W opisach Pana osiągnięć naukowych pojawia się słowo komutacja i komutator. Co to oznacza?

– Łączenie, przełączanie.

A w telekomunikacji?

– Są to procesy, które dokonują łączenia wejść z wyjściami. Najprościej jest zrobić analogię transportową. Sieci dróg w telekomunikacji odpowiada sieć łączy. Mamy skrzyżowania dróg, a w telekomunikacji odpowiadają im węzły telekomunikacyjne, czyli komutacyjne. Komutator to urządzenie wraz z odpowiednim oprogramowaniem, które łączy. Komutatory mogą być elektroniczne lub optyczne, a w zasadzie elektrooptyczne.

Na czym polega Pana wkład w tę dziedzinę?

– Można analogię transportową ciągnąć dalej. Każdy wie, jak wygląda bezkolizyjne skrzyżowanie dwóch dróg, np. autostrad. Skrzyżowanie trzech autostrad to już problem. Ja zajmuję się bezkolizyjnymi skrzyżowaniami telekomunikacyjnymi, ale takimi, na których krzyżuje się nie kilka, ale kilkaset lub kilka tysięcy infostrad. W dodatku to skrzyżowanie mieści się na kilkunastu centymetrach kwadratowych struktury krzemowej układu scalonego. Chodzi o to, aby na tej niewielkiej powierzchni zrobić takie skrzyżowanie bezkolizyjne, które będzie przekazywało informację z danego wejścia do żądanego wyjścia.

Po szlakach komunikacyjnych pędzą samochody, a co pędzi po szlakach telekomunikacyjnych?

– Pakiety informacji.

Czyli co?

– Grupy bitów w postaci impulsów prądu elektrycznego bądź impulsów światła, które reprezentują logiczne zera lub jedynki. Grupa zer i jedynek – kilka lub kilkadziesiąt tysięcy – tworzy jedną jednostkę, czyli pakiet – informacyjną ciężarówkę, która pędzi światłowodem.

Ten pakiet to szereg rozmów?

– Nie, to fragment jednej rozmowy, jednego połączenia. Dopiero z kilku, kilkudziesięciu pakietów tworzymy całość informacji.

Czyli jeśli do kogoś dzwonię, moje połączenie jest rozbijane na szereg pakietów. Jak to się dzieje, że moje słowa docierają do rozmówcy jako logiczna wypowiedź?

– Pakiety są składane właśnie w węźle telekomunikacyjnym czy w aparacie końcowym odbiorczym.

Kto lub co za to odpowiada?

– Program. Znormalizowane procedury, protokoły działania Internetu. Teraz dominuje rodzina procedur TCP/IP, czyli protokoły, które zajmują się obsługą takich pakietów.

Równocześnie z moją rozmową, podzieloną na wiele pakietów, tym samym kablem czy światłowodem pędzi wiele innych rozmów lub informacji, również podzielonych. Jak to się dzieje, że to wszystko trafia potem na właściwe miejsce?

– Każdy pakiet musi mieć nagłówek: kto go nadaje, skąd i dokąd. To jest taki znacznik, który pozwala na właściwym wyjściu połączyć odpowiednie pakiety w jedną rozmowę lub informację.

Kto nadaje ten nagłówek?

– Pierwszy węzeł, czyli np. nasz komputer, a w przypadku telefonu – lokalna centrala telefoniczna. To jedno z możliwych podejść czy rozwiązań, które w tej chwili zdobywa dominującą pozycję.

A jakie są inne?

– Jest jeszcze tradycyjne podejście, tzw. komutacja kanałów, gdzie nie dzielimy rozmowy na pakiety, tylko zestawiamy fizyczne połączenie przez całą sieć. Tam również następuje zwielokrotnienie czasowe, czyli w jednej wiązce przewodów można przesyłać równocześnie wiele rozmów lub informacji.

Nowoczesna technologia pakietowa wydaje się bardziej skomplikowana od tradycyjnej. Co zyskujemy?

– Przede wszystkim wielousługowość. W tradycyjnej telekomunikacji mieliśmy tylko telefonię. Rozmowy przesyłane były przewodami miedzianymi lub łączami radiowymi. Technika pakietowa umożliwia przesyłanie informacji, obrazów, muzyki, wszelkich danych.

Dziś także wykorzystujemy fale radiowe, a zamiast miedzi – światłowody. Czy dają nam większą prędkość?

