В американской Bell Labs (Лаборатории Белла) были сделаны открытия, без которых не было бы интернета. Судите сами: 1947 год — транзистор и принципы сотовой связи, 1958-й — лазер, 1962-й — первый спутник связи, 1979-й — цифровой сигнальный процессор (DSP) на одном чипе, который предопределил развитие мультимедийных ПК. А еще ученые Ball Labs были в числе первых, кто научился делать оптический кабель, маршрутизаторы и DSL-модемы. Лаборатория долгие годы была не только главной американской кузницей инноваций в связи, но и признанным мировым научным лидером. Продолжалось это до тех пор, пока она входила в состав национального телекоммуникационного монстра AT&T, который и производил оборудование, и оказывал услуги связи. Демонополизация 1996 года приписала Ball Labs к компании Lucent Technologies, которая была образована из производственных активов AT&T и отпущена в мир свободной конкуренции. Кризис доткомов 1999–2000 годов сильно подкосил Lucent Technologies, а в 2006-м она вообще слилась с французской Alcatel. Конечно, такие пертурбации не смогли не сказаться на сфере исследований Bell Labs — она сжалась, ученым порекомендовали сфокусироваться на практических вопросах. И тем не менее обычным R&D-подразделением не самой большой телекоммуникационной компании Bell Labs не стала. В ней и по сей день сохранился дух нобелевских лауреатов, коих из лаборатории вышло более десятка, и по сей день она считается одной из лучших инновационных организаций в мире телекома, а значит, и интернета. О новых технологиях в сети мы беседуем с одним из ведущих мировых физиков-оптиков, обладателем 35 патентов, главой Bell Labs и главой исследований Alcatel-Lucent Родом Алфернессом.

— Интернет возник вследствие бурного развития отрасли телекоммуникаций в прошедшем столетии. Какие инновации привели к нынешнему состоянию информационной среды?

— Интернет возник потому, что компьютерам пришла пора общаться друг с другом. Конечно, это понадобилось людям, но понимать друг друга предстояло научить машины, которые мыслят совершенно по-другому. Чтобы общаться, компьютерам не нужен режим реального времени, так как они обмениваются между собой дискретной информацией. Машинам важнее целостность передаваемых данных и возможность восстановить эту целостность. Им идеально подошла коммутация пакетов в сетях передачи данных. Именно переход к ней от коммутации каналов и стал основой, на которой развилась сеть интернет. Удивительно, но факт: интернет появился в конце ХХ века, когда сети с коммутацией каналов достигли своего пика и поддерживали высочайшее качество голосовой связи. Почему? Просто компьютерам понадобилось общаться друг с другом (см. «Коммутация пакетов и коммутация каналов». — «Эксперт»).

Не менее важную роль в доведении всемирной сети до сегодняшнего уровня сыграли оптические сетевые технологии, возникшие в тот же период. Именно они позволили строить экономичные, эффективные, высокоемкие сети во всем мире. И далеко не последнее значение имело активное развитие протоколов и алгоритмов.

Развитие технологий привело к тому, что пакетная коммутация стала наиболее эффективной для абсолютного большинства типов трафика, передаваемого по сетям связи.

— Вы говорите, что пакетная коммутация наиболее эффективна, но в новой технологии мобильной связи LTE пока осуществима только передача данных, вопрос с передачей голоса с гарантированным качеством остается открытым. Вендоры и операторы рассматривают несколько моделей и пока выбор не сделали. А вы как над этим работаете?

— Bell Labs многое сделала для разработки технологий передачи голоса поверх IP. В частности, для разработки IMS (англ. IP Multimedia Subsystem — мультимедийная подсистема на базе протокола IP. — «Эксперт»), которая выходит за рамки VoIP (англ. Voice over IP — передача голоса в IP-сетях, например интернет. — «Эксперт»), делая возможной конвергенцию фиксированных и мобильных коммуникационных устройств, мультимедийных приложений.

Сейчас технология LTE находится в состоянии развития. В Bell Labs мы работали над вопросом передачи голоса в сетях LTE, и у нас есть несколько идей, какие типы решений были бы наиболее эффективны. Вообще, научных разработок, доведенных до конкретных решений, здесь достаточно. Это лишь проблема выбора операторов и производителей оборудования.

