Communicatie via glasvezel stevent af op een door de natuurkunde opgelegde bovengrens. “Als we niet snel nieuwe technologie bedenken, dan kunnen we verdere versnelling van optische communicatie wel vergeten”, schrijft dr. David Richardson van Southampton University in het artikel ‘Filling the light pipe’ in het gerenommeerde tijdschrift Science. “Zonder radicale innovatie in de netwerkinfrastructuur – oftewel verbeteringen in de fysieke eigenschappen van de glasvezels en de optische versterkers – stevenen we af op een ‘capacity crunch’; dat zou de toekomstige groei van het internet ernstig kunnen beperken, en sociale en politieke gevolgen kunnen krijgen.”

Groei botst op capaciteit
Twee ontwikkelingen zijn verantwoordelijk voor de dreigende problemen. Enerzijds is steeds meer bandbreedte over grote afstanden nodig, met name door de groei van het videoverkeer. “We hebben elk jaar te maken met 40 procent groei in het dataverkeer, zo blijkt uit een onderzoek van Cisco”, aldus Richardson. De groei komt vooral vanuit de hoek van de sociale netwerken en platforms zoals YouTube.

Anderzijds lijkt de maximale doorvoercapaciteit van glasvezel in zicht te komen. Die capaciteit wordt uitgedrukt in de maat bits/seconde per hertz (b/s/Hz). In proefprojecten zit men nu al op een niveau van 8 b/s/Hz. Maar daarvoor zijn hoogstandjes nodig op het gebied van golflengtemultiplexing – het versturen van verschillende signalen tegelijk door een glasvezel op ieder hun eigen golflengte. Daar zit niet al te veel ruimte meer in. De maximumdoorvoercapaciteit van glasvezel ligt in de buurt van de 10 b/s/Hz per kanaal, denken wetenschappers.

Meer kandidaten voor R&D De oproep van Richardson voor meer onderzoek wordt in de wereld van glasvezeldeskundigen wel begrepen. Maar nieuwe materialen om glasvezels een hogere doorvoercapaciteit te geven, zijn niet de enige kandidaat voor onderzoeks- en ontwikkelingsgeld. Dr. Alain Bertiana van de Fibre Division van Draka in Frankrijk wijst op de noodzaak van verbetering van lasers en detectoren. “In 2000 hadden we systemen met een capaciteit van 0,1 b/s/Hz en nu, tien jaar later, zitten we al op bijna 2 b/s/Hz. Als we de waarde 10 bereiken, hebben we een maximumsnelheid van zo’n 2 petabits per seconde. De kunst is om die signalen om te zetten van elektrisch naar optisch en weer terug, zonder heel veel geld uit te geven. De research zal zich dáár op moeten toespitsen en niet in eerste instantie op nieuwe glasvezels.” Ook Edgar Aker, directeur Productmanagement bij Draka Nederland, meent dat het onderzoek niet beperkt moet blijven tot de glasvezel. “Er wordt wel degelijk onderzoek gedaan en niet zo’n beetje ook. Maar omdat de glasvezel steeds verder oprukt in allerlei netwerken, kunnen we ons niet beperken tot alleen onderzoek dat de capaciteit van de glasvezels moet vergroten”, zegt Edgar Aker. Hij wijst daarbij onder andere op projecten zoals fiber-to-the-home (FttH). Aker: “Bij communicatie over korte afstand is bandbreedte ondergeschikt. Dan zijn zaken zoals een grote soepelheid van de glaskabel en een makkelijke aansluiting van groot belang om ervoor te zorgen dat een glasvezelnet tegen aanvaardbare kosten kan worden aangelegd.”

Vercommercialisering van de technologie die nu in de proefprojecten is ingezet, zal nog enkele jaren speelruimte geven, maar onvoldoende om de problemen op termijn voor te blijven, meent Richardson. Daarvoor zou in zeven jaar een toename met een factor 10 nodig zijn, en die ruimte biedt de huidige technologie niet. “Nieuwe materialen zijn onontbeerlijk. Er moet meer onderzoek in die richting worden gedaan.”

Bijplaatsen kabels erg duur
Een voor de hand liggend idee om het door Richardson gesignaleerde probleem te tackelen, is het bijplaatsen van een kabel. Volgens Richardson is dat uit beheersoogpunt en vanwege de kosten onwenselijk. Edgar Aker, directeur Productmanagement bij Draka Nederland, geeft hem daarin gelijk. “Glasvezels zelf vormen niet de grootste kostenpost. Het meeste geld bij de exploitatie van glasvezelnetten gaat naar de apparatuur die ervoor zorgt dat de digitale signalen goed de kabel in- en uitkomen. Aan het begin zit een laser, die elektrische pulsen omzet in lichtpulsen en aan het uiteinde bevindt zich een detector, die het omgekeerde proces uitvoert. En om de zoveel kilometer moet een repeater in de kabel worden opgenomen, een apparaat dat de verzwakte lichtpulsen weer oppoetst en het volgende kabelsegment in stuurt. Exploitanten van kabels hebben een hekel aan die repeaters; ze vreten energie en vergen aanzienlijk meer onderhoud dan de kabels zelf. Tegenwoordig moet om de 80 à 100 kilometer kabel zo’n repeater worden gebruikt.” Als je de bandbreedte zou proberen te vergroten met een extra kabel, verdubbelen die kosten en inspanningen nog.

Bovendien kan er ruimtegebrek optreden, stelt Aker. “Volgens internationale afspraken mogen onderzeese kabels niet dichter bij elkaar liggen dan 500 meter. Dat vormt een probleem in gebieden waar veel zeekabels liggen. Daar kan er niet zomaar eentje bijgelegd worden.”

Alternatieven niet echt aantrekkelijk
Behalve naarstig op zoek gaan naar een optoëlektronische doorbraak kan ook geprobeerd worden het verkeer te reguleren door een voorkeursbehandeling tegen extra betaling. Kanalen met hoge bandbreedte hebben een forse prijs en het is denkbaar dat de exploitanten van een netwerk dat gaan doorberekenen aan hun gebruikers. Wie per se video in hd vanaf de andere kant van de wereld op zijn scherm wil hebben, betaalt daar een premiumbedrag voor.

Een alternatief is een tussenmodel waarbij content op verschillende plaatsen dicht bij de gebruikers wordt opgeslagen om het verkeer over de netwerken te reduceren. “Het opslaan van grote hoeveelheden data is veel makkelijker en goedkoper dan het verzenden ervan over grote afstand.” Dat vraagt natuurlijk ook investeringen van de internetserviceproviders, maar dankzij de dalende opslagkosten minder dan uitbreiding van het netwerk zou kosten. “Uiteindelijk zullen we allemaal moeten wennen aan het idee dat bandbreedte (net als water en energie) een waardevol goed is dat we met wijsheid moeten gebruiken”, besluit Richardson.