>Top 1. Maxwell's Rainbow:
- Maxwell's Rainbow:
The supreme abundance of the telecosm is the electromagnetic spectrum,
embracing all the universe of vibrating electrical and magnetic
fields, from power line pulses through light beams to cosmic rays.
- >Top Another word for oscillation is temperature. Maxwell's genius
was to realize that all waves are mathematically identical,
and can be arrayed along a continuum known as the spectrum.
The unity of the spectrum makes possible the ubiquity and interoperability
of communications systems and thus enables the unification of
the world economy in the new era.
- Slices of Maxwell's rainbow:
- 60Hz: household power codes
- 3KHz telephones
- 700MHz Pentium PCs
- 2GHz cellular phones
- 200THz fiber-optic cables
- The neurons in our brain;
barely 1KHz (parallel processing);
Dental X-rays peta-Hz.
- Maxwell had transformed the mindscape of metaphor and analogy
by which human beings grasp reality. For Newton's medley of massy
and impenetrable materials, he substituted a noosphere of
undulatory energies.
- Above 14GHz - at wavelengths running from the millimeters of microwaves
down to the nanometers (nm) of visible light - is the new frontier
of the millennium, empires of air and fiber that command some 50,000
times more communications potential than all the lower frequencies
we now use put together.
- >Top The Imperial Science:
In the wake of gravity and thermodynamics, Maxwell's electromagnetic
theories seemed the consummation of physics.
- The quantum was the smallest pea ever to disrupt the slumber
of a physicist, Planck constant: $6.63 \times 10^{-34}$ joule seconds, but to a few
prematurely sensitive thinkers it was big enough.
- In calculations of that year 1917, Einstein offered what was
perhaps his most fertile telecosmic idea; the stimulated
emission of radiation. Now embodied in the laser (Light Amplification through the Stimulated Emission of Radiation)
- When an electron moves up or down, from one energy level
to another, it either emits or absorbs a photon of a definite
frequency.
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１．マクスウェルの虹:
- マクスウェルの虹:
テレコズムにおいて最も豊富なのは電磁スペクトルである。これは、電力線のパルス電流から光線、さらには宇宙線に至るまで、振動する電磁場の宇宙すべてを覆っている。
- 振動とはすなわち温度のことである。
マクスウェルの天才は、すべての波が数学的には同一であり、スペクトラムとして連続体として捉えられることを看破したことにある。スペクトルの単一性は、さまざまなコミュニケーションシステムの遍在性と相互運用性を可能にし、新しい時代の世界経済の統一を可能にする。
- マクスウェルの虹の各部：
- 60Hz 家庭の電力
- 3KHz 電話
- 700MHz Pentium PC
- 2GHz 携帯電話
- 200THz 光ファイバ
- 人間の脳のニューロン：
せいぜい1KHz (並列処理可能)
歯科のＸ線はpeta-Hz.
- 人間は比喩と比較によって現実を理解するが、マクスウェルは人間の心象風景を一変させた。ニュートンの剛体で貫入できない物質の組合せを、波動エネルギーの交錯するnooshpere（人間の知的活動全体
noo = mind )での理解に替えた。
- 14GHzを超える領域、即ち波長数mmのマイクロ波からナノメートル(NM)単位の可視光に至る領域は、21世紀の新たなフロンティアであり、そこでは空気とファイバ、つまり無線と光によって、現在我々が利用している低い周波数すべての合計よりも約5万倍もの大きな通信能力が可能となる。
- 最高の科学:
重力と熱力学に続くマクスウェルの電磁気理論によって物理学は完成されたかに見えた。
- 量子は物理学者の安眠を妨げた最小の豆粒で、その単位 (プランク定数)は$6.63 \times 10^{-34}$ジュール･秒である。この極小の豆粒はごく少数の明晰な頭脳を持った人達にとっては十分大きい。
- 1917年の計算から生まれたのは、テレコズム的にはアインシュタインの最も実り豊かなアイディアである放射の誘電放出である。レーザーの呼称の中にも埋め込まれている。
- 電子がエネルギー準位を上下するとき、あるエネルギー準位から別のエネルギー準位に移る際に、一定の周波数の光子を放出あるいは吸収する。
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>Top Enter the Laser:
- Coherence, Bohr and Von Neumann argued, implied regulating
lightwaves with a precision that Heisenberg's famed uncertainty
principle did not allow - if the location of particles could
not be predicted, they could hardly be marshaled into orderly
rows, marching lockstep through space. What the two great men
missed was the power of resonance, and the perfection
of energy waves.
- Gordon Gould and his team did not build a working device for
years, his notebooks and talent at
coining names made him the
financial winner among the early laser pioneers.
- Theodore Maiman's little device grew into a significant business
for Hughes. But in telecosmic terms, a more crucial breakthrough
came two years later; lasers compressed inside a microchip.
The tiny expanse of a semiconductor p-n junction - the interface
between positively and negatively charged regions on a chip
- ultimately proved to the the most efficient and useful of
all lasers.
The scarcer the room for the device, the more abundant its
output.
- Barney de Loach of Bell finally succeeded in contriving a
room-temperature laser that lasted. It was a heterojunction
made of gallium arsenide, aluminum, indium phosphide, and other
materials which combine to form energy steps down which cascading
photons resonantly tumble.
- >Top Quantum well devices, the smallest and most efficient
lasers in widespread use today, reduce this process to the
size of a singe electron wavelength. Costing barely $3 a
piece in 1999, they are manufactured by the million for
use in CD players.
- Lasers have emerged as weapons, as antiweapon missile shields,
as cancer treatments, as spectroscopic tools, theatrical props,
and fusion energy sources. But their most important use was
scarcely mentioned in the speculations of most laser pioneers;
fiber-optic communications.
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レーザーの登場:
- ボーアとノイマンによれば、コヒーレンスを実現するには、光の波を正確に制御する必要があるが、ハイゼルベルグの不確定性原理が示すように、そうはならない。粒子の位置が予測できない以上、粒子を順序よくぎっしり並べて空間を進ませることができない。しかし２人の巨人が見落としていたことがあった。それは共振効果とエネルギー波の完全性である。
- Gordon Gouldとその仲間達は、その後何年間も実用的な装置を作れなかったが、彼のノートと命名の才能によって初期のレーザ開発者の中でモットも金銭的に成功した。
- Theodore Maimanが考案した小さなデバイスはヒューズ社にとってビッグビジネスとなる。しかしテレコズム的には、その２年後にもっと大きなブレークスルーが起きる。それはマイクロチップに凝縮されたレーザーであった。小さな半導体のｐｎ結合（チップ上の正と負に帯電した領域の界面）が、あらゆるレーザーの中で最も効率的で実用的なものであることが明らかになってきた。
デバイスの占める空間が小さいほどその出力は大きくなる。
- ベル研のBarney de Loachは、ついに連続発振する室温レーザーの開発に成功した。その装置は、ガリウム砒素、アルミニウム、インジウムリンなどの素材を使ったヘテロ結合によってエネルギー準位の階段を作り、これを光子が共鳴しながら下ってカスケーディングを起こす仕組みになっていた。
- 今日広く使われている最小で最も効率的なレーザである量子井戸デバイスは、この過程を一つの電子の波長を単位とするレベルまで引き下げている。そのデバイスの価格は、1999年現在$3/個で、CDプレーヤ用に何百万個も生産されている。
- レーザーは、武器や対ミサイルシールド、癌の治療、分光器、劇場の小道具、核融合などさまざまに利用されてきた。しかし最も重要な利用法で、レーザのパイオニア達がほとんど考えつかなかったのが光ファイバ通信である。
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- >Top 注）コヒーレント光 (Coherent light):
位相のそろった波形が空間的、時間的に十分に長く保たれている干渉性(コヒーレンス)をもつ光をいう。誘導放出によるレーザー光がその例で，自然放出による通常の光は一般にコヒーレントではない。
- 注）量子井戸 (Quantum well):
半導体のヘテロ接合の1つ。ポテンシャルの小さいGaAs層（井戸層）を、大きいAlGaAs層（障壁層）ではさむことで、伝導帯の電子はGaAs層に閉じ込められる。
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>Top 2. The Light-Speed
Limit:
- Isaac Newton;
made two huge mistakes, or oversights. He assumed that matter was
solid, made of hard, unbreakable atoms, and light's speed was infinite.
- Quantum theory took care of the first error: matter
is not solid.
- Maxwell capsized the other Newtonian misconception,
instantaneous light, by coming up with equations that yielded
an indisputably finite velocity.
- In 1887, Albert Michelson and Edward Morley, tested the idea
that the earth's orbital velocity (30km/sec) affected the speed
of light.
- In the microcosm, light provides crucial stability. If its
speed changed as the earth moved, electrons moving inside a
computer could have different velocities.
- If light speed is to be an absolute, Einstein concluded,
time and space had to be able to change. This insight launched
the most fundamental revolution in the history of science.
- Well into the past decade (1990s), the speed of light was
an incidental factor. Most electronic devices operated too slowly
for light's speed inside them to constitute a limiting factor.