— Существует такая оценка мировой сетевой инфраструктуры: резервы беспроводных сетей связи превышают потребность человека, в то время как проводной инфраструктуры не хватает. Дефицит «проводов» на рынке составляет от пяти до семи процентов. Вы согласны с такой оценкой? Как вы видите решение этой проблемы?

— Да, ситуация примерно такая. Насчет цифр утверждать не берусь, но Bell Labs всегда говорила о том, что беспроводные сети будут развиваться тогда и только тогда, когда повсеместно будет доступная, высокоемкая и экономичная проводная инфраструктура.

Сейчас как корпоративные заказчики, так и частные пользователи стремятся получить максимально широкий канал для потребления тяжелого контента, в частности видео. Поэтому операторы будут продолжать развивать оптоволоконную и медную инфраструктуру для предоставления широкополосного доступа. Что мы делаем для них? Только за последние несколько месяцев мы достигли серьезных результатов в области технологий доступа. Мы продемонстрировали так называемый «фантомный вид» DSL, который эффективно повышает емкость медных проводов, увеличивая ее в пять раз и за счет этого делая реальной доставку видео, голоса и других услуг просто по медной паре. Еще одна технология — пассивные оптические сети. Она будет использоваться, чтобы доставлять по оптоволокну широкополосные услуги со скоростью 10 гигабит в секунду непосредственно в дома пользователей.

Для уже имеющейся в офисах и дома инфраструктуры мы разработали фемтосоты. Это небольшие базовые станции, которые могут быть подключены к домашнему или офисному проводному каналу. Они получают сигнал через проводной интернет от оператора и по беспроводным каналам раздают его внутри дома или офиса. Поскольку фемтосоты передают сигналы внутри зданий в местной сети и не используют макросеть оператора, операторы могут существенно сэкономить на стоимости инфраструктуры.

Причина возникновения малых сот — всевозрастающая нехватка частотных ресурсов и увеличивающаяся потребность в мобильности. Нам надо более эффективно переиспользовать имеющиеся у нас ограниченные частоты. Конечно, движение в этом направлении вызывает определенные проблемы. Существенным ограничением выступает интерференция, которая образуется в результате размещения большого количества базовых станций и антенн в непосредственной близости друг от друга. Для решения этой проблемы в Bell Labs разработана техника «сетевого MIMO» (англ. Multiple Input Multiple Output — технология передачи данных с помощью множества антенн в приемнике и приема с помощью множества антенн в передатчике. — «Эксперт»). Сетевое MIMO успешно снижает интерференцию в беспроводных сетях и увеличивает их эффективность, четко координируя передачу и прием сигналов в множественных точках доступа. Таким образом одно пользовательское устройство может принимать сигнал сразу нескольких базовых станций. Мы уже провели испытание «сетевого MIMO» в сетях LTE в ряде немецких городов. Преимущества, которые дает «сетевое MIMO», состоят в том, что пользователи получают одинаковую производительность и качество при доступе к видео и другим ресурсоемким услугам независимо от того, где они находятся — в центре соты LTE или на ее периферии.

— А что сейчас является самым узким местом мировой сетевой инфраструктуры? Транспортные сети?

— Десять лет назад, когда лопнул пузырь доткомов, казалось, что оптоволоконной инфраструктуры хватит на многие годы вперед — настолько она была избыточна. Сейчас уже никто так не считает. Спрос на услуги сетей магистральной связи в США и во всем мире растет на 40–60 процентов в год. За десять лет получается рост спроса в 100 раз! Поэтому нам нужно не просто удовлетворять этот спрос, наращивать емкость сетей, но и делать это экономично. Недавно компания Alcatel-Lucent объявила о новой технологии, поддерживающей скорость передачи данных 100 гигабит в секунду на одной длине волны. Я уверен, что через пять, может быть, семь лет мы сможем достичь уже одного террабита в секунду. Если посмотреть назад, можно увидеть, что сетевая емкость и пропускная способность оборудования как раз и возрастала примерно в 100 раз каждое десятилетие. Мы считаем, что если нынешние темпы роста сохранятся, то на протяжении следующих десяти лет нам тоже нужно будет достичь увеличения пропускных характеристик сетей в 100 раз.

Но развитие технологии на самом деле идет не равномерно, а волнами. И всегда возникает узкое место, сейчас им являются трансконтинентальные кабели.