– Ostatnio zmieniły się zasadniczo sposoby wykorzystania fal radiowych i kabli. Piętnaście lat temu połączenia na krótkich dystansach realizowano na łączach przewodowych, natomiast na długich dystansach były to połączenia radiowe. Gdy się telefonowało do Ameryki, pierwszych parę kilometrów połączenia – do centrali telefonicznej – było realizowanych za pomocą miedzianych przewodów, a z centrali do Stanów Zjednoczonych już przez satelitę, czyli drogą radiową. Teraz sytuacja się odwróciła. Coraz częściej ten pierwszy kilometr połączenia odbywa się za pomocą fal radiowych, a zasadnicze łącza na dalekie dystanse zbudowane są z kabli, głównie światłowodowych, które są pojemniejsze niż kable miedziane i bardziej odporne na zakłócenia.

Czy łącza światłowodowe są szybsze niż miedziane, czy fotony są szybsze od elektronów?

– Nawet nie chodzi tu o szybkość fotonu, bo prędkości rozchodzenia się światła w światłowodzie i prądu w kablu elektrycznym są podobne – ok. 200 tys. kilometrów na sekundę. Natomiast mamy znaczącą różnicę w pojemności. W światłowodzie możemy w jednostce czasu przesłać znacznie więcej informacji niż kablem miedzianym, ze względu na szerokość dostępnego pasma. W światłowodzie możemy przesłać terabity (tysiące miliardów bitów, czyli mówiąc w pewnym uproszczeniu, pojedynczych zer i jedynek logicznych) na sekundę, a w przewodzie miedzianym dużo mniej.

A przecież reklamuje się bezprzewodowy dostęp do sieci jako nowość i komfort.

– Dostęp do sieci telekomunikacyjnej może być bezprzewodowy, ale dotyczy to małych odległości, czyli od urządzenia do najbliższej centrali lub jakiegoś komputera przyłączonego do sieci kablem, czy tzw. hot spota. Jednak dostęp poważny, szerokopasmowy, naprawdę szybki, jest realizowany za pomocą przewodów światłowodowych. Rzecz w tym, że przewód daje większą przepustowość niż fala radiowa. Problemem jest szerokość dostępnego pasma, czyli zakres częstotliwości, których możemy używać. Pasma radiowego generalnie na świecie brakuje, brakuje wolnych częstotliwości. Poza tym nie ze wszystkich częstotliwości równie dobrze się korzysta. Każdy zakres ma inne właściwości propagacyjne: jedne fale rozchodzą się liniowo, inne uginają się np. przy powierzchni ziemi, jedne są bardziej zakłócane od innych.

Proszę powiedzieć o swoich wynalazkach.

– Pomysły pojawiały się w różnych obszarach. Część badań dotyczy mocnych teoretycznych podstaw budowy struktur komutacyjnych, a część – rzeczy całkiem praktycznych. Element podstawowy, komutator, ma ograniczoną pojemność i produkowany jest w postaci układu scalonego, np. czterdziestonóżkowego. Taki typowy komutator pozwala komutować 256 kanałów na wejściu i tyleż na wyjściu. Ale często potrzebujemy więcej kanałów. Musimy zatem połączyć wiele komutatorów, aby uzyskać kilka tysięcy wejść i wyjść. Część moich prac dotyczy sposobów łączenia komutatorów, aby zużyć ich jak najmniej i uzyskać jak największe pole komutacyjne czy też jego określone własności, np. aby wolne wejście zawsze dało się połączyć z wolnym wyjściem, czyli aby nie następowały blokady. Jest wiele takich sytuacji, że mamy wolne wejścia i wyjścia, ale ze względu na inne połączenia nie można ich wykorzystać. Tworzyłem – ja i mój zespół – algorytmy połączeń, czyli takie sposoby łączenia tych wejść i wyjść, aby zawsze można było wykorzystać wolne zasoby. Opracowywałem też metody wykrywania uszkodzeń komutatorów. W moim pierwszym amerykańskim artykule pokazałem, jakie są teoretyczne granice możliwości takich bezkolizyjnych połączeń. Wacław Benesz (prywatnie syn prezydenta Czechosłowacji Edwarda Benesza), pracujący dla firmy Bell w Stanach Zjednoczonych, opracował znaną teorię w tej dziedzinie, a ja pokazałem błędy w jego wywodzie i sformułowałem własną teorię, która do dziś nie została obalona. To był początek lat 70.

Pana badania mają wiele wspólnego z czymś, co dziś jest bardzo ważne, mianowicie bezpieczeństwem i niezawodnością przepływu informacji w sieci.

