi saat memantul bolak-balik di antara dinding bagian inti serat. Untuk memompanya kembali, para insinyur mungkin menggunakan perangkat yang dikenal sebagai penguat serat erbium-doped. Ini pada dasarnya adalah loop serat yang dicampur dengan erbium elemen tanah jarang. Laser menggairahkan atom erbium, yang mentransfer energinya ke sinyal optik yang melewati amplifier, meningkatkan jarak yang dapat ditempuhnya. Tanpa amplifikasi, sinyal berkecepatan tinggi tidak akan berjalan cukup jauh untuk berguna.

Perkembangan terbaru memungkinkan amplifier ini bekerja di wilayah panjang gelombang yang lebih panjang dari 1.570 hingga 1.625 nanometer, menambahkan potongan spektrum baru untuk mengukir saluran data tambahan. Lucent Technologies, misalnya, telah merilis sistem yang memeras 80 saluran ke pita pusat dan memanfaatkan amplifier erbium untuk menambahkan 80 saluran lain di wilayah panjang gelombang panjang, menggandakan kapasitas setiap serat.

Namun, setiap kali sinyal berjalan melalui penguat erbium, ia mengambil elemen noise yang bukan merupakan bagian dari sinyal asli. Di atas tulang punggung jarak jauh di mana sinyal perlu dikuatkan berkali-kali, sistem serat optik harus dirangkai dengan regenerator, perangkat yang merekonstruksi sinyal yang telah melewati begitu banyak amplifier sehingga rusak. Regenerator mengambil sinyal cahaya, mengubahnya menjadi sinyal listrik, dan kemudian menghasilkan berkas cahaya baru.

Sebuah teknik baru yang disebut amplifikasi Raman ( melihat Lima Paten yang Harus Diperhatikan: Tembakan Booster , TR Mei 2001 ) akan memungkinkan sinyal diperkuat tanpa menghilangkan kebisingan dengan kebutuhan regenerator dan berpotensi menciptakan cara baru bagi para insinyur untuk meningkatkan kapasitas. Tidak seperti amplifier erbium, yang hanya bekerja pada panjang gelombang tertentu, amplifikasi Raman menjanjikan untuk membuat lebih banyak saluran baru tersedia. Sebuah perusahaan baru, Xtera, dari Allen, TX, berharap untuk memanfaatkan amplifikasi Raman untuk memungkinkan transmisi jarak jauh dari panjang gelombang cahaya yang lebih pendek daripada yang dapat didukung oleh jaringan optik saat ini. Ini semacam sentuhan baru dalam menggunakan teknik Raman, kata Joe Oravetz, manajer produk Xtera, yang meluncurkan produk baru pertama perusahaan di Konferensi dan Pameran Komunikasi Serat Optik pada bulan Maret di Anaheim, CA.

Tetapi menggunakan pita panjang gelombang yang lebih pendek adalah strategi jangka panjang yang pasti, karena akan memerlukan pemasangan peralatan baru di setiap titik dalam jaringan. Masuk ke band baru, Anda harus mengganti semua komponen, kata Vladimir Kozlov, seorang analis di RHK. Anda membutuhkan sumber baru. Anda membutuhkan amplifier baru. Itu bisa sangat mahal.

Mempercepat Bit

Alternatif untuk menambahkan saluran adalah membuat aliran data di setiap saluran mengalir lebih cepat. Sama seperti modem di rumah-rumah orang yang semakin cepat, pemancar di tulang punggung telah meningkatkan kemampuannya untuk memompa data, dari 100 juta bit per detik satu dekade lalu menjadi 10 miliar bit (10 gigabit) per detik yang canggih. hari ini.

Sementara AT&T mengeluarkan siaran pers yang mengumumkan tulang punggung protokol Internet 10-gigabit-per-detik pertama pada bulan Januari, itu sudah menjadi berita lama: sistem 40-gigabit-per-detik telah diumumkan oleh Lucent Technologies, Fujitsu dan NEC untuk dijual akhir tahun ini. Prestasi teknik yang terlibat dalam kemajuan seperti ini luar biasa: meningkatkan kecepatan data yang dibutuhkan para insinyur untuk merancang laser yang dapat menyala dan mati dengan andal 40 miliar kali per detik, dan penerima yang dapat memilih satu kilatan dari yang berikutnya, ketika mereka datang pada tingkat yang luar biasa.