— По объему генерируемого трафика видео уже стало основным источником роста нагрузки на сетевую инфраструктуру, и интерес к нему продолжает повышаться. Сети, образно говоря, не лопнут?

— Действительно, видео сейчас доминирует в сетях и генерирует огромные объемы трафика. Это потому, что очень много людей не только начинают принимать или загружать видеоматериалы из сети, но и начинают рассылать их или размещать. И я не вижу в краткосрочной перспективе никаких предпосылок к изменению ситуации. На YouTube, вне всякого сомнения, будет все больше и больше видеороликов все более и более высокого разрешения.

Операторы будут вынуждены поддерживать растущие нагрузки. Сейчас многие операторы, наши заказчики, видят, что они предоставили абонентам безлимитные каналы за фиксированную плату, теперь же интенсивность использования каналов нарастает. А повысить цены из-за конкуренции они не могут. В ближайшее время, с появлением видео высокой четкости, ситуация только ухудшится. Мы пытаемся как-то смягчить удар по инфраструктуре, например, за счет использования локальных сетевых хранилищ. Подобного рода решения должны снизить количество передаваемого по магистральным каналам трафика за счет стратегического, локального кэширования информации в непосредственной близости от конечного пользователя. Это один из вариантов.

К сожалению, все большую долю в трафике будет занимать видео, передаваемое в реальном времени, где кэширование просто неприменимо. В частности, уже сейчас внедряются видеоконференции такого качества, что они обеспечивают эффект присутствия (но при этом потребляют огромное количество ресурсов). По моему мнению, ценность телеприсутствия гораздо выше, чем любительских клипов с YouTube. Если такие видеоуслуги будут развиваться, тогда, возможно, у конечных пользователей появится готовность дополнительно платить за гарантированное качество.

Для операторов самая важная задача в этих условиях — построить такую сеть, которая могла бы обеспечить качественное оказание таких по-настоящему ценных, полезных и нужных услуг, за которые пользователи готовы были бы заплатить дополнительные деньги. А операторы, соответственно, могли бы полученную прибыль инвестировать в дальнейшее развитие сети.

— Видеозвонки с помощью Skype или телефона с фронтальной камерой набирают популярность. Каков ваш прогноз по поводу развития этих видов видеосвязи в сегменте частных пользователей?

— Как дедушка, я считаю, что эти технологии будут развиваться и на рынке индивидуальных пользователей. Подчеркиваю, что выражаю свое личное мнение, а не мнение компании. Хотя я работаю в Bell Labs и знаю, что многие мои коллеги считают очень важным развивать инверсивные технологии, которые буквально погружают человека в виртуальную среду, создавая впечатление личного присутствия на виртуальной встрече. Это важно для общения один на один и очень хорошо применимо для общения в малых группах. Когда такие нюансы общения, как мимика, жесты и все остальное, передаются с высоким разрешением, это позволяет людям гораздо лучше понимать друг друга. Общение идет гораздо тоньше и естественнее. Но мы хотим, чтобы эта технология развивалась не за счет поглощения огромных объемов полосы пропускания, а за счет использования интеллектуальных функций.

Что касается мобильных видеозвонков, то здесь я опять не могу что-либо предсказывать или прогнозировать, как сотрудник Bell Labs. Так что поделюсь личной позицией. Возможно, в семейном общении количество видеозвонков будет возрастать. Тем более что появляются такие устройства, как Apple iPhone (речь идет об iPhone 4, который оборудован фронтальной камерой. — «Эксперт»), располагающие к использованию новых возможностей.

— Сейчас идет разработка технологий для связи различных электронных устройств с помощью оптического кабеля — например, Intel разрабатывает Light Peak. Вы считаете, медные кабели уже исчерпали свои возможности? Каковы перспективы использования оптического кабеля на таких «малых» расстояниях?

— По мере роста вычислительных мощностей высокоскоростная связь на коротком расстоянии становится все более актуальной. Поэтому над созданием «короткого» оптического интерфейса работают многие компании. Мы в Bell Labs попытаемся объединить «кремниевые» и оптические технологии для реализации высокоскоростных оптических соединений на коротких расстояниях. Все, что касается передачи данных со скоростью около 100 гигабит в секунду, — это оптические технологии. Я думаю, недалеко то время, когда даже соединение между оборудованием в монтажных стойках будет полностью оптическим (сейчас пока это мало где используется). Некоторые считают, и я в том числе, что соединения между чипами на платах тоже будут оптическими.