– Moje badania dotyczą raczej niezawodności niż bezpieczeństwa. Moje pomysły przyczyniają się do tego, że uszkodzenia, które występują, jak to się zdarza w fizycznym świecie, nie powodują zbyt rozległych skutków. Typowe uszkodzenie to fizyczne przecięcie kabla światłowodowego. Może być w nim kilkadziesiąt tysięcy, a nawet milionów, połączeń jednocześnie. Naprawa kabla fizycznie może trwać parę dni. Trzeba w tym czasie jakoś zapewnić połączenia między punktami, które ten kabel łączył. W chwili wystąpienia uszkodzenia następuje automatyczne przełączenie tych połączeń na inne drogi i takie przełączenie musi się dokonać w czasie krótszym niż pięćdziesiąt milisekund (milisekunda to jedna tysięczna sekundy). To musi nastąpić tak szybko, aby użytkownicy tego w ogóle nie zauważyli. Być może użytkownik telefonu usłyszy jakiś trzask w słuchawce. Istnieją odpowiednie metody i my też je wymyślamy. Takie przełączenie można zrobić drożej lub taniej. Mówimy o dużych pieniądzach. Opracowanie nowoczesnego rutera firmy Cisco, czyli węzła do sieci internetowej, kosztowało pół miliarda dolarów. To są koszty ludzkiej myśli. Pracują nad tym tysiące ludzi w różnych miejscach świata. Podobnie systemy zwiększania odporności na uszkodzenia nie są tanie. Mówimy o wielu milionach euro czy złotych. Pracujemy nad sposobami oceny metod, które można w takich sytuacjach zastosować, bo jest ich dużo i operator sieci od razu staje przed pytaniem, którą w danym przypadku wybrać. Jakoś trzeba to pomierzyć, zdefiniować miary i techniki pomiaru.

Czy w polskiej telekomunikacji stosujemy polskie technologie?

– Prawie wszystkie węzły komutacyjne, które dziś stosujemy, są produkowane przez wielkie korporacje międzynarodowe. Jakaś część naszej myśli jest w nich, ale nie wprost – ktoś korzystał z naszych pomysłów, publikacji, patentów. Czasami konkretnie trudno tę cząstkę zdefiniować.

A sieć „Pionier”?

– To było interesujące przedsięwzięcie, odegrało ono dużą rolę edukacyjną dla ludzi, którzy ją budowali. Sądzę jednak, że za mniejsze pieniądze podobną sieć mogłaby zbudować komercyjna firma, a naukowcy mogliby się zająć czymś innym, zamiast powielać robotę inżynierską. Zysk naukowy z tego był stosunkowo niewielki. Skoncentrowano się na infrastrukturze, natomiast naukowcy powinni robić nowe aplikacje, nowe oprogramowanie. A to była najsłabsza część „Pioniera”. Przypuszczam, że jego twórcy mają na tę sprawę inny pogląd.

Mówi się, że u nas patentowanie jest bardzo kłopotliwe, że to długotrwała procedura i na dodatek na większą skalę, np. europejską, bardzo kosztowna. Pan sporo patentował.

– Słusznie powiedział to pan w czasie przeszłym. Zakończyłem patentowanie dość dawno. Miałem wiele pomysłów, których nie opatentowałem. Proces patentowania można opanować, są specjaliści, którzy pomogą. Jest problem płacenia – za moimi patentami w większości przypadków stała uczelnia, Politechnika Poznańska. A polska uczelnia jest słabym obrońcą patentu przed sądem. Samo patentowanie to pierwszy krok, relatywnie prosty. Potem trzeba patent skomercjalizować, bo samo jego posiadanie, to jak posiadanie kolejnego dyplomu, który można sobie powiesić na ścianie. To trzeba sprzedać, musi być producent opracowanego urządzenia lub użytkownik technologii. Na niektórych moich patentach nieco zarobiłem, ale nie były to znaczące zyski. Natomiast moje najcenniejsze patenty zostały naruszone przez wielkich graczy światowego rynku telekomunikacyjnego. Zrobili to z całą świadomością, nie płacąc Politechnice Poznańskiej praw patentowych, wiedząc, że uczelnia nie jest dla nich żadnym partnerem, choćby w sądzie. Np. pewien duży światowy producent sprzętu telekomunikacyjnego naruszył jawnie mój patent. Piszę do nich, że w swoim urządzeniu naruszyli moje prawa patentowe. Firma odpisuje, że sprawa jest niejasna i wyjaśnijmy ją przed sądem. A wynik takiej sprawy, gdy wielki światowy koncern ma dziesiątki wyspecjalizowanych w takiej dziedzinie prawników, a uczelnia właściwie żadnych możliwości, jest oczywisty.