Quanto può essere veloce Internet in fibra ottica?

Non è un segreto che Internet è in costante miglioramento. Una connessione che 10 anni fa dava al tuo business vantaggi all’avanguardia, oggi sarebbe un serio ostacolo.

Siamo passati dai 56 Kbps del dial-up, ai primi 1 Mbps a banda larga, ai più veloci 50 Mbps in rame, fino alle nostre moderne connessioni in fibra ottica da 1 Gbps. I film che una volta richiedevano giorni per essere scaricati ora richiedono pochi secondi attraverso la moderna fibra ottica.

La domanda ovvia è: fino a che punto possiamo spingerci?

La velocità di Internet si è moltiplicata di 100 volte ogni 10 anni, e non sta rallentando. Ci sono stati test di laboratorio di cavi che vanno da 10 terabit a 1-2 petabit al secondo (1000 terabit). Queste nuove ipervelocità sono tutte merito di certe caratteristiche della fibra ottica, ma per capirlo, bisogna prima vedere come funziona la fibra.

Come si ottiene Internet attraverso la fibra di vetro?

La fibra ottica funziona inviando dati come impulsi di luce attraverso una fibra di vetro. Abbastanza semplice. Ma come funziona effettivamente questo processo?

A un’estremità di un cavo a fibre ottiche, un laser o un LED trasmette i dati sotto forma di luce. All’altra estremità del cavo, ci sono dei recettori sensibili alla luce che interpretano quella luce come dati. Pensate che sia impressionante? Aspettate di sentire cosa succede all’interno del cavo stesso.

Un nucleo di fibra ottica è un filo di fibra di vetro avvolto in un rivestimento protettivo chiamato rivestimento. La luce può viaggiare attraverso questo nucleo senza essere alterata, e quindi senza che i suoi dati siano distorti, a causa di una proprietà chiamata “riflessione interna totale”.

Funziona così: finché la luce colpisce il vetro con un angolo abbastanza basso, la luce si rifletterà senza perdere alcuna energia. Per questo motivo, la luce può andare da un’estremità all’altra del nucleo senza mai cambiare la sua lunghezza d’onda.

Fibre monomodali e multimodali

Ci sono due grandi categorie di nuclei di fibra che determinano come la luce può viaggiare attraverso il cavo. La categoria che comprende la maggior parte dei cavi in tutto il mondo, compresi quelli che corrono sul fondo dell’oceano, è chiamata monomodale.

Nel monomodale, c’è solo un percorso, o “modalità”, lungo il quale la luce può viaggiare. I nuclei multimodali sono l’altra categoria, e assomigliano più a un circo di divertimenti, con fasci di luce che viaggiano lungo una varietà di percorsi attraverso il nucleo.

In teoria, aumentare il numero di modalità lungo le quali la luce può viaggiare dovrebbe aumentare la quantità di dati che si possono inviare contemporaneamente, ma ci sono vincoli pratici al trasferimento multimodale che limitano quanto lontano si possono inviare dati in modo affidabile.

Se hai un raggio di luce che viaggia in linea retta lungo il nucleo, e un altro che rimbalza con un angolo più ripido, il raggio in linea retta raggiungerà la sua destinazione per primo. Su una breve distanza (come all’interno di un edificio) questo non è un grosso problema, ma su distanze maggiori la differenza di tempo è esacerbata.

Questa differenza, chiamata “dispersione modale”, distorce i dati che il cavo sta trasferendo. Poiché la maggior parte delle aziende ha bisogno di inviare dati più lontano del secondo piano, la stragrande maggioranza dei cavi sono monomodali.

Come stiamo rendendo il monomodale superveloce

Non siamo ancora a corto di larghezza di banda (migliaia di chilometri di cavi in fibra ottica già posati sono inutilizzati, ciò che viene chiamato “fibra oscura”), ma con la storia di Internet di rapida crescita, è sempre meglio pianificare in anticipo. E poiché abbiamo già coperto gran parte del mondo con cavi in fibra ottica monomodale, la nostra migliore opzione sembra essere quella di ottimizzarli.

Un modo in cui questo viene fatto è con il multiplexing a divisione di lunghezza d’onda. Provate a dirlo 10 volte più velocemente.

Noi differenziamo il colore in base alla lunghezza d’onda della luce. I recettori sensibili alla luce nei cavi a fibre ottiche scompongono la luce in modo simile, differenziando tra le diverse bande di lunghezza d’onda. Per questo motivo, anche se c’è solo una modalità disponibile in un nucleo, diverse lunghezze d’onda possono essere “raggruppate” insieme nella stessa modalità.

Una nuova tecnologia chiamata “griglia flessibile” ha trovato un modo per raggruppare diverse lunghezze d’onda in modo ancora più efficiente, portando a velocità di trasmissione di 1,4 Tbps utilizzando cavi monomodali esistenti. A questa velocità, sareste in grado di scaricare 44 film in HD in un secondo.

Per quanto riguarda i detentori del record mondiale

Di recente, è stato stabilito un nuovo record per la capacità della fibra, con un clock di 2,15 Pbps. Questo risultato ha combinato due tecnologie: i cavi single mode multicore e lo spatial dimension multiplexing (SDM).

I cavi multicore sono proprio quello che il loro nome suggerisce – cavi che inseriscono più nuclei in un singolo rivestimento per consentire un maggiore trasferimento totale di dati senza i problemi di distanza del multimodo. Recentemente, un cavo a 8 nuclei ha trasmesso a 9,6 Tbps.

SDM è un po’ più complicato. Abbiamo parlato di trasmettere la luce ad angoli diversi, ma non in forme diverse. È qui che entra in gioco SDM.

In questo caso particolare, stiamo parlando di vortici ottici. Usando il momento angolare orbitale (si pensi alle rivoluzioni della Terra intorno al sole), un raggio di luce può essere “piegato” in un’elica, a spirale intorno al nucleo. Questo permette agli scienziati di inserire più fasci in un cavo, il che significa che possono essere trasmessi più dati.

Perché le fibre monomodali tradizionali non sono capaci di SDM, è necessario utilizzare un cavo multicore. Nel caso del gruppo del record mondiale, questo cavo aveva 22 nuclei.

Combinando questo cavo con il bundling di multiplexing a divisione di lunghezza d’onda e SDM, i ricercatori hanno distrutto il record mondiale. Per contestualizzare, a 2,15 Pbps si potrebbe scaricare l’intera opera scritta dell’umanità, in tutte le lingue, in circa tre minuti.

Quindi, quando avremo il nostro Internet velocissimo?

Potrebbe passare un po’ di tempo prima di vedere una di queste velocità di download in petabit. Tali velocità richiederebbero la sostituzione di tutta la fibra già posata, il che sarebbe follemente costoso.

Tuttavia, la fibra commerciale attuale può ancora raggiungere facilmente la velocità di gigabit, e con i progressi dei cavi in fibra esistenti, come la “griglia flessibile”, possiamo aspettarci aumenti nell’ordine di 100 gigabit al secondo, forse anche rompendo nella gamma dei terabit, in un futuro non così lontano.

Questi progressi non sono ancora disponibili in commercio, il che significa che per ora dovrete arrangiarvi a scaricare film in secondi invece che in millisecondi, ma non preoccupatevi. Questo futuro è sempre più vicino di quanto si pensi.