برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

پیش از آن كه بتوانیم برای برآوردن نیازهای ارتباطی آینده، قدرت نور را تحت كنترل خود در بیاوریم، باید توجهمان را از مسیریاب‌ها به خود شبكه معطوف سازیم. فناوری‌های شبكه‌های نوری جدید، ارتباطات را متحول خواهند نمود و ما را به مسیر شبكه‌های فراگیر باند پهن هدایت خواهند كرد. شبكه‌های باندپهن با داشتن نرخ‌های انتقال داده‌ای مختلف، به طور روزافزونی در حال نفوذ به بازارهای جهانی هستند. در ژاپن، از ماه ژانویه‌ تا ماه می سال 2004، بیش از 14 میلیون نفر، مشترك خطوط باند پهن شده‌اند كه از بین آن‌ها، 6/10 میلیون نفر، مشترك DSL، 5/2 میلیون نفر مشترك كابلی و یك میلیون نفر مشترك خطوط فیبر به خانه با نام FTTH بوده‌اند. با وجود این كه تعداد مشتركین خطوط FTTH هنوز پایین است، اما نرخ رشد آن (1/4 برابر در سال)، از میزان رشد خطوط7/1) DSL برابر در سال) بسیار بیشتر است. انتظار می‌رود طی مدت 4 تا 5 سال آینده، تعداد مشتركین خطوط FTTH در ژاپن بیشتر از تعداد مشتركین خطوط DSL شود. افزایش تعداد كاربران FTTH از نرخ اشتراك پایین آن و در دسترس بودن سرویس‌های پر سرعت نشات می‌گیرد. نسبت نفوذ خطوط باندپهن در بین مردم ژاپن كه 32 درصد تعداد كل خانواده‌ها بوده است، به سرعت در حال افزایش است. در كشور كه میزان نفوذ شبكه‌های باند پهن در بین مردم برابر 70 درصد می‌باشد، بازارها تقریباً به حالت اشباع رسیده‌اند. این بازار در آمریكا نیز همین‌گونه است. اما شبكه‌های نوری آینده چگونه خواهند بود؟



هنگامی كه سرویس‌های DSL برای اولین بار در سال 1998 در ژاپن عرضه شدند، حداكثر سرعت خطوط آنها برابر 500 كیلو بیت بر ثانیه بود. امروزه پیشرفت‌های تكنولوژیك، پهنای باند تا 40 مگا بیت بر ثانیه را ممكن ساخته است. البته، بالاترین سرعت، تنها برای تعداد محدودی از كاربران كه كمتر از یك كیلومتر با شركت فراهم‌كننده‌ سرویس اینترنت (ISP) فاصله دارند مهیا است. امروزه حداكثر سرعت خطوط FTTH كه در سال 2000 معرفی شدند، برابر 100 مگا بیت بر ثانیه است. هیچ شكی وجود ندارد كه پیشرفت دستیابی به شبكه‌های باندپهن در ژاپن، تحت تاثیر نرخ‌های اشتراك پایین آن در دنیا قرار دارد. مشتركین می‌توانند با پرداخت مبلغی كمتر از 25 دلار در ماه، از سرویس DSL استفاده نمایند و FTTH نیز حدود 50 دلار در ماه هزینه دارد.

در ژاپن، ترافیك اینترنت در نتیجه‌ ورود شبكه‌های باند پهن به سرعت در حال افزایش است. ترافیك پی بستر اصلی اینترنت نیز با نرخ سالانه‌ بیش از 150 درصد، رو به افزایش است. این نرخ توسعه، در مدت 5 سال، افزایشی صد برابر و در مدت 10 سال، افزایشی ده هزار برابر خواهد داشت كه نرخ رشدی رعب‌آور است.
البته این روند، تنها محدود به كشور ژاپن نیست. نرخ رشد ترافیك پی‌بستر اصلی اینترنت در آمریكای شمالی كه كمتر از 100 درصد است، به این اندازه نگران كننده نیست، اما با این وجود، نرخ قابل توجه و چشمگیری است.


شكل 1- گام 1: معرفی فناوری DWDM و مسیریابی طول موج.

