Home > ICT-onderzoek NL > NOAG-ict > Themas > De genetwerkte wereld

De genetwerkte wereld

Themabeschrijving
Een netwerk is het medium bij uitstek voor communicatie. Naast de computer kan het internet als de grootste realisatie van de informatierevolutie worden gezien. De structuur, bouw en eigenschappen van de vele soorten communicatienetwerken die er in de toekomst gaan komen, vormen het centrale onderwerp van dit thema.
Er is veel aan het veranderen op netwerkgebied, gestimuleerd door de enorme opkomst van draadloze telefonie en het internet, maar ook dankzij de hoge vlucht die de Micro- en Opto-elektronica, de Telecommunicatie en de Microsysteemtechnologie hebben genomen. Deze disciplines verschaffen de basistechnologie. Ook de Informatica heeft een doorslaggevende invloed gehad op het onderzoek naar netwerken en hoe ze gerealiseerd kunnen worden.
Er zijn vele manieren om de ?genetwerkte wereld? te benaderen. De meest populaire is het OSI-lagenmodel. In iedere OSI-laag zijn er belangrijke ontwikkelingen:
In de fysieke laag en de data link laag gaat het om hogere frequenties en bandbreedten, hogere afhandelingsnelheden, volledig optisch en ultrasnel schakelen, en multihopnetwerken van intelligente sensoren en actuatoren. Tevens is er de wens om intelligentie in te bouwen in ieder mogelijk device. Dit moet zo compact mogelijk, zodat de apparaten zo weinig mogelijk energie verbruiken. Verder is er de wens om de draadloze en de accessomgeving zo efficint mogelijk uit te baten, gebruikmakend van alle beschikbare dimensies (space-time-frequency-code) in de volle breedte. Deze omgevingen moeten functioneren als n naadloos, ad hoc-continum, dat ook nog ?context aware? is en op een ?cognitieve manier? met de omgevingsinformatie omspringt.
De technologie voor het ontwikkelen van de transport-hardware en de bijbehorende software voor ?De genetwerkte wereld? is de breedbandtelecommunicatietechnologie. Hierbinnen zijn drie hoofdgebieden te onderscheiden:
Optische communicatietechnologie. De transmissiecapaciteit van licht als informatiedrager kan voor het komende decennium als vrijwel onbegrensd worden beschouwd. Met de groei van het dataverkeer ontstaat er echter een bottleneck in de routers, waar de datapakketten elektronisch geschakeld worden. Om ook in de toekomst de groei van het dataverkeer op te kunnen vangen zullen in deze routers de datapakketten in het optische domein moeten worden geschakeld, zonder tussenkomst van (veel langzamere) elektronica. Ultrasnel optisch schakelen (Terabit/s) in combinatie met massief optisch parallellisme, dat mogelijk wordt gemaakt door het gebruik van golflengte als extra dimensie, vormt daarom een belangrijk onderzoeksgebied binnen dit thema.
Draadloze communicatietechnologie. Alle apparatuur zal in de toekomst draadloos verbonden zijn met het netwerk. De draadloze communicatie zal verschuiven naar veel hogere frequenties (40 en 60 GHz of nog hoger), waardoor een veel groter aantal gebruikers parallel gebruik kan maken van deze kanalen. Basisbandbewerking van de zeer breedbandige signalen alsmede de netwerktheoretische aspecten van deze netten vormen een belangrijk onderdeel van dit thema. Een tweede belangrijk onderwerp is de ontwikkeling van slimme antennes, die de gebruikers kunnen volgen en daardoor met veel minder zend- en ontvangvermogen toe kunnen.
Integratietechnologie. Analoog aan de ontwikkeling binnen de micro-elektronica zullen ook binnen de breedbandige draadloze en optische communicatie de kostprijzen en het energieverbruik continu verlaagd moeten worden, zodat aan de toenemende vraag naar bandbreedte en functionaliteit kan worden voldaan. Het omvat zowel optische als micro-elektronische integratietechnologie, alsmede de integratie van deze beide in een nieuwe technologie.