Но я не думаю, что мы полностью исчерпали емкость и потенциал медных кабелей. «Фантомный вид» DSL, решение, разработанное и недавно продемонстрированное Bell Labs, служит подтверждением этому.

— Каковы сейчас основные направления исследований Bell Labs?

— Наши исследования типичны для телекоммуникационной компании. Мы занимаемся изысканиями и в области фундаментальных наук, таких как физика, оптика, математика, и различных компьютерных технологий: радиодоступ, проводная, беспроводная и оптическая широкополосная передача данных. Ищем решения и в сфере сервисной инфраструктуры сетей передачи данных, ведем исследования в области корпоративных и пользовательских приложений. Практически все исследования Bell Lab носят междисциплинарный характер — мы собираем в одних группах людей разных специальностей, что позволяет нам решать действительно сложные задачи и обмениваться неожиданными идеями. Например, над технологией «сетевого MIMO», о которой я уже говорил, работают и физики-оптики, и специалисты по радиодоступу, и эксперты по общей сетевой архитектуре, фактически люди трех разных специализаций — над одной технологией.

Исследованием оптической пакетной коммутации у нас занимаются специалисты по оптике, по сетям и математике. Оптическая передача данных имеет много сильных сторон — это высокая скорость, устойчивость к электромагнитным полям, высокая дальность передачи данных без усиления. Но если мы говорим о коммутации пакетов, необходимо поддерживать очереди — каким-то образом хранить данные, закодированные светом. А хранение данных не самая сильная сторона оптики, я бы даже сказал, это ахиллесова пята оптических технологий. Поэтому одной из основных задач в области пакетной маршрутизации является разработка новой архитектуры для минимизации потребностей в хранении данных при пакетной коммутации. Заметьте, мы работаем над решением двух задач: с одной стороны, хранение оптических данных, с другой — сведение необходимости хранения к минимуму.

— В процессе междисциплинарных изысканий появляются неожиданные решения второстепенных или не относящихся к основной изучаемой проблеме задач. Может быть найдено нечто оригинальное, но без видимого коммерческого потенциала. Что дальше происходит с такими решениями в Bell Labs?

— Здесь несколько аспектов. Действительно, в процессе кросс-дисциплинарных исследований появляются порой очень неожиданные результаты. Политика Bell Labs в отношении таких побочных результатов такова: мы даем возможность исследователям, когда такие идеи появляются, продолжить их изучение. Сразу возникает вопрос: а как же бизнес? Подобные исследования могут завести ученых порой в такие дебри, что результаты вообще никак невозможно применить в коммерческом плане, а ресурсы на деятельность уходят. Для этого мы в Bell Labs ведем своеобразную внутреннюю венчурную деятельность. Мы можем взять идею, которая нам кажется привлекательной, самостоятельно построить продукт и испытать его на рынке.

— Что вы думаете по поводу проекта «Сколково»? Многим, в том числе и в России, кажется, что этот проект обречен уже потому, что главную роль в нем играет государство. Как вы оцениваете перспективы проекта?

— Я, конечно, не хиромант, предсказывать будущее не могу. Но скажу так, самое важное — это дух предпринимательства. Если какой-то проект, в том числе «Сколково», стимулирует проявление духа предпринимательства, значит, все будет отлично. Если эффект достигнут, то не важно, кто занимается проектом — правительство, коммерческие компании, не важно — успех будет.

Мы в Bell Labs придаем огромное значение стимулированию духа предпринимательства. Пять лет назад тогда только что назначенный президент Bell Labs Джеонг Ким начал внутреннюю венчурную деятельность — организовал технологический инкубатор, чего в Bell Labs раньше не было. Цель создания венчурной группы заключалась в том, чтобы помочь формированию предпринимательской культуры и ускорить нашу работу.

При этом суть Bell Labs не изменилась. Мы, безусловно, остаемся научно-исследовательским подразделением, но теперь наши сотрудники очень хорошо понимают проблемы, с которыми сталкивается компания, когда берет идеи и пытается их превратить в реальные коммерческие продукты.