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２．光速の限界:
- ニュートン:
は２つの重大な過ちというか見落としたものがあった。物質は堅くて壊れない原子からできた中身のつまったがっしりしたものと考えた。もう一つは光の速度が無限であるとしたことである。
- 最初の過ちは量子論によって修正された。物質は中身がつまったものではなかったのだ。
- もう一つはマクスウェルによって覆された。マクスウェルの方程式は、光の速度が有限であることを示していたのである。
- 1887年に、マイケルソンとモーリーが、地球の軌道速度（30km/sec）が光の速度に及ぼす影響を調べる実験を行った。
- マイクロコズムにとっては、光はシステムの安定性を決定づける。もし光の速度が地球の動きに伴って変化すれば、コンピュータ内の電子の速度も変わってしまう。
- アインシュタインは、もし光の速度が一定とすると、時間と空間は変化しなければならないと結論づけた。この洞察は科学史上最も根本的な転回をもたらした。
- 光の速度は、1990年代に入っても、主要な役割ではなかった。ほとんどの電子デバイスの動作速度が遅く、その内部で光速がネックになることはなかったからである。
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- >Top The most immediate collision is in satellite technology.
- Light
speed alone requires at least 250 milliseconds (ms) for a round
trip to the Clarke belt, the geosynchronous orbit 23,600 miles away
defined by Arthur C. Clarke. 250 ms is a tolerable delay in voice
communications but it is untenable for interacting with data.
- >Top Similarly on microchips, computer operations entail accounting
carefully for the speed of light. In a medium, the light-speed
limit varies in proportion to the medium's index of refraction
or dielectric constant. In metal wire, this translates to 9 inches
per nanosecond (ns), against about 1 foot/Ns in a vacuum.
- But a leading edge chip today bears as much as 7 miles of wires.
In the 0.10-micron devices now emergent from laboratories, the
clock pulse will be able to reach only 16% of the chip.
- The so-called Rent's rule states that pins multiply by the square
root of the number of transistors. In other words, while the number
of transistors rises from 7M on a Pentium-II to a 100M on a new
generation processor - a factor of 16 - the number of pins ekes
up by a factor of four.
- The newest chips spend 80% of their time in wait states, marking
time while the signals dawdle down the pins and across the bus
to retrieve the data needed to perform instructions.
- Computer performance is now governed far more by memory
speeds than by processing speeds.
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- Light velocity (c)=
299,792,458 m/s
- Universal gravitational
constant (G)=
$6.673×10^{-11} m^3\div kg･s^2$
- Planck constant (h)=$6.62606876
× 10^{-34} J･s$
- Elementary electric charge
(e)=
$-1.602176462 × 10^{-19}$ C
- Electron (rest mass)= $9.10938188
× 10^{-31}$ kg
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>Top Storewidth:
- The only way to combat light speed is by moving closer to the data
or moving the data closer to you. Emerging is a "storewidth"
paradigm that focuses on copying, mirroring, replicating, and storing
web pages as close as possible to the final destination.
- The remedy for the limits of the speed of light in communications
is not more processing but less, not network software but network
hardware, not intelligent switches but dumb pipes of boundless
bandwidth.
- It must replace current systems based on the heavy lifting
of massy electrons by the trillions per bit with the massless,
passive routing of photons, weaving the limits of light
speed into an abundance of spectrum.
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-
最初の衝突は、衛星技術の分野で起きた。
- 地上36,000kmの静止軌道（Arthur C. Clarkeが考え出したのでクラークベルトと呼ばれる）までの往復には、光の速度でも250
msかかる。
- 事情はマイクロチップでも同じである。媒体中では、光速の限界は媒体の屈折率（誘電率）によって変化する。真空中では光は1nsで約30cm進むが、メタルワイヤ中では、同じ時間に23cmしか進まない。
- 現代の最先端チップに実装されているワイヤの総延長は11kmに及ぶ。現在開発中の0.10μデバイスでは、クロックパルスが到達し得る範囲はチップ全体の16%に過ぎない。
- いわゆるレントの法則では、チップのピン数はトランジスタ数の平方根に比例する。例えば、ペンティアムIIのトランジスタ数は700万個だが、新世代のプロセッサはこれが16倍の１億個になるので、ピン数は４倍に増えることになる。
- 最新のプロセッサでは、信号がピンとバスを伝わる速度が遅く、命令の実行に必要なデータを取ってくるのに時間がかかるために、プロセッサの消費時間の８割が待機状態に費やされる。
- 今やコンピュータの性能を左右するのは処理速度ではなく、メモリ速度である。
- 貯域:
- 光の速度を克服するには、データの近くに自分が移動するか、自分の近くにデータを持ってくるかのいずれかしかない。この貯域 (storewidth)
が目指しているのは、Webページを最終目的地できるだけ近くにコピーしミラーリングし、複製し、格納することである。
- コミュニケーションにおける光速の限界に対しては処理を増やすのではなく、逆に処理を減らす。ネットワークソフトウェアの代わりにハードウェアを使う。インテリジェントなスイッチの代わりに帯域が無限のダムパイプを使うということが対処法になる。
- １ビット当たり数兆という数の重い電子を持ち上げることをベースとした現行システムを、光速の限界をスペクトルの豊富性の中に織り込んで、重さのないパッシブな形で光子をルーティングするシステムを実現しなければならない。
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>Top 3. Fibershere:
- The Road to the Fibersphere:
- In 1930s Greenville, SC: Perhaps it was something in the air,
or in the light. Whatever it was, this sleepy southern city
was pregnant with photonic portents.: Charles Townes,
would go on to invent the laser, which won him a Nobel prize.
Another, Irving Goldsmith, became DuPont's chief scientist,
famed for his own optical inventions. The last is a lanky, courtly
man named Will Hicks; his fame came was coinventor of
single-mode optical fiber.
- With a core just 5 times as wide as the wavelength of the
infrared light (less 2 μm), a single fiber now has a theoretical
capacity as high as 25,000 Gbps.
- Both the telecosm and the microcosm spring from the quantum,
with its paradoxical synthesis of definite and infinite,
particles and waves, compression and expansion.
- Transistors use electrons to control, amplify, or switch
electrons. Electrons have mass and charge and impact other
electrons. But waves differ radically. Because moving photons
do not affect one another on contact, they cannot readily
be used to control, amplify, or switch one another. Compared
to electrons, moreover, photons can be huge; at 1,550 or
1,300 nm, infrared wavelengths are larger than a micron
across. They resist the miaturization of the microcosm.
Photons can scarcely be stored or buffered at all. For the
foreseeable future, fast computers and network packet switches
will be made with electrons.
- >Top Persistent obstacles:
- One is chromatic dispersion, the tendency of different
wavelengths and frequencies to move at different speeds down
a fiber.
- Modal dispersion refers to the tendency of different
waves of the same frequency to take different paths down the
fiber - some zooming along the core, some bouncing along the
cladding.
- During the early 1960s, Snitzer and Hicks experimented fruitfully
with methods of cladding fiber with other glasses with lower
refractive indices. These experiments foreshadowed today's fiber-optic
threads similarly cladded with glass for "the total internal
reflection," so no light is lost in transmission douse
the fiber.
- With the impurities removed, Charles Kao and George A. Hockham
at ITT calculated that fiber could theoretically bear light
as far as a km while retaining a readable 1% of the signal.
- Turning common sense upside down - getting dressed from the
overcoat in - Donald Keck and Peter Schultz of Corning began
with the cladding, creating a hollow tube, open in the middle.
Then they infused the tube with silica, doped with other elements
that increased its refractive index above the index of the cladding.
- Corning soon introduced a next generation of fiber that
lowered the attenuation to a level of under 1 decibel per
km.
- With single-mode fiber there would be no modal dispersion.
At the same time, Maurer and his colleagues discovered that
new semiconductor lasers - small enough to couple to the
tiny 10 micron aperture of the single-mode fiber of the
day - operated at an infrared wavelength (1,310 NM) that
intrinsically reduced chromatic dispersion to zero.