In de netwerklaag, de transportlaag en de sessielaag willen we zowel naar veel kleiner als naar veel groter. We willen alles wat ook maar enigszins met een beetje intelligentie kan worden uitgerust ook laten communiceren, met elkaar en met gebruikers, om zodoende een omgeving van ambient intelligence en peer-to-peer-netwerken te creren. Maar ook het internet kenmerkt zich door nieuwe manieren om met distributed intelligence om te gaan: distributed agent technology, methoden voor netwerkbeheer, het begrijpen van het internet als totaalobject met zijn statistische eigenschappen, optimalisering van verkeer, verlenen van de nodige Quality of Service, het gebruik van het internet als de grootst mogelijke gedistribueerde computer (grids).
Op de hogere lagen (de presentatie- en de applicatielaag) spelen zeer grote uitdagingen. Het beveiligen van het netwerk en de uitgewisselde berichten, het verschuiven van ontwerpbeslissingen naar runtime, het ontwikkelen van open systeemarchitecturen, het overbruggen van de kloof tussen de bedrijfsprocessen en de ICT-systemen, de ontwikkeling van nieuwe services en businessmodellen. Op deze laag worden de winnaars bepaald: dat zijn met name zij die erin slagen snel en effectief nieuwe toepassingen te ontwikkelen en ze betrouwbaar op het net te brengen en te houden.
Een andere dimensie volgt de opeenvolgende generaties van communicatievoorzieningen. Van 2G (het mobiele GSM-netwerk) over 3G (UMTS ? waar spraak, beeld en data keurig gentegreerd zijn) naar het opkomende 4G (wherever, whenever, whatever communication) dat erin moet slagen de internetwereld en de draadloze wereld te verenigen in een naadloos allesomvattend maar ook volledig gedistribueerd systeem.
Onderzoeksuitdagingen
De ontwikkeling van de genetwerkte wereld gebeurt tegen de achtergrond van een microtechnologie, die nog zeker een decennium exponentieel toenemende prestaties zal bereiken, hoogfrequente low-powertechnologie en volledig optische schakeltechnologie in Terabit/s. De integratie van alle niveaus van telecommunicatie (de directe omgeving van de persoon, de draadloze huisomgeving, de access media, de communicatie in de locale omgeving, het achterliggende netwerk, het internet) levert een groot aantal vragen op:
Middellange termijn
  • De ontwikkeling van een hirarchie van communicatieprotocollen voor ambient intelligence in de (draadloze) gebruikersomgeving die zorg dragen zowel voor het ad hoc-karakter van die omgeving als voor de borging van veiligheid en Quality of Service;
  • het uitbuiten van de enorme toename in operating frequency die de moderne elektronica toelaat, met name de ontwikkeling van een compleet functionele draadloze omgeving op 60 GHz;
  • Het ontwikkelen van ultrasnelle optische processoren om de dreigende speed-bottleneck in elektronische routers op te heffen;
  • Het ontwikkelen van een breedbandige access technology, dat is de wijze waarop de locale omgeving toegang krijgt tot het achterliggende netwerk, draadloos en bedraad;
  • De ontwikkeling van het ?PAN? = Personal Area Network. Dit is een communicatienetwerk dat tot op het niveau van de lichaamsfuncties van een gebruiker doordringt, met belangrijke uitdagingen voor een betere quality of life, bijvoorbeeld in de bejaardenzorg;
  • De realisatie van het ?Personal Network?, de projectie van de persoon op het internet, waardoor zijn persoonlijke omgeving reikt tot in alle uithoeken van de wereld.
  • Allerhande nieuwe soorten netwerken, zoals overlay-netwerken, peer-to-peer-netwerken, ad hoc-netwerken, personal area-netwerken, instrumentatienetwerken;