Tetapi nama permainan di tulang punggung tetap merupakan trade-off, dan mempercepat laju transmisi menyebabkan komplikasi baru: menempatkan lebih banyak bit per detik ke dalam serat membutuhkan lebih banyak daya, dan pada daya yang lebih tinggi, interferensi antar saluran meningkat. Juga, pada tingkat yang luar biasa ini, cacat kecil pada kaca itu sendiri mulai mengganggu aliran data.

Insinyur yang mengejar kecepatan harus mengimbangi efek tersebut dengan meningkatkan zona penyangga spektrum yang tidak digunakan antar saluran: kecepatan saluran 40 gigabit per detik, misalnya, mungkin memerlukan buffer 100 gigahertz antar saluran, bukan 50 gigahertz. Perhitungannya masih menguntungkan: serat akan mengirimkan setengah saluran dengan kecepatan empat kali lipat, kapasitas dua kali lipat.

Taruhan yang terlibat dalam meningkatkan tingkat transmisi di tulang punggung, bagaimanapun, sangat besar sehingga untuk setiap kendala, ada tim insinyur yang bekerja untuk mengatasinya. Para ilmuwan di NEC America's Public Networks Group sedang mengerjakan cara untuk menyatukan saluran, bahkan pada kecepatan tinggi, dengan memanfaatkan fakta bahwa cahaya terpolarisasi. Bayangkan menggerakkan lompat tali dengan cepat ke atas dan ke bawah untuk membuat gelombang, yang bergerak naik ke langit-langit dan turun ke lantai. Gelombang seperti itu akan terpolarisasi vertikal. Sekarang mulailah menggerakkan lompat tali dari sisi ke sisi, sehingga gelombang bergerak ke arah dinding. Lompat tali Anda menjadi terpolarisasi horizontal. Pendekatan NEC membagi berkas cahaya menjadi 160 saluran, masing-masing terpisah 50 gigahertz, dan memberikan polarisasi yang berbeda pada saluran tetangga. Dengan demikian, dua saluran dengan polarisasi yang sama masih terpisah 100 gigahertz. Sementara saluran yang bersebelahan cenderung mengganggu satu sama lain ketika mereka memiliki polarisasi yang sama, saluran dengan polarisasi yang berbeda tidak. Pendekatan semacam itu akan meningkatkan kapasitas total per serat menjadi 6,4 triliun bit (6,4 terabit) per detik dan diproyeksikan akan tersedia dalam dua hingga tiga tahun.

Dan perbaikan berlanjut di laboratorium di seluruh dunia. Pada bulan Maret, para peneliti dari perusahaan Prancis Alcatel, yang mengembangkan serat dan komponen untuk sistem optik berbasis darat dan bawah laut, mengumumkan bahwa mereka telah mengembangkan sistem yang mencapai 10,2 terabit per detik. Juga pada bulan Maret, para peneliti di NEC mengumumkan percobaan di mana mereka mengubah amplifier untuk mendapatkan akses ke pita panjang gelombang yang lebih luas, meningkatkan tingkat transmisi menjadi 10,9 terabit per detik.

Atau Gali Parit

Semua perkembangan teknologi ini, tentu saja, menghadapi tantangan ini: bagaimana terus meningkatkan kinerja di atas lini yang biasanya dirancang, diproduksi, dan dipasang bertahun-tahun sebelumnya. Jalur serat optik pertama di jaringan publik dipasang di bawah pusat kota Chicago pada tahun 1977. Saat ini, sebagian besar lalu lintas jarak jauh di dunia dilakukan oleh kabel serat optik-lebih dari 370 juta kilometer barang, semuanya dirancang sebelumnya terobosan hari ini di laboratorium. Pada akhirnya, kebutuhan untuk menggali parit baru tidak dapat dihindari.