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３．ファイバー空間:
- ファイバ空間への道:
- 1930年代サウスカロライナ州グリービル：それはこの町の空気や光の中に何かがあったのだろうか。いずれにせよ、この眠ったような南部の町は、光学のその後を前兆となる何かをはらんでいた。Charles
Townesは、やがてレーザーを発明してノーベル賞を受賞した。Irving Goldsmithはデュポン社の主任技師となり光学分野の発明で有名になった。最後のひょろっとして優雅なWill
Hicks はシングルモード光ファイバの共同発明者として有名になった。
- 現在、赤外線の波長(2 μm以下)のわずか５倍ほどのコアを持つシングルファイバは、理論上の容量が25,000 Gbpsに達する。
- テレコズムもマイクロコズムも、無限と有限、粒子と波動、圧縮と拡大といったパラドックス的概念を統合する量子を基盤に発展してきた。
- トランジスタは、電子を制御、増幅、スウィチングするために電子を使う。しかし波動はこれと全く異なる。移動する光子は接触しても他の光子に影響は及ぼさないので、光子を制御、増幅、スイッチングに使うことはできない。さらに光子は巨大である。1,550
nmあるいは1,300 nmの赤外線の波長は１ミクロンより大きい。光子はマイクロコズムのミニチュア化にはなじまない。光子は蓄積もできないし、バッファにもならない。当面は、光速コンピュータとネットワークのパケットスイッチは電子で作られるだろう。
- 光子利用の障害:
- 障害の一つは色分散である。色分散とは、ファイバ中の光の伝搬速度が、波長と周波数によって異なることである。
- もう一つの障害はモード分散である。モード分散とは、同じ周波数の波が光がファイバ内を伝わる際、あるものはコアに沿って進み、あるものはクラッドに反射しながらというように異なる経路を進むことをいう。
- 1960年代初め、SnitzerとHicksは、屈折率の低いガラスでファイバを覆う方法を試み、良好な結果をえた。この実験はコアをクラッドで覆い、全反射によって光を閉じこめる今日の光ファイバを予見させるものだった。
- ITTのCharles Kao とGeorge A. Hockham の計算によれば、不純物を除去したファイバを使えば、光を1km運ぶことも理論的には可能であり、その場合信号の1%は読みとることができる。
- CoringのDonald Keck とPeter Schultzは、常識を逆手にとって、つまりまずコートを先に着てから身だしなみを整えるやり方で、真ん中を中空の管としてクラッドの方を先に作った。それからそこに、クラッドより屈折率が高くなるように適当な元素を添加したシリカを流し込んだ。
- Corningは、まもなく1km当たりの減衰を1dB以下に抑えた次世代ファイバを開発した。
- シングルモードを使えば、モード分散の問題は解決される。同時にMaurer達は、新しく開発した半導体レーザーが、色分散がゼロになる赤外波長(1,310 nm)
で発振することを発見した。しかも半導体レーザーのサイズは十分小さく、当時のシングルモードファイバの10ミクロンの開口部に接続することができた。
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- >Top WDM (Wavelength Division Multiplexing):
- In the late 1990s, Snitzer had proposed an erbium-doped glass amplifier
of photonic signals that could obviate their conversion to electronic
form for regeneration. Thus along with his role in cladding and
single-mode fiber, Snitzer was also a father of wavelength division
multiplexing (WDM). These systems, now enhancing a millionfold the
potential capacity of fiber-optics networks, send many different
"colors" of infrared light down a fiber at one.
- In the quarter century that started with the introduction of
integrated circuits around 1960, computer powers rose a millionfold,
network capacities merely by a factor of a thousand. Not until
the late 1980s did most long-distance data networks surpass the
bit rates achieved by the Pentagon's 1960s-vintage ARPAnet, the
Internet precursor that ran at 50Kbps.
- Claude Shannon's "information theory" predicts the
absolute carrying capacity of any communications channel. His
ingenious formulae for relating signal-to-noise ratios to the
capacity of a carrier were a key tool for opening up the postwar
world of bandwidth scarcity.
- Bell System engineers created enough transistor-driven intelligence
to surmount every limit of copper wire. The drive continues today,
with such technologies as ISDN and DSL - triumphs of microprocessors
and cleaver algorithms over the confines of twisted pair wiring.
- There is just one problem; fiber offers error rated ten billion
times lower and bit rates ten billion times higher than Ma Bell's
copper wires. The most intelligent central switches ever conceived,
let alone built, simply will not switch data fast enough to handle
the colossal floods of an Internet whose traffic is rising by tenforld every year or so. Against that tide, even the
18-months doublings of Moore's law don't stand a chance.
- "Let there be light", says the Bible.
- "More bandwidth!" became a rueful joke by
2000. Would-be web surfers complained about the World Wide Wait.
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- 波長分割多重(WDM):
- 1990年代末には、Snitzerはエルビウム(Er)添加ガラス光増幅器は、再生のために光信号を電子に変換する処理を不要にした。こうしてクラッドの作成やシングルモードファイバの考案での役割を果たしたSnitzerは波長分割多重(WDＭ)
方式の父となった。これは光ファイバネットワークの潜在容量を百万倍に増加させる方式で、１本のファイバによって同時に複数の赤外光の色を伝送することができる。
- 集積回路が登場した1960年前後からの四半世紀の間にコンピュータの能力は百万倍になったが、ネットワーク容量はたった千倍になったに過ぎない。長距離データネットワークの大半が、1960年代にペンタゴンで始まったARPAnetのビットレートを超えたのはようやく1980年代末になってからであった。ちなみにインターネットの前身のARPAnetは50kbpsであった。
- Claude Shannonの情報理論を使えば、任意の通信チャネルの絶対的な伝送能力がわかる。信号雑音比(S/N)と搬送波の容量を関係づけたシャノンの公式は、帯域の稀少な戦後世界を生き抜く道具であった。
- ベル・システムの技術者は、指数関数的に増大するコンピュータパワーを十分に活用して、トランジスタ駆動型インテリジェンスを準備することで銅線のあらゆる限界を克服した。その努力は今も継続しており、ISDNやDSL（デジタル加入者回線）といった技術はツイストペア回線という狭い世界でのマイクロプロセッサと優れたアルゴリズムの勝利であった。
- 但し、一つ問題がある。銅線と比べ、ファイバのエラーレートは百億倍も低く、ビットレートは百億倍も高いのだ。これまで作られたもののみならず設計段階も含め、最もインテリジェントな交換機でも、データ交換速度は十分とは言えず、毎年十倍で増加するインターネットのトラフィック洪水をさばくことはできない。この勢いに対しては、18ヶ月毎に倍増するムーアの法則でさえ色あせてしまうほどである。
- "もっと光を"は聖書の言葉である。
- "もっと帯域を"と2000年には哀しいジョークがはやった。Webサーファーは、WWWをWorld Wide Waitと皮肉って不満をぶつけた。
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>Top 5. Law of the Telecosm:
- PSTN (Public Switched Telephone Network):
- Utterly deterministic - there is a known path for everything - the
PSTN's supreme reliability comes at the cost of inflexibility and
huge inefficiency. For example, until recently, the average US home
phone line was used only 20 minutes a day; 99% of the time it lay
fallow. 55% of all calls fail to reach their intended recipient.
- David Isenberg at Bell Labs has described the problem from
inside. As he later explained, "True Voice was a valiant
attempt to improve circuit-switched voice quality as much as
possible in the context of current network architecture. The
easiest way would have been to increase the sampling rate or
change the coding algorithm. But to actually do this, we would
have had to change every piece of the telephone network except
the wires."
- Finally in June 1997, he penned a concussive essay, "The
Rise of the Stupid Network," that sent seismic waves
through the telco establishment.
- >Top "Telcos invented the stored program control switch
in 1970s," affording some flexibility, "and then
fell asleep at this very switch."
- The transistor and the laser, both invented at Bell Labs,
will bring the system down. They both enable and require
a dumb, all-optical network.
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５．テレコズムの法則：
- 公衆電話網:
- 電話網は、そこを通るあらゆるものの経路が決まっているという意味で、完全に決定論的なシステムであり、その至高の信頼性は、硬直性と莫大な非効率性という代償の上に成立している。米国の家庭用電話の平均使用時間は一日わずか20分であり、99%の時間は使われずに眠っているだけである。目的の相手につながらないけー図は55%にもおよぶ。
- ベル研のDavid Isenbergは、電話網の問題を内部からあばいてみせた。彼は後にこう述べている"True Voiceは、現行のネットワークアーキテクチャのままで可能な限り回線交換の音声品質を改善する立派な試みだった。サンプリングレートを上げたり、符号化アルゴリズムを変更したりする方が簡単だったろう。しかしこれを実際にしようとすると、ワイヤ以外のすべてを取り替えなければならなかった。"
- 1977年7月に、ついに彼は"Stupid Networkの台頭"という衝撃的な論文を書き、電話の世界を激しく揺さぶった。
- "電話会社は70年代にSPC (蓄積プログラム制御) 交換機を発明した"が、これが柔軟性を持っていたので"そのまま眠ってしまった。"
- トランジスタとレーザーはいずれもベル研で発明されたものだが、これが電話システムをダウンさせることになるだろう。これらが全光のダムネットワークを可能にするのだ。
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- >Top Ethernet:
- The other paradigm is Robert Metcalfe's ethernet. It germinated
in his mind in 1970 as he read a paper by Norman Abramson of the
University of Hawaii ("Alohanet").
- Metcalfe's law of the telecosm: "The value of a network
rises in proportion to the power of all the machines attached
to it."
- >Top The power of the telecosm reproduces on a larger scale - interconnecting
computers - the exponential yield of the microcosm interconnection
transistors on individual silvers of silicon. The measure of transistor
efficiency is the power-delay product, a measure combining the
switching speed or delay with the power usage or heat dissipation.
As increasing number of transistors are packed ever closer together
on individual chips, their power delay product improves exponentially;
they function faster, cooler, cheaper, and better.
- In the last 15 years, it has move from 2.9Mbps to 10Gbps and
from a few hundred to more than a million users.
- Whether in glass or air, the basic protection of ethernets
and internets is not smarts but statistics. Both are probabilistic
systems.