  • Het introduceren van optische technologie voor kortere verbindingen, om te beginnen bij de eindgebruiker (access networks), maar ook binnen apparaten, zoals PC?s, op Printed Circuit Boards (PCB?s) en uiteindelijk op elektronische IC?s, bijvoorbeeld voor het verzorgen van breedbandige communicatie tussen onderdelen van embedded systems;
  • Het ontwikkelen van intelligente low-powertechnologie en cognitieve radiotechnologie die het mogelijk maakt om breedbandige draadloze verbindingen te realiseren met minimaal energieverbuik (onder meer smart antennas en software radio);
  • De realisatie van een ?Services Network?, waarin diensten op een uniforme en intelligente manier kunnen worden gebruikt en beheerd. Hiertoe behoren afspraken voor het representeren en registreren van eigenschappen van diensten, alsmede technische oplossingen voor het vinden, combineren en vervangen van diensten;
  • De realisatie van een infrastructuur en een coherente verzameling technologieoplossingen voor het real-time gebruiken van contextuele informatie ten behoeve van het aanbieden van situationele diensten (vaak aangeduid met de term 'context-aware services').
Lange termijn
  • De vereniging van connect technology met packet technology. Er blijven belangrijke consistentieproblemen liggen die de realisatie van 4G als integrator van technologien bemoeilijkt;
  • Waar liggen verdere fundamentele grenzen, met name voor het verkleinen van de afmetingen, de vermogensdissipatie en de bruikbare bandbreedte in een variteit van toepassingen (zowel elektronisch, draadloos als fotonisch)?
  • Integratietechnologie, geschikte structuren voor een breed scala en vereiste functionaliteiten met gebruik van een beperkt aantal componenten.
Maatschappelijke toepassingen
Vele toepassingsgebieden zullen rechtstreeks profiteren van de komende vierde generatie van gentegreerde voorzieningen, ieder op zijn manier. Zorg op maat en smart health surroundings zullen profiteren van de ontwikkelingen in dit thema (?Zorg?). Toepassingen in ?Mobiliteit? worden mogelijk met de nieuwe, draadloze netwerktechnologie en services daarop. Toepassingen bij ?Bloemen en levensmiddelen? zullen resultaten uit dit thema gebruiken. Het toepassen van netwerken, van klein tot groot, zal in de toekomst alleen nog maar verder toenemen, zodat ook de andere toepassingsgebieden ervan kunnen profiteren.
ICT-disciplines
Basistechnologie
  • Antennas and Propagation
  • Circuits and Systems
  • Communications
  • Computer Architecture
  • Magnetics
  • Microwave Theory and Techniques
  • Lasers and Electro-Optics
  • Signal Processing
  • Solid State Circuits
De netwerklagen
  • Circuits and Systems
  • Communications
  • Information Theory
De toepassingslagen
  • Algorithms and Computation Theory
  • Computer-Human Interaction
  • Electronic Commerce
  • Simulation and Modeling
  • Software Engineering
Sleutelreferenties
G. L. Stber. Principles of Mobile Communications, 2nd edition, Kluwer 2001.
G. Keiser. Optical Fibre Communications, McGrawHill, 2000.
A.S. Tanenbaum. Computer Networks, 4th edition, Prentice Hall, 2002.
Th. M. Cover and J.A. Thomas. Elements of Information Theory, Wiley, 1991.

Uitgelicht

Evenementen ICT

ICT.OPEN 2012

Stelling

Roadmap ICT

I/O Magazine

Uitgelicht

Evenementen ICT

ICT.OPEN 2012

Stelling

Roadmap ICT

I/O Magazine
01-01-2013
Russische universiteit zoekt Nederlandse partners in IT
17-12-2012
ICT Personality Award 2012
11-11-2012
Sentinels
Meer nieuws

10-04-2013
Sense of Contact 15
Activiteit toevoegen
Volledige kalender

ICT OPEN 2012


Lees verder

Wat is de grootste uitdaging?
Complexiteit
Maatschappelijke innovatie
Wetenschappelijke paradigma's
Voldoende gekwalificeerde wetenschappers

Resultaten stelling

Roadmap ICT topsectoren

Lees verder

I/O -december 2012

Lees verder