گام 2: معرفی تسهیم طول موجی فوق العاده چگال، مسیریاب فوتونی MPLS و زنجیره‌ سوئیچ‌ها، OADM، سیستم‌های نوری OXC

عوامل مهم در طراحی شبكه حجم ترافیك، ظرفیت انتقال و برونداد (Throughput) گره‌ها، سه عامل اساسی در طراحی شبكه‌ها هستند. نمای شماتیك ارتباط بین آن‌ها در شكل 1 نشان داده شده است. اكنون، دنیای صنعتی در آستانه‌ طلوع عصر شبكه‌های همه‌گیر باند پهن قرار دارد. پیشرفت‌های حاصل شده در زمینه‌ پردازش الكترونیكی- شامل TDM Time Division Mulltiplexing و برونداد الكترونیكی اتصال روتر/سرویس‌دهنده، كه كم و بیش از قانون مور پیروی می‌كند، حركت كندتری دارد. برای پر كردن فاصله‌ بین بار ترافیك شبكه و تكنولوژی پردازش‌های الكترونیكی، محققین شبكه‌های نوری، فناوری‌های شبكه‌های نوری را توسعه داده‌اند. به همین سبب فناوری WDM به میزان گسترده‌ای توسعه یافته است و مسیریابی طول موج با استفاده از مالتی‌پلكسرهای نوری OADSM و سیستم‌های اتصال ross Connect نوری OXS، در حال معرفی هستند.

معرفی تكنولوژی‌های نوری، سهم اصلی را در پیشرفت كارایی شبكه داشته است. در این دوره، رشد ترافیك، عمدتاً به دلیل استفاده از برنامه‌های كاربردی نظیر برنامه‌های دریافت تصویر، فیلم، موسیقی و نیز برنامه‌های نظیر به نظیر اشتراك‌گذاری فایل است. . پس از این، سرویس‌هایی نظیر پخش جریانی تصاویر با كیفیت بالا (‌1k*2k پیكسل) و با كیفیت بسیار بالا (‌2k*4k پیكسل) ترافیك شبكه را به شدت افزایش خواهد داد. برای اشتراك چنین سرویس‌های جدیدی (كه به نرخ انتقالی از 20 تا 300 مگابیت بر ثانیه نیاز دارد)، مشتركین به طور فزاینده‌ای به خطوط FTTH نیاز خواهند داشت. برای غلبه بر انفجاری كه در حجم ترافیك رخ می‌دهد، باید پیشرفت‌هایی در كارایی شبكه حاصل شود و هزینه‌ها كاهش یابد تا سرویس‌های پخش برنامه‌های با كیفیت بالا از طریق شبكه بتواند با هزینه‌ای كمتر از دو برابر هزینه‌ای كه مشتركین فعلی می‌پردازند فراهم شود. برای رسیدن به این هدف، تكنولوژی‌های MPLS :Multi Protocol Label Switching در مسیریاب‌ها به كار گرفته خواهد شد و از تكنولوژی‌های با چگالی فوق‌العاده بالای WDM استفاده خواهد شد.

سیر تكامل شبكه‌های نوری

شكل 2- سیر تكاملی شبكه های فوتونی.
(a) سیستم انتقال 43 گیگابیت بر ثانیه ای مبتنی بر OTN (سال 2003)
(b) سیستم 64 گیگابیت بر ثانیه‌ای OXC (سال 2003)
(c) . مسریاب MPLS فوتونی. مسیریاب هیكاری با ظرفیت بالا از كلاس ترابیت كه در سال 2001 معرفی شد.

شكل 2، روند توسعه‌ شبكه‌های انتقال نوری را نشان می‌دهد. سیستم‌های نقطه به نقطه‌ انتقال داده‌ فیبر نوری در سال 1981، هنگامی كه ظرفیت انتقال برابر 32 مگابیت بر ثانیه بود، در شبكه‌ NTT معرفی شدند. اخیراً سیستم‌های انتقال داده ‌WDM، در ژاپن به میزان وسیعی به كار گرفته شده‌اند. در سال 2003، حداكثر ظرفیت انتقال WDM به دست آمده در هر فیبر، برابر 800 مگابیت بر ثانیه بود. سرعت كانال‌هایWDM امروزی، 5/2 گیگابیت و 10‌گیگا‌‌بایت بر ثانیه است، اما محققینی كه آزمایش شبكه‌ انتقال نوری (OTN) را رهبری كردند، میزان انتقال 43 گیگابیت بر ثانیه را گزارش نمودند. در حال حاضر، سیستم‌های 43 گیگابیت بر ثانیه‌ای، در هر كانال، در برخی شبكه‌های تحقیقی در حال پیاده‌سازی است. تكنولوژی‌های مسیر نوری (optical path) برای شبكه‌های نوری در حال به‌كارگیری هستند. سیستم‌های ایستای OADM در سال 2000 در برخی شهرهای صنعتی ژاپن معرفی شدند. همچنین استفاده از سیستم‌های OADM قابل