- Why is Metcalfe now talking of Ethernet as a "legacy
LAN"? Why did he predict in 1996 the crash of the Internet
by the end of the year?
- "I have found," he solemnly intoned, "an
amazing consensus among both telephone industry and computer
networking experts that ATM is the future of LANs."
- The magic of ATM comes from restricting its services
to those uniform envelopes (called cells) of 53 bytes
apiece (including a 5-byte address) and creating a virtual
circuit connection through the network for each flow of
related envelopes.
- In the fall of 1980, GE decided against computer and networks,
and later against chips and software as well.
- Amazingly, most technology prophets fail to come to terms with
the power of exponents. You double anything annually for long
- whether deforestation in ecological nightmares or transistors
on silicon in the awesome routine of microchip progress - and
you soon can ignite a sudden moment of metamorphosis; a denuded
world or a silicon brain.
- >Top ATM:
The lesson of IBM's Token Ring returns to overthrow ATM. Although
Token Ring was built with 8 guaranteed levels of quality of service,
virtually all packets ever sent through token ring networks ran
at the highest QoS. But with true bandwidth abundance, QoS complexities
are irrelevant - an ATM tax imposed on the vast bandwidth of fiber
with its $10^{-15}$ error rates, far better than the reliability
of telephone circuits.
- Ethernet is a simple system that is stabilized by its own failures.
The CSMA/CD algorithm uses collision detection in a negative feedback
loop that delays retransmission.
- >Top Because of an acceptance of setbacks, capitalist markets are
more robust than socialist systems that plan for perfection. In
the same way, successful people and companies have more failures than failure do.
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- イーサーネット:
- もう一つのパラダイムは、Robert Metcalfeの考案によるイーサネットである。1970年、Metcalfeがハワイ大学のNorman
Abramson の論文を読んだときに芽生えた。（"Alohanet"）
- メトカーフの法則：ネットワークの価値は、そのネットワークに接続されたすべてのマシンの数の二乗に比例する。
- コンピュータを相互接続することで得られるテレコズムのパワーは、マイクロコズムのパワーをさらに大きなスケールで再現する。そもそもマイクロコズムの指数関数的なパワーは、チップ上でトランジスタを相互接続することから生まれた。トランジスタの効率は、スイッチング速度(遅延)と消費電力(発熱量)とを組み合わせた電力遅延積という尺度を用いる。チップ上に集積するトランジスタの数を増やすほど、密接にすればするほど、この電力遅延積は指数関数的に向上し、より高速で冷たく安価で良いチップが得られる。
- 過去15年の間に、イーサネットは2.9Mbps から10Gbps に進化し、ユーザ数も数百人から百万人以上に増えた。
- 媒体がガラスであれ空気であれ、イーサネットとインターネットを機能させているのは頭脳ではなく統計である。どちらも確率論的なシステムである。
- 何故 Metcalfeはイーサネットを遺物のLANと呼ぶのは何故か。1996年にその年末までにインターネットは崩壊すると予言したのはなぜか。
- Metcalfeは「LANの将来がATMにあるという点では、テレコム業界もコンピュータネットワークの専門家も完全に合意している」と言った。
- ATMのからくりは5byteのアドレスを含め53byteのセルと呼ばれる封筒を単位として処理し、互いに関連のある封筒をまとめて仮想回線を作って送信する点にある。
- 1980年秋に、GEはコンピュータとネットワーク市場への不参入を決めた。
- テクノロジーの予言者の多くが指数関数のもつ力を見誤る点は興味深い。生態学における森林破壊であれ、マイクロチップの進化であれ、毎年二倍というペースを長期間続ければ、突然の変容、例えば伐採で荒廃した地球やシリコンの頭脳の実現に驚愕することになるだろう。
- ATM:
ATMは凋落する運命にある。なぜならかつてのIBM のトークンリングから得た教訓が活かされていないからである。トークンリングには８つのサービス品質(QoS)のレベルがあった。しかしほとんどすべてのパケットが最高のQoSレベルでやりとりされた。本当に帯域が豊富ならQoSは関係ない。エラーレートが$10^{-15}$のファイバは、電話回線とは比べものにならないほど信頼性が高いのである。
- イーサネットはシンプルなシステムであり、失敗を通じて安定性を獲得する。CSMA/CDのアルゴリズムは、衝突検出をネガティブフィードバックループを用いて再送信を遅らせる。
- 後退を容認する資本主義市場は、完璧を期した社会主義システムより頑丈である。同様に成功する人や企業は、失敗する人や企業より多くの失敗を経験する。
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>Top 6. Wireless New World:
- Wireless technology:
Today, wireless is at last advancing as fast as fiber.
The key to this success is the belated recognition that wireless
technology is not fundamentally different from fiber technology.
It is part of the same paradigm, with the same calculus of power
budgets, bandwidth, wavelengths, and the speed of light. Think of
electromagnetic radio waves as photons insulated by the atmosphere
rather than by glass.
- These new wireless systems are largely fruits of a new concept
in communications that has been developed and launched over
the last decade by Qualcomm in San Diego.
- Ready or not, though, the revolution will transform the landscape
over the next decade. It will bring the new broadband paradigm
to wireless networks, foster a new attitude toward spectrum,
and consummate the fiber-optic promise.
- The vast expansion of wireless now in prospect, however, will
require an ascent to higher frequencies far up Maxwell's rainbow,
even scaling the infrared radiations of fiber optics. The fibersphere
and atmosphere will merge into a unified realm of communications.
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６．ワイヤレスの新世界:
- 無線技術:
今日、無線もファイバと同じくらい高速に進歩している。無線技術もファイバ技術と本質的に異なるものでないという認識がこの成功の鍵である。どちらも同じパラダイムに属し、電力要件、帯域、波長、光速を計算する点も変わらない。光子である電磁波が、ガラスの代わりに大気によって絶縁されたと考えればいいのだ。
- 有線システムより高速で便利な新しい無線システムはSan DiegoのQualcommが、ここ十年の間に開発した新しい通信コンセプトから生まれた。
- 備えのあるなしにかかわらず革命は起きて、次の十年で業界の風景は一変させるだろう。無線ネットワークに新しいブロードバンドパラダイムがもたらされ、スペクトルに対する接し方も変わって、光ファイバで約束したものが実現するだろう。
- 無線通信は今後急激な拡大が予想されているが、もしそうなら高い周波数を使うために、マクスウエルの虹を、光ファイバで使われる赤外線放射の辺りまで上ることになる。そうなると光ファイバ空間と大気が一つに重なり、通信の統一王国になる。
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- >Top Claude Shannon:
In 1948, the same year that William Shockley invented the transistor,
Claude Shannon invented the information theory.
- With nearly no noise and nearly infinite bandwidth in the
fibersphere today, fiber-optics engineers have finally entered
a kind of Shannon nirvana.
- Shannon offered a new paradigm, redefining the relationship
of power, noise, and information. He showed that a flow of signals
conveys information only to the extent that it provides unexpected
data - only to the extent that it adds to what you already know.
Shannon termed this information content "entropy."
Shannon showed that the more a transmission resembles this form
of white noise, the more information it can hod, as long as
it is modulated to a regular carrier frequency. You need a low
entropy carrier to bear a high entropy message.
- >Top Shannon's alternative to long and strong
is wide and weak: not fighting noise with electrical
power but joining it with noiselike information, not talking
louder but talking softer in more elaborate codes using more
bandwidth.
- Digital signal doesn't matter how loud it is; a bit is
a bit. But a loud signal can drown out the messages around
it.
- In contrast to analog communication, which improves merely
by the logarithm of the bandwidth, digital efficiency increases
roughly by the square of the bandwidth.
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- Claude Shannon:
William Shockeyがトランジスタを発明した同じ1948年にClaude Shannonは情報理論を発見した。
- 雑音がほとんどなく帯域がほとんど無限の根治地のファイバ空間においては、光技術の技術者たちはついにシャノン理論の極限(涅槃)にまで到達した。
- シャノンは、パワーと雑音と情報の関係を見直す新たなパラダイムを提示した。信号の流れが情報を運ぶことができるのは、予想外のデータが含まれている場合で、既知のものに付け加えられる何かがある場合に限られる。シャノンはこの何か、即ち情報の中身をエントロピーと名付けた。伝送がこうした白色雑音に似れば似るほど、より多くの情報を運べることを示した。但し、この場合の伝送は規則的な搬送波によって変調されている必要がある。高エントロピーのメッセージを運ぶためには低エントロピーの搬送波が必要となる。
- シャノンが提示した"長く･強く"に代わる選択肢は"広く･弱く"である。電力によって雑音を克服するのではなく、雑音に便乗して雑音に似た情報を送るのである。大声で話す代わりに、帯域を多く使い、より洗練されたコードによって静かに話ししようというのである。
- デジタル信号は音の大きさは問題ではない。ビットはビットである。音が大きいことはむしろマイナスである。なぜなら周囲のメッセージを消してしまう可能性があるからである。
- アナログ通信の効率は帯域の対数に比例して向上するが、デジタル通信の効率は帯域の約二乗に比例して向上する。
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- >Top CDMA (Code Division Multiple Access):
- Rather than compressing each call into between three and
ten tiny TDMA time slots in a 30KHz cellular channel, Jacobs
and Viterbi of Qualcomm developed a system called CDMA that
differentiates calls by multiplying their digital signal with
a code that resembles white noise. It spreads a signal across
a comparatively huge 1.25MHz swath of the cellular spectrum.