Namun, begitu keputusan dibuat untuk meletakkan serat baru, kemungkinan baru untuk meningkatkan kapasitasnya muncul. Untaian serat itu sendiri telah berevolusi untuk menangani kapasitas yang semakin besar. Saat ini, serat nonzero-dispersion tercanggih, ditemukan oleh Lucent Technologies dan dijual oleh Lucent dan Corning. Versi serat ini memperluas area yang dilalui sinyal, memberikan lebih banyak ruang untuk menyebar dan mengurangi tumpang tindih. Jika Anda memiliki pipa air dan Anda ingin memasukkan lebih banyak air ke dalamnya, salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan memperluas area pipa, dan pada dasarnya itulah yang [teknologi ini] lakukan, kata Antos dari Corning.

Teknologi optik generasi berikutnya dapat menghilangkan kaca sama sekali. Beberapa kelompok penelitian sedang bekerja untuk membangun serat dari bahan baru yang dikenal sebagai kristal celah pita fotonik (photonic-band-gap crystals). melihat Serat Optik Generasi Selanjutnya , TR Mei 2001 ). Kristal semacam itu memiliki struktur atom yang secara fisik tidak memungkinkan cahaya melewati atau diserap, sehingga cahaya yang mengenai bagian dalam serat akan memantul kembali ke inti. Doug Allen, rekan peneliti di Cor-ning yang sedang mengembangkan bahan semacam itu, menunjukkan bahwa inti dapat diisi dengan udara, atau mungkin gas inert. Dengan menghilangkan kaca dan efek distorsinya, katanya, Anda dapat mengirim lebih banyak panjang gelombang tanpa khawatir akan mengganggu satu sama lain.

Semua perkembangan baru ini telah mendorong penelitian di lab jauh melampaui apa yang saat ini tersedia di lapangan. Jika tulang punggung hanya dilengkapi dengan perkembangan yang ditunjukkan di laboratorium saat ini - mampu membawa 160 saluran di setiap untai, pada 40 gigabit per detik - bandwidth yang saat ini kami gunakan dalam sebulan dapat dibawa melalui jaringan kami dalam waktu kurang dari satu detik. Saat itulah ide-ide yang jauh mulai menjadi nyata, dari konferensi video holografik 3-D yang meniru kehidupan nyata, hingga operasi jarak jauh, hingga akses instan ke buku-buku yang disimpan di perpustakaan mana pun di dunia.

Namun, apa yang masih harus dipecahkan adalah keekonomian jaringan semacam itu: kapan akan efektif dari segi biaya untuk menerapkan perkembangan ini? Dalam sesuatu yang luas seperti jaringan komunikasi publik, bahkan upgrade kecil membutuhkan waktu puluhan tahun untuk digunakan secara universal. Theodore Vail, presiden pertama AT&T, berhasil membangun jaringan publik tercanggih pertama di dunia hanya dengan membuat Kongres menyatakan perusahaannya sebagai monopoli alami. Itu tidak akan terjadi kali ini.

ingvild berbagi sebagai putri leia

Raj Reddy, profesor ilmu komputer di Carnegie Mellon University dan direktur High Speed ​​Connectivity Consortium, sebuah program yang didanai oleh Departemen Pertahanan AS, tetap optimis bahwa jaringan bandwidth yang sangat tinggi tidak dapat dihindari—bahwa suatu hari kita akan memilikinya. bandwidth all-you-can-eat selalu aktif, semudah diakses seperti sistem telepon saat ini. Itu pasti akan terjadi dalam 30 tahun, katanya. [Tapi] apa yang harus kita lakukan, dan apa yang harus kita keluarkan, untuk melakukannya dalam lima?

Dan itu, terlepas dari legiun insinyur serat optik yang berdedikasi untuk menemukan keajaiban teknologi yang akan menggerakkan jaringan generasi berikutnya, adalah pertanyaan yang menunggu untuk dijawab. Tetapi mengingat spektrum luar biasa dari pekerjaan mutakhir yang dilakukan di tulang punggung, tidak diragukan lagi bahwa kapasitas akan terus meningkat pada tingkat yang paling cepat.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan