La crescita di Internet
Nessuna tecnologia ha conquistato il mondo come Internet. Quella che è iniziata come un ristretto numero di computer collegati in rete tra diversi centri di ricerca, è diventata una rete fondamentale per la vita moderna: quasi tutti i sistemi informatici sono collegati a Internet, direttamente o indirettamente. La stessa natura della vita è cambiata grazie alla tecnologia e ai vantaggi apportati da Internet: il lavoro a distanza è sempre più diffuso e le videochiamate consentono a parenti e amici di rimanere in contatto da un paese all'altro; nelle fabbriche intelligenti i tecnici possono persino monitorare l'intero processo industriale da qualsiasi parte del mondo.
Anche se Internet è essenziale per la vita moderna, cercare di concepirne le dimensioni è impossibile. Secondo alcune fonti, le pagine indicizzate sono circa 2,25 miliardi, ma il dato non include quelle non indicizzate. Allo stesso tempo, si stima che gli utenti di Internet siano circa 5 miliardi di persone in tutto il mondo e che ogni giorno vengano inviate circa 376 miliardi di e-mail, per una dimensione totale di dati di circa 175 zettabyte, ovvero circa 175.000.000.000.000 gigabyte.
Ciò che conta, tuttavia, è che le nostre vite sono sempre più influenzate dal software e che una parte sostanziale del software si sta spostando nel cloud. Man mano che il mondo si sposta verso soluzioni basate sul cloud, l'hardware usato per eseguirle diventa meno rilevante grazie alla natura multipiattaforma delle risorse Internet; l'unica preoccupazione per gli sviluppatori di oggi è che l'utente abbia accesso a un browser moderno.
Il traffico Internet diverrà congestionato?
Internet è chiaramente il più grande progetto infrastrutturale dell'umanità, che implica la creazione di migliaia di data center, l'uso di milioni di chilometri di cavi di comunicazione e di intricate soluzioni software che coordinano tutte queste infrastrutture. Mentre la maggior parte degli utenti di Internet ignora la parte tecnica che ne determina il funzionamento, alcuni devono occuparsi di valutarne l'utilizzo, il futuro e i cambiamenti da apportare.
Purtroppo, man mano che un numero crescente di servizi software passa al cloud computing e l'utilizzo di Internet continua ad aumentare, per gli ISP (Internet Service Provider) aumenta la necessità di posare più cavi, costruire nuovi scambi e installare più server per fare fronte all'aumento del traffico. Si tratta di attività estremamente dispendiose a causa del costo dei cavi, della manodopera e dei permessi per l'installazione dei cavi in superficie o sotto terra. Allo stesso tempo, la velocità con cui la tecnologia sta migliorando può rapidamente rendere obsolete le vecchie tecnologie via cavo. Ad esempio, l'Ethernet a 10 Mbps è stata sostituita molto rapidamente da soluzioni a 100 Mbps e 1 Gbps, e coloro che utilizzano cavi Ethernet devono aggiornare la maggior parte dell'infrastruttura nel passaggio a una tecnologia a velocità superiore: i cavi per 10 Mbps non sono generalmente in grado di gestire 1 Gbps.
A complicare le cose, il settore dell'Internet of Things (IoT) ha registrato una crescita esplosiva nell'ultimo decennio e, sebbene la maggior parte dei dispositivi IoT invii piccole quantità di dati, la combinazione di decine di miliardi di dispositivi può esaurire rapidamente la larghezza di banda disponibile. Anche i settori emergenti che si basano sulle tecnologie IoT, come Smart Spaces, consumeranno rapidamente la larghezza di banda di Internet e i tecnici dovranno integrare nuove tecnologie per supportare ulteriori dispositivi o aggiornare l'infrastruttura esistente. È ragionevole prevedere che una città intelligente avrà centinaia di migliaia di punti dati che verranno trasmessi in live streaming e questo corrisponde a una notevole quantità di dati da inviare.
Ognuna delle attuali tecnologie di rete presenta vantaggi e svantaggi; per questo motivo la maggior parte delle reti è costituita da tecnologie diverse che combinano il meglio di ciascuna. Ad esempio, le LAN che utilizzano cavi Ethernet sono ottime per fornire accesso ai dati ad alta velocità, ma la loro natura cablata ne rende difficile l'installazione e ne limita le possibilità di utilizzo; inoltre, l'aumento costante delle velocità LAN può rendere più urgente la necessità di sostituire rapidamente i cavi più vecchi.
La WLAN è eccellente per le soluzioni che richiedono Internet wireless e l'uso diffuso di Wi-Fi e Bluetooth offre ai tecnici innumerevoli opzioni. Tuttavia, anche se le reti wireless possono essere ottime per i dispositivi senza fili, sono generalmente limitate rispetto al numero totale di dispositivi supportati in un determinato momento e l'uso di antenne non direzionali può causare interferenze con le reti vicine.
Le reti cellulari sono eccellenti nei grandi spazi aperti, poiché sono progettate per collegare migliaia di dispositivi mobili contemporaneamente. Inoltre, i miglioramenti apportati alle tecnologie cellulari consentono oggi connessioni a bassa latenza e larghezza di banda elevata che sono compatibili con gli ambienti industriali. Tuttavia, il costo di installazione delle reti cellulari può risultare estremamente elevato e questo ostacola l'implementazione di massa di tali reti.
Perché i cavi in fibra ottica sono una possibile soluzione per il futuro di Internet?
Tra tutte le tecnologie di rete attualmente in fase di sviluppo, i cavi in fibra ottica sono i più promettenti, come dimostra il fatto che la maggior parte delle società di telecomunicazioni sta effettuando il passaggio alle fibre ottiche. Pur essendo ampiamente noto che i cavi in fibra ottica siano migliori di altre soluzioni che utilizzano cavi, il pubblico non è a conoscenza delle ragioni vere e proprie.
In poche parole, molti credono che i cavi in fibra ottica siano superiori a quelli elettrici perché i segnali viaggiano alla velocità della luce, ma in realtà i cavi in fibra ottica sono più lenti di quelli in rame, almeno in termini di propagazione del segnale. La velocità della luce nei cavi in fibra ottica è di circa 0,7c, mentre la velocità degli impulsi elettrici attraverso i cavi in rame è di 0,9c: ciò significa che un pacchetto di dati arriverebbe prima in un cavo in rame rispetto a un cavo in fibra ottica.
La maggiore velocità dei cavi in fibra ottica rispetto a quelli in rame in termini di larghezza di banda è dovuta a diversi fattori, tra cui la frequenza di commutazione, il supporto di un'ampia gamma di frequenze e la capacità di utilizzare la direzione delle onde.
In primo luogo, gli impulsi di luce possono essere estremamente brevi e, nel funzionamento a frequenze d'onda nell'ordine dei THz, teoricamente è possibile modulare la luce in Tbps. Questo permette già di inviare grandi quantità di dati su una singola lunghezza d'onda della luce ed è qui che entra in gioco il secondo fattore. Poiché la luce è un'onda elettromagnetica, la sua gamma di frequenze è praticamente infinita, ciò significa che è possibile utilizzare numerosi canali di frequenza per trasmettere informazioni. Inoltre, le diverse frequenze non interferiscono tra loro: vale a dire che più lunghezze d'onda di luce possono utilizzare lo stesso cavo senza causare interferenze. È quindi possibile utilizzare un dispositivo a forma di prisma su entrambi i lati per iniettare ed estrarre ciascun canale separatamente.
Infine, i cavi in fibra ottica possono inviare la stessa lunghezza d'onda di luce in direzioni opposte senza subire interferenze. A differenza dei segnali elettrici, le fibre ottiche utilizzano fronti d'onda che non dipendono dai potenziali, ma sono entità fisiche misurabili che hanno un proprio momento. Questo permette di utilizzare due ricetrasmettitori identici su entrambi i lati di un singolo cavo e usare contemporaneamente una singola frequenza per la comunicazione bidirezionale.
Allo stesso tempo, i cavi in fibra ottica non sono mai stati un fattore limitante per la velocità. Sono sempre i ricetrasmettitori utilizzati che si basano sull'elettronica per convertire i segnali elettrici in luce e che devono affrontare vari ostacoli, come la frequenza di commutazione, i tempi di salita e discesa e l'amplificazione.
Cosa possono fare le fibre ottiche per lo spazio intelligente del futuro?
L'applicazione di gran lunga più importante delle fibre ottiche negli spazi intelligenti è la sostituzione dei cavi Ethernet. Sebbene questi ultimi possano supportare la trasmissione a lunga distanza, le fibre ottiche non presentano gli stessi problemi di integrità del segnale dei cavi Ethernet e non subiscono interferenze locali da parte di apparecchiature elettroniche. Per questo motivo, i cavi in fibra ottica possono essere utilizzati a distanze estreme mantenendo la piena integrità del segnale.
L'assenza di interferenze rende le fibre ottiche più resistenti agli attacchi man-in-the-middle. Mentre i cavi Ethernet possono essere parzialmente aperti, esponendo i conduttori e monitorandoli senza mostrare alcun segno, i cavi in fibra ottica non possono subire attacchi di questo tipo. Nel momento in cui il cavo viene spezzato, l'azione viene rilevata da entrambi i relativi lati ed è impossibile leggere i dati che attraversano una fibra ottica senza tagliarla a causa della riflessione interna totale. Per questo motivo, la fibra ottica è ideale per garantire la sicurezza delle reti che possono trasmettere informazioni sensibili.
Anche gli spazi intelligenti possono sfruttare le tecnologie in fibra ottica, utilizzando collegamenti in fibra ottica per unire tra loro i punti di accesso della rete WLAN. L'uso di tali connessioni permette di fare fronte all'aumento della domanda, ma la fibra ottica è anche a prova di futuro; ciò significa che la sostituzione dei singoli punti di accesso non richiede alcuna modifica alla rete in fibra ottica sottostante. In questo modo, gli spazi intelligenti formati da migliaia di dispositivi potranno fare fronte alle richieste di rete. Questo sarà particolarmente importante se i sensori installati richiedono un uso intensivo di dati, come microfoni e telecamere.
Oltre a migliorare le larghezze di banda, i cavi in fibra ottica sono anche molto più piccoli e leggeri e quindi più facili da installare. Inoltre, nel complesso i cavi in fibra ottica sono probabilmente più economici di quelli in rame se si considera che raramente richiedono un aggiornamento quando si passa a velocità più elevate. Gli spazi intelligenti possono quindi investire più denaro nella creazione di un sistema di qualità che durerà per decenni.
Quali sono le attuali soluzioni per i sistemi in fibra ottica?
Attualmente esistono numerosi fornitori di apparecchiature per sistemi in fibra ottica, tra cui Samtec e Sylex. Sylex offre diverse soluzioni per gli spazi intelligenti, tra cui fibre ottiche, interconnessioni e sistemi di pannelli che possono essere sfruttati per l'uso in spazi intelligenti in cui sono necessari migliaia di sensori connessi.
È particolarmente interessante la gamma di soluzioni per cavi LC-LC, che combina fino a 24 fibre ottiche singole in un unico cavo, terminate ad entrambe le estremità. Questo permette di realizzare installazioni ad alta densità in cui un unico cavo sottile viene utilizzato per trasportare i dati di 24 canali di comunicazione diversi.
Allo stesso tempo, l'FTTA (Fiber To The Antenna) di Sylex fornisce soluzioni di rete per sistemi cellulari come il 4G e il 5G. Queste possono aiutare a migliorare l'integrità del segnale tra sistemi di antenne e processori di dati, contribuendo ulteriormente ad aumentare la larghezza di banda dei dati delle reti cellulari private.
Le reti IoT del futuro e la fibra ottica
Continuando a operare su tecnologie di rete tradizionali, probabilmente i dispositivi IoT si troveranno presto in difficoltà. Poiché l'Ethernet può supportare solo una determinata larghezza di banda e le reti wireless, come il Wi-Fi, vengono congestionate rapidamente, le reti IoT del futuro dovranno orientarsi verso le soluzioni in fibra ottica, soprattutto per l'implementazione di reti 5G private.
I cavi in fibra ottica sono in grado di supportare larghezze di banda al di là di ogni comprensione, sono resistenti agli attacchi informatici e naturalmente a prova di futuro, dal momento che qualsiasi rete che utilizza la fibra ottica è facilmente aggiornabile senza apportare modifiche ai cavi. È persino possibile che l'umanità non sarà mai in grado di sfruttare al massimo le capacità di larghezza di banda delle fibre ottiche, limitate unicamente dall'elettronica utilizzata per implementarle.