This allows many users to share the same spectrum space at one
time. Each phone is programmed with a specific pseudonoise code,
which is used to stretch a low-powered signal over a wide frequency
band. The base station uses the same code in inverted form (with
all "1" turned into "0" and all "0"
into "1") to "despread" and reconstitute
the original signal. All other codes remain spread out, indistinguishable
from background noise.
- >Top Different strategy of CDMA:
- A speaker who begins yelling can drown out surrounding messages
and drastically reduce the total number of conversations that
can be sustained. For years, this problem of the stentorian guest crippled CDMA as a method of increasing the capacity of
cellular systems.
- With automatic gain control in the handset and constant
surveillance of singal-to-noise and error rates form the base
station, wattage spikes and pits are regulated by electronic
circuitry that adjusts the power at a rate of more than 800
times a second.
- This power-control mechanism has the further effect of dynamically
changing the size of cells. In a congested cell, the power
of all phones rises to overcome mutual interference. On the margin,
these high-powered transmissions overflow into neighboring cells
where they may be picked up by adjacent base station equipment.
In a quiet cell, power is so low that the cell effectively shrinks,
transmitting no interference at all to neighboring cells and improving
their performance. This kind of dynamic adjustment of cell sizes
is impossible in a TDMA system.
- A further advantage of wide and weak comes in handling multipath
signals, which bounce off obstacles and arrive at different
times at the receiver. Multipath just adds to the accuracy of
CDMA. The Qualcomm system combines the three strongest signals
into one. (a rake receiver) This combining function works even
on signals from different cells and thus facilitates hand-offs.
- CDMA is not merely a clever way of sending bits through the
air; it is a new spectronics paradigm. The new paradigm sees the
use of abundant bandwidth, at ever higher frequencies, to compensate
for newly scarce power and switching.
- Using all the available spectrum all the time, CDMA is a
shared medium like Ethernet that can handle sudden bursts
of broadband data and narrowband voice in stride.
- The next Qualcomm pure-data system, called HDR (High
Data Rate), transmits at up to 2.4Mbps.
- Kepler wrote:
- "I cherish more than anything else the Analogies, my most trustworthy
masters. They know all the secrets of nature."
- Shannon's insight: The center of the sphere is where power
is unlimited and bandwidth scarce. The surface of the sphere
is low powered but broadband. Shannon's analogy took the theory
of the telecosm from the center of the sphere to its surface.
Such is the power of the telecosm.
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- CDMA (符号分割多元接続):
- TDMAでは、30KHzのセルラーチャネルを３個から10個の小さなタイムスロットに分割し、そこに個々の通話を詰め込むに対し、Qualcomm
のJacobsとViterbiは、CDMAと呼ばれるシステムを開発した。これは白色雑音に似た付合をデジタル信号に掛け合わせて個々の通信を識別する。CDMAでは、セルラースペクトルの1.25MHzという比較的広い範囲に亘って信号が拡散されるので、同時に複数のユーザが同じスペクトル空間を共有する。各端末は特定の疑似雑音符号によってプログラムされ、この符号を使って低出力信号が広い周波数帯域に広げられる。基地局は同じ符号を逆の形で (１はすべて０に、０はすべて１に) 逆拡散し、信号を復調する。他のすべての符号は拡散されたままなので、背景雑音と区別がつかない。
- CDMAの異なる戦略:
- もし誰かが大声で話し始めれば、周囲のメッセージがかき消されてしまい、正常にやりとりができる会話の数は激変してしまう。この「大声の話し手」の問題により、CDMAはは長年にわたってセルラーシステムの容量を拡大する手段にはなりえないとされてきた。
- 実際には、ハンドセットに組み込まれた自動利得制御と基地局からの信号雑音比およびエラーレートの常時監視を通じ、毎秒800回以上の頻度で電子回路がワットの出力の凹凸を調整する仕組みになっている。
- この電力制御機構には、セルサイズを動的に変更できるという大きな利点がある。混雑したせるでは、相互干渉に負けまいとしてすべての端末の出力が上昇するが、セルの境界では高出力の伝送が隣接するセルに溢れ出し、隣の基地局がこれを拾う可能性がある。しかし静かなセルでは、低出力なので実質的にセルは縮小しており、隣接セルに干渉を及ぼすこともなくパフォーマンスは改善される。こうしたセルサイズの動的調整はTDMAでは不可能である。
- 「広く・弱く」のもう一つの利点は、障害物に反射することで端末への到着時間にずれが生じるマルチパス信号の扱いにある。マルチパスはCDMAの精度を高めるのに役立つ。Qualcomm
のシステムでは、マルチパス信号のうち最も強い３つを組み合わせて一つの信号を取り出す。(レイク受信機）これは異なるセルの信号も扱うことができるので、ハンドオーバーが容易になる。
- CDMAは、単に大気を通じてビットを送るための賢い方法というだけではない。それは新しいスペクトロニクスのパラダイムである。この新しいパラダイムは、新たに稀少になった電力とスイッチを補って、より高い周波数での豊富な帯域を利用する。
- 利用可能なスペクトルを常時活用するCDMAは、イーサネットに似た媒体であり、それはブロードバンドデータのバーストにもナローバンドの音声にも対応できる。
- Qualcommが開発したHDR (High Data Rate) と呼ばれるデータ通信専用の次期システムでは、最大2.4Mbpsの伝送が可能となる。
- Kepler曰く:
- "私は何よりも類推を大事にする。類推は最も信用できる私の師である。この師は自然の秘密をすべて知っている。"
- Shannonの洞察：球体の中心にはパワーが無限にあり帯域は稀少である。球体の表面はパワーは弱いがブロードバンドである。シャノンのアナロジーでは、テレコズムの理論は球体の中心からその表面へ移動した。これがテレコズムの力である。
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>Top 7. Satellite Ethersphere:
- Crowding the skies!:
- More and more of this low-orbit junk - including a total of some
700 satellites from Motorola's Iridium, Loral-Qualcomm's GlobalStar,
Loral-Alcatel's SkyBridge, and Teledesic (Craig McCaw and Bill Gates),
among other low-earth orbit (LEO) projects - accumulates
in the skies.
- GEO:
- Problems of Clarke orbit (35,860 km above, predicted by Arthur Clarke
in 1945):
The speed of light imposed a quarter-second delay on transmissions
to geostationary satellites. The second problem is the inverse square
law for signal power. This means that communications with satellites
requires large antenna dishes (10m wide) or megawatts of
focus beam power.
- >Top LEO:
- A new satellite industry is emerging. Advanced microchips enable
compact handsets with small smart antennas that can track low-earth
orbit satellites sweeping across the skies at a speed of 25,000
km/h between 500 - 1,400 km above the earth. Between 25 - 60 times
near than GEOs, LEOs find the inverse square law working in their
favor, allowing them to offer far more capacity, cheaper and smaller
antenna, or some combination of both.
- The Clarke belt becomes crowded because the ability of
antennas on the ground to discriminate among satellites is limited
by the size of the antenna. In the "Ka" band (17-30GHz),
66 cm sized antennas wide can distinguish between GEO satellites
2 degrees apart. That's some 800 miles in the Clarke belt, thus
no physical crowding.
- Teledesic:
LEOs, however, can be launched anywhere between the Earth's atmosphere
and a layer the Van Allen belt. Thus the 21 proposed orbital planes
of Teledesic occupy a total of 10km of altitude. At this rate,
225 or more Teledesic systems, comprising some 65,000 satellites,
could comfortably fit in low-earth orbits.
- Spaceway:
Announced in 1998 was a new Spaceway, deploying - along with 8
GEOs - 20 LEOs. The new LEOs marked as decisive a break in history
of space-based communications as the PC represented in the history
of computing.
- Iridium:
As the Iridium project fell into bankruptcy in 1999, critics tended
to ignore the technical flaws and cast aspersions on the very
concept. It was said there was no market for this kind of service.
- GlobalStar:
The key error is the assumption of widespread cellphone coverage.
Even in the US, cellphones reach less than 20% of the territory.
In China, the current coverage is under 1%. The opening price
of
GlobalStar minutes will be 1/7 of Iridium's price ($1/min)
- Last one mile by LEOs:
- The currently dominant geosynchronous birds will lose nearly all
their network long-haul trade to fiber optics. At as estimated 8.6
Tbps, a single fiber cable with 864 strands could hold more potential
bandwidth than all the satellites, aloft or planned, put together.
Fortunately for the satellite industry, fiber reaches only a tiny
portion of the world's destinations. Thus rather than the backbone
of the net itself, the most available prey for the tropospheric
birds is links between customers and the net.
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7. 衛星によるイーサ空間：
- 衛星で空が一杯!:
- 合計700個もの低軌道衛星で空の軌道がますます増える傾向にある。MotorolaのIridium, Loral-QualcommのGlobalstar、Loral-AlcatelのSkyBridge、そしてTeledesic（Craig
McCawとBill Gates）などの低軌道衛星（LEO）プロジェクトである。
- GEO:
- クラーク軌道（35,850km上空。1945年のArthur Clarkeの予言から）の問題点：
光速によって静止衛星との通信には1/4秒の遅延がある。もう一つは信号出力の逆二乗の法則である。これは衛星との通信には直径10mにも達する巨大なアンテナか、メガワット出力の収束ビームを必要とする。
- LEO:
- 新たな衛星産業が勃興しつつある。先進的なマイクロチップによってハンドセットはコンパクトになり、小型のアンテナで地上500mから1,400mの上空を時速25,000kmで飛ぶ低軌道衛星を追跡することができる。GEOより25ー60倍ほど地球に近いLEOは、逆二乗の法則を利用して、GEOよりも大容量を提供し、安価で小さなアンテナ、あるいはその両方の組合せを可能にする。
- クラークベルトが一杯になるのは、地上のアンテナの識別能力がアンテナのサイズによって制限されるからである。Kaバンド(17-30GHz)
では、66cm幅のアンテナで識別可能な静止衛星は、角度が最低２度離れていなければならない。これはクラークベルトでは1,400kmの距離に相当するのでクラークベルトが混雑を心配する必要はない。
- Teledesic:
LEOは、地球大気圏とバンアレン帯との間の任意の場所に打ち上げられる。実際、Teledesic で予定されている21の軌道面は、全体で10km
の高度を占めるだけである。これなら225以上のTeledesicシステムが運用可能であり、65,000個もの衛星を低軌道に収容することができる。
- Spaceway:
1998年に発表された新しいSpacewayでは、８個のGEOの他に、20個のLEOを配置することになった。こうしてLEOは、コンピューティングの歴史におけるPC同様、宇宙通信の歴史の転換点を画することになった。
- Iridium:
1999年、イリジウム計画は破産という形でプロジェクトが崩壊すると、批評家は技術的問題には目もくれずコンセプト自体に失敗の原因を求めた。そして
イリジウムが想定していた市場がなかったという結論に落ち着いた。
- GlobalStar:
最大の間違いは、セルラー電話がすでに広範囲をカバーしているという誤解である。実施には米国内でもセルラー電話のカバー範囲は国土の20%に満たない。中国では 現在のカバー率は1%未満である。GlobalStarのサービス開始時の料金はイリジウム計画の1/7ほどで$1/分の見込みである。
- 最後の１マイルをLEOで:
- 現在主流の静止衛星は、近い将来、長距離を結ぶネットワーク機能をすべて光ファイバに譲り渡すことになる。864本のファイバを束ねた１本のケーブルで8.6Tbpsの容量を実現する光ファイバは、打ち上げ済みと計画中を含めたすべての衛星の帯域を上回る。衛星産業にとって幸運なのはファイバの張ってある場所が、世界全体ではごくわずかしかないことである。即ち、対流圏衛星に最も適した役割は、ネットワークのバックボーンではなく、顧客とネットワークとのリンクである。
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- >Top TCP:
- TCP puts an upper limit on the performance of a satellite. In TCP's
congestion-avoidance mechanisms, when an acknowledgment fails to
arrive within a certain time period, whether because of delays or
errors, TCP reverts to a slower rate for retransmission. In 1997
"TCP Performance over Satellite Links" reports that the
slow start mechanisms of TCP can require 11 roundtrip times of approximately
6.5 seconds, until a transmission reaches full speed.
- The only reason for tolerating the drawbacks of GEO latency
is the lack of any alternative serving so many locations. As
GEO users themselves increasingly recognize, LEOs are drastically
changing that.
- >Top SkyBridge:
- The Alcatel/Loral partnership SkyBridge, formed in June 1997, which
offers fixed broadband multimedia services through 80 satellites
in two 40-satellites constellations at 1,469km. SkyBridge hopes
to provide more than 20 million users with download speeds of up
to 20Mbps and upstream links of 2Mbps using CDMA.
- In a world of multiplying choices, Loral seems a likely winner.
It is participating in both GlobalStar (42.6% ownership) and
SkyBridge (17%).
- Currently the two CDMA LEO projects GlobalStar and SkyBridge
are separate, one dedicated to narrowband mobile voice and the
other to broadband fixed data. But both projects join Alcatel,
Loral, and Qualcomm.
- Ubiquitous access:
- Most important, this expansion of the communications frontier will
foster the very economic development that will fuel the demand for
the service. LEOs can break the bottleneck of development. Simultaneously
opening the entire world, they enrich every nation with new capital
exceeding the fruits of all the foreign aid programs of the era.
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- TCP:
- 衛星通信の性能にはTCPによる上限がある。TCPの輻輳回避メカニズムでは、確認応答が一定時間内に到達しないと、その原因が遅延であろうとエラーであろうと、再送の際の速度を下げるようになっている。「衛星リンクでのTCPの性能」という論文によれば、このTCPのスロースタートの仕組みによって、転送が最高速度に達するまでに往復11回、時間にして約6.5秒かかる場合がある。
- GEOの欠点である遅延を許容し得るのは、多くの地域にサービスを提供する選択肢が他にない場合に限られる。実際、GEOを利用している側も、LEOによって状況が大きく変わりつつあることを認めている。
- SkyBridge:
- 1997年6月には、AlcatelとLoralの提携によるSkybridgeは、1469km上空に40個構成で２系統、計80個の衛星を使って、加入者系ブロードバンドマルチメディアサービスを提供する。2000万人のユーザに下り20Mbps、上り2MbpsのサービスをCDMA
方式で提供する。
- 選択肢の広がる世界では、Loralが勝利者となる可能性が高い。同社はGlobalStar (42.6%) とSkyBridge
(17%) の両方に出資している。
- 現在のところ、一方はナローバンドの移動体音声通信、もう一方はブロードバンドの加入者系データ通信をターゲットにしている。そのどちらにも、Alcatel、Loral、Qualcommが参加している。
- ユビキタスアクセス:
- 重要なことは、コミュニケーションのフロンティアを拡大することで経済発展を促し、サービスに対する需要を喚起することである。LEOは開発のボトルネックを打破することができる。同時に世界全体をオープンにし、現在のあるゆる対外援助の成果を超える新たな資本によって世界のすべての国民を豊かにする。
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>Top 8. Component Software:
- Java:
- The bandwidth tidal wave in hardware will necessarily impel a complementary
change in software, and that's where the greatest economic power
may reside.
- The new era in software began with a software program called
Netscape Navigator Personal Edition. I brought it back from
Silicon Valley in late June 1995.
- I encountered Java in early June 1995 at a Sun Microsystems
conference in downtown San Francisco.
- Joy's Law:
- "What I'd really like to see is a system where the complexity
goes up in a linear way but the power goes up exponentially."
- >Top Bill joy of the sage of Sun predicted;
"The breakthrough would not come from Sun, but from people
and companies we cannot know today...",
and "most of the bright people don't work for you - no
matter who you are. You need a strategy that allows for innovation
occurring elsewhere."
- >Top Marc Andreessen:
- (Photo:
Marc Andreessen; from BusinessWeek, Aug.1997)
Let's open the envelope for candidate number one for Bill Gates'
throne. Give him a nearly unspellable Scandinavian name - Marc Andreessen.
Andreessen saw that, for all its potential, there was a monstrous
incongruity at the heart of the Internet. In fact, there was a definite
element of not wanting to make it easier, of actually wanting to
keep the riffraff out.
- In engineering Mosaic and Netscape Navigator, streamlining
the communications functions and putting it all on the net,
Andreessen was following in the codesteps of Joy. Bill Joy was not only a founder of Sun, he was also the primary champion
of BSD Unix.
- sun engineer James Gosling; perhaps the world's greatest
living programmer.
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８．コンポーネントソフトウェア:
- Java:
- ハードウェアにおける帯域の大波は、必然的にソフトウェアにも変更を迫ることになり、そこには強大な経済力が生まれる。
- ソフトウェアの新時代はNetscape Navigator Personal Editionという名のソフトウェアとともにはじまった。私は1995年6月末にシリコンバレーから持ち帰った。
- 1995年6月初に、サンフランシスコのダウンタウンでのSun Microsystemsの会議でJava言語と出会った。
- Joyの法則:
- "私が見たいのは、複雑さの増加は直線的で、そこから生まれるパワーは指数関数的に増大するようなシステムだ。"
- Sunの賢人であるBill Joyの予言によれば、
"ブレークスルーはSunからやってくるのではなく、今日我々の知るよしもない人々と会社から生まれる。」
さらに「優秀な人間のほとんどは君たちのために働いている訳ではない。君たちが誰であろうと。だから革新が他の場所で起きることを許容するような戦略が必要なのだ。"
- Marc Andreessen:
- ビルゲイツ後継者No.1を納めた封筒を開けることにしよう。その人は、正確なスペルがほとんど難しい北欧風の名前、Marc Andreessenである。Andreessenは、大きな可能性を秘めたインターネットの中核にとんでもない理不尽なものがあるとおもった。事実、インターネットを簡単に使えるようにはしたくないという要素、実際に素人お断りという気持ちが強かった。
- MosaicとNetscape Navigatorを作り、通信機能を洗練させてネット上で機能するようにした際、Joyがそのコードによって敷き固めた道を歩いた。Bill
JoyはSunの創始者であるだけでなく、BSD Unixの第一人者であった。
- Sunの技術者James Gosling：存命中の世界で最も優秀なプログラマである。
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- >Top Bernerds-Lee:
- To burst open the Internet would require reaching out to the riffraff
who travel through pictures and sounds. At CERN, Bernerds-Lee opposed
images and video on these grounds. The technologists all held a
narrowband view of the world.
- The bulk of human bandwidth is in a person's eyes and ears.
For absorbing text, the speed limit is only some 55 bytes per
second.
- Lego Software:
- Software was rapidly moving toward the Internet in accordance with
the Java mode, which Joy calls "Lego software." EggHead
Software actually closed down its retail stores, and opened a software
emporium on the Internet, where shelf space is essentially infinite.
- At the end of 1998; Linking all the millions of appliances
would be a new Java-based system called Jini that would
connect all the world's computing components to each other as
Java software objects.
- Joy said, "There will be thousands of appliances like
these. At present they cannot interconnect. Current OS does not
help them. They do no look first for their disk as a desktop machine
does. Yet that is the essential history of OS. They begin by tapping
the disk drive. Over the years they have collected scores of drivers
that connect them to printers, networks, and other outside systems.
But in a world of single-chip systems, it will be impossible to
include all these drivers on the microprocessor. It will be necessary
to give the devices the ability to link to one another. Jini treats
each device as a Java object."
|
- Bernerds-Lee:
- インターネットの爆発的開放には、画像や音声を利用する大衆を取り込む必要があった。しかしCERNのBernerds-Leeは、画像や動画を扱うことには反対だった。技術者は皆ナローバンドの世界観を持っていた。
- 人間の帯域幅のかなりの部分は目と耳が受け持っている。人間のテキスト処理スピードは55 byte/sがぜいぜいである。
- Lego Software:
- Joyのいう"レゴ・ソフトウェア"（注：Legoとはデンマーク製ブロック玩具）というJavaモードに従って急速にインターネットへと移動していった。Egghead
Software は小売店舗をすべてたたみ、販売スペースが事実上無限のインターネット上にソフトウェア百貨店を開設した。
- 1998年末に、何百万というアプライアンスをつなぐのはJiniと呼ばれる新しいJavaベースのシステムで、これは世界中のあらゆるコンピュティングデバイスをJavaソフトウェアオブジェクトとして相互に接続しようとするものだった。
- Joyは言った。"こうしたアプライアンスは数千もあるだろう。今はこれらは相互接続できない。今入っているOSではできないのだ。デスクトップマシンのように最初にディスクを探すことはしない。それはOSが今までやってきたやり方なんだ。まずはディスクドライブを探すことから始まる。それから何年か経つとドライバが沢山でてきて、プリンタやネットワーク、その他外部システムと接続できるようになる。しかしシングルチップシステムでは、それらのドライバを含めることは無理だ。一方デバイスが相互接続できるようにする必要がでてくる。JiniならそれぞれのデバイスをJava
オブジェクトとして扱うことができる。"
|
>Top 9 . Storewidth Paradigm:
- John Doerr of KPCB (Kleiner, Perkins, Caufield
& Byers):
 (Photo:
John Doerr; from BusinessWeek, Aug.1997)
While other venture capitalists say, 'Let's start a company,' John
says, 'Let's start an industry.
The supreme force of industrial change in the coming era will be
Khosla's domain of optical bandwidth. To catch and cache the big
bang of photonics and bring it to intelligent life on earth, the
explosion of bandwidth requires a complement of storewidth This
became the domain of John Doerr.
- Typical messages make 17 hops between routers before reaching
their destinations.
- Today there are many storewidth pioneers, from Akamai and Digital
Island to Exodus and Adero, and from Mirror Image to Mango. But
the first to make an impact on this critical telecosmic space
was John Doerr and @Home.
- Thomas Judge told, "In Doerr's business, you have to
be on the fringes to make money, and that's where he is."
- Samuel Johnson's comment about a dancing dog; "You
are impressed not by how well it can dance but how it can
dance at all.
- >Top Computer on a planet:
"The Internet is a computer on a planet. Like a computer on
a motherboard, it faces severe problems of memory access. Thus Internet
communications depend on ingenious hierarchical memory management,
analogous to a computer's registers, buffers, and latches, its three
tiers of speculative caches, its bulk troves of archives, its garbage
management systems to filter and weed out redundant or dated data,
and its direct-memory access controllers to bypass congested nodes."
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９．貯域というバラダイム:
- John Doerr of KPCB:
他のベンチャーキャピタリストだったが、「新しい会社をスタートしよう」だが、Doerrの場合は「新しい産業をスタートさせよう」となる。
来る時代における産業変化の力は、Khoslaが関心をよせている光の帯域であろう。フォトニクスのビッグバンを捉えてキャッシュし、それを地上の知的生命に届けるには、帯域の爆発の補完としての貯域(storewidth)が必要だ。この分野こそJohn
Doerrが選んだ領域となった。
- 典型的なメッセージの場合、ルータを経由して目的地に到達するまで17ホップを要する。
- 今日では、貯域の分野では幾多のパイオニアが存在している。AkamaiからDigital Island、Exodus、Adero、Mirror
Image、Mangoまである。しかし最初にこの重要なテレコズム空間にインパクトをもたらしたのは、John Doerr
と@Homeであった。
- Thomas Judge曰く,"金儲けをするにはフリンジ、つまり外縁にいないといけない、とうのがDoerr流のビジネスのやり方だ。彼はいつもそういう所にいる。"
- Samuel Johnsonの踊る犬に対するコメント"我々が感銘を受けるのは、上手に踊ることではなく、犬でも踊れるのだということだ。"
- 惑星上のコンピュータ:
"インターネットは惑星上の１台のコンピュータだ。マザーボード上のコンピュータと同様に、惑星上のコンピュータもメモリアクセスが課題だ。コンピュータのようにインターネットのコミュニケーションにも、これに似た階層的メモリ管理システムの仕組みが必要だ。即ち、レジスタ、バッファ、ラッチ、三層予測キャッシュや膨大なアーカイブ・コレクション、重複するデータや旧いデータをフィルタで取り除くためのガーベッジ管理システム、混雑したノードをバイパスするためのダイレクトメモリアクセスコントローラが必要になるのだ。"
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- >Top Scarcity of time:
The new Internet will differ as radically from the incumbent as
quantum theory differed from Newtonian science. The evidence for
the clash with light speed pervades the telecosm. Lacking time to
fetch instructions and data from remote memories, microprocessor
boards are moving to single-chip systems. Lacking time for messages
to reach remote geosynchoronous posts 23,000 miles away, satellites
are moving to low-earth orbits.
- In a world of material abundance, the only inexorable scarcity
is time. In a world of bandwidth abundance, latency is the residual
delay.
- >Top Bandwidth and storage:
Microprocessors are essentially two-dimensional devices that have
to be interconnected by labyrinthine patterns of microscopic wire.
Magnetic domains that store a bit of data on a hard drive don not
have to be interlinked at all, and can be inscribed on top of one
another in three dimensions.
- Disk technology will continue to double its density every
year while processor technology doubles its performance every
two years. Over 5 years, disks should improve 32-fold while
processors improve fivefold.
- The speed of light limit favors specialized distributed processors,
doing their work on location, optimized for disk access, database
search, and other "thin-client" applications on the
net.
- The computer system reflects a time when bandwidth inside the
computer was greater than bandwidth outside it.
Today, however, not only is bandwidth outside the computer generally
larger than inside, but outside bandwidth is growing some ten
times faster.
- The simultaneous explosion of bandwidth and storage dictate
a similarly massive growth in webcaching, a solution that paradigmatically
"waste" these two crucial abundances. But it conserves
the two great scarcities of the telecosm, the speed of light and
the span of life, aka the customer's time.
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- 時間の希少性:
量子論がニュートン力学と異なるように、新しいインターネットは現在のインターネットとはまったく異なるものになるであろう。光速との衝突の証拠は、テレコズムの至る所にある。離れたメモリから命令とデータを取ってくるだけの時間的余裕がないので、マイクロプロセッサボードはシンブルチップシステムへと移行し、またメッセージが地上から36,000km離れたポストまで届けられるのを待っていられないために、衛星は低軌道に移動しつつある。
- 物質が豊富な世界にあって唯一稀少なものは時間である。帯域が豊富な世界にあっては、遅延の問題が最後の残る。
- 帯域とストーレッジ:
マイクロプロセッサは基本的に二次元のデバイスであり、極微のワイヤからなる迷路のようなパターンで相互接続する必要がある。一方ハードディスク上でデータビットを記録する磁区は、相互接続の必要はまったくなく、三次元方向に積み重ねることができる。
- ディスク技術は今後も毎年倍々で高密度化が進むが、プロセッサのパフォーマンスは二年毎に倍増する。５年後にはディスクは32倍になるのに対し、プロセッサは５倍である。
- 光速の限界によって有利に働くのは、ディスクアクセスやデータベース検索、あるいはネット上のシンクライアントのアプリケーションに最適化してその場所で処理する分散プロセッサである。
- コンピュータシステムは、内部の帯域が外部の帯域より広かった時代を反映している。
今日では、コンピュータ外部が帯域が広いだけでなく、外部の帯域は内部のそれよりも十倍のスピードで拡大している。
- 帯域と貯域の同時爆発は、ウェブキャシングの劇的成長をもたらす、これら２つの決定的な豊富性を浪費するソリューションである。しかし、このれはテレコズムにおける２つの重要な希少性、光の速度と人の寿命、つまり顧客の時間を大切にする。
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>Top 10. Betting Against Bandwidth:
- Leslie Vadasz, a founder of Intel said:
In 1996; "Bandwidth rises a 100 times more slowly than our
ability to use it. If broadband cannot happen fast enough, the theory
goes, then we will have to compensate with more powerful chips.
The microcosm will forever trump the telecosm." Vadasz wanted
to get me on the record with an explicit public bet.
- Anyone in US who wants a broadband Internet connection can
get one. I define broadband as T-1 speeds or higher. I focus
on availability, not penetration. (top 20%)
- Metcalfe's contribution was shrewdly to add to this conventional
square law the declining cost of ethernet adapters and other
network gear as the net expanded. In simplest terms, it ordains
that the value of a network rises by the square of the collective
power of the computers compatibly attached to it.
- Solidity is a distraction:
Wires may seem more solid and reliable than air, but the distinction
between them is largely spurious. Wires and the atmosphere are alternative
media, and to the individual electron or photon, they are only arbitrarily
distinguishable. Whether insulated by air or by plastic, both offer
resistance, capacitance, inductance, noise, and interference as
waves travel through them.
- In a global marketplace increasingly unified by light-speed
telecommunications, we focus at our peril on solid states, physical
resources, and bounded national economies. Conceived as continuous
span of waves and frequencies tossing and cresting, reflection,
diffusing, superposing, and interfering, the telecosm is at
one the most practical resource and most profound metaphor for
the global information economy.
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10．帯域が勝たないという賭け：
- Leslie Vadasz（Intel創始者の一人):
1996年；"ブロードバンドは、我々がそれを使う能力の進化より100倍も遅い。ブロードバンド時代が早くこないのであれば、理論上そうなるが、その不足をより強力なチップで補う必要がある。マイクロコズムは永遠にテレコズムに勝つ。" この意見に反対なら公の場で賭けをしよう。
- 米国のだれでもブロードバンドのインターネット接続を望めば得られる。ここでブロードバンドとはT-1回線(1.544Mbps)をいう。(ユーザの上の20%)
- Metcalfeが偉大だったのは、この二乗の法則にイーサーネットアダプタなどのネットワーク機器のコストがネットの拡大とともに低下することを付け加えたことにある。端的に言えば、テレコズムの法則とは、ネットワークの価値はそこに接続されるコンピュータの全パワーに二乗に比例して増大するのだ。
- 固体は本質にあらず:
ワイヤは空気よりも強固で信頼できるように見えるが、両社の区別は見かけ上にすぎない。ワイヤも大気も互いに代替可能な媒体であって、個々の電子や光子にとってはその違いは根拠がない。絶縁しているものが空気かプラスチックかの違いこそあれ、どちらも波が通る際には、抵抗、電気容量、誘導係数、雑音、干渉を生じる。
- 光速の通信によって統合が進むグローバル市場では、固体、物理的な資源、国境が隔てる国家経済に固執するのは危険である。山谷、反射、拡散、重畳、干渉する波動と周波数の連続した広がりを認識してこそ、テレコズムがグローバルな情報経済に最も現実的な資源であり深淵なメタファーになる。
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>Top 13 Twenty Laws of the Telecosm:
- The Law of the Telecosm:
The value of a network grows by the square of the processing power
of all the terminals attached to it. (=Metcalfe's law)
- Gilder's Law:
While computer power doubles every 18 months (Moor's law), communication
power double every 6 months.
- The Black box Law:
Networks will become black boxes; dumb pipes, with intelligence
spread to the machines at their peripheries.
- The Law of Bandwidth Efficiency:
Bandwidth usability grows roughly by the square of the move up spectrum
to higher frequencies.
- Shannon's Law:
Digital communications efficiency declines as power increases, or,
conversely, efficiency increase as power weakens.
- The Bandwidth-Power Identity:
In both fiber and air, the expansion of bandwidth geometrically
increases communications efficiency.
- The Glass Mansions Law:
In the cities of the world, fiber trumps both copper and the airwaves.
- The Yellow Pages Law:
The telecosm demands better and better directories.
- The Law of Telecosmic Price Elasticity:
One unit decline in bandwidth price yields a five unit rise in demand.
- The Law of Instantaneous Information:
The companies that save their clients time will profit in the telecosm.
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13．テレコズム20の法則:
- テレコズムの法則:
ネットワークの価値はネットワークに接続された前端末の処理能力の二乗に比例する。（＝メトカーフの法則
- ギルダーの法則:
コンピュータパワーは18ヶ月毎に倍増するが（ムーアの法則）、コミュニケーションパワーは６ヶ月毎に倍増する。
- ブラックボックスの法則:
インテリジェンスはネットワーク末端に拡散し、ネットワーク自体はブラックボックス、即ちダムパイプとなる。
- 帯域効率の法則:
帯域の有用性は、スペクトルを高周波数へ上がるにつれおよそ二乗で向上する。
- シャノンの法則:
デジタル通信の効率は、出力が強いほど下がり、出力が弱いほど高まる。
- 帯域とパワー同一性の法則:
ファイバでも大気中でも、帯域の拡大は、通信効率を幾何級数的に増大させる。
- ガラスマンションの法則:
都市部では、ファイバが導線や無線に勝る。
- イエローページの法則:
テレコズムは、ますます優れたディレクトリを必要とする。
- テレコズム的価格弾力性の法則:
帯域の価格が１低下すると、５の需要が生まれる。
- 即時的情報の法則:
テレコズムでは、顧客の時間を節約する企業が繁栄する。
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- The Law of Wasted Bandwidth:
The companies that exploit bandwidth recklessly will profit by it.
- Amdal's Law in the Telecosm:
The missing components today are cheap chips that can operate at
optical speeds. Profits will migrate to optical-speed chip makers.
- The Single-Chip Law:
Chips operating at a GHz have no time to go off chip to retrieve
instruction and data.
- The Law of Handheld Devices:
When bandwidth is infinite, and the network is ubiquitous, digital
cellular teleputers prevail.
- The Law of Network Computing:
Computers disaggregate across the net and software disaggregates
into components on the net.
- Huber's Law of Geodesic Networks:
As coined by Peter Huber, "geodesic" networks will prevail:
short-connection, multipoint, dense arrays.
- The Low-Latency Law of Satellites:
Bouncing to low-earth orbits and back, signals move fast enough
to race photons in fiber.
- The Law of Television Obsolescence:
Television, high powered and low choice will die. TV ADs are not
adds; they are minuses.
- The Law of Journalistic Victory:
People will migrate toward newspapers and magazines. All these functions
become more effective on the net.
- The Law of Conduits and Content:
The dumber the network the more intelligence it can carry.
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- 帯域浪費の法則:
帯域を気にせず浪費する企業が繁栄する。
- テレコズムにおけるアムダールの法則:
今日欠けている要素は光速で動作する安価なチップであって、光速チップメーカが儲かる。
- シングルチップの法則:
１GHzで動作するチップは、チップの外部に命令とデータを取りに行く時間的余裕がない。
- ハンドヘルドデバイスの法則:
帯域が無限、ネットワークがユビキタスとなると、デジタルセルラー（テレピュータ）が普及する。
- ネットワークコンピューティングの法則:
コンピュータはネット上に分解して散らばり、ソフトウェアも分散してネット上のコンポーネントになる。
- フーバーの測地線ネットワークの法則:
Peter Huberの表現を借りれば、測地線ネットワークが優位になる。即ち、短距離接続、マルチポイント、アンテナ密度の濃いネットワークである。
- 衛星の低レイテンシの法則:
低軌道衛星と地上を行き来する信号は、ファイバ注の光子と競合できる。
- テレビ衰退の法則:
高出力で選択肢の少ないテレビは滅びる。テレビ広告（アド）はプラスでなく、マイナスである。
- 新聞雑誌勝利の法則:
人々は新聞と雑誌に移っていく。新聞の提供する企業はネット上でさらに効果的となる。
- コンジットとコンテンツの法則:
ネットワークはダムになればなるほど、より多くのインテリジェンスを運ぶことができる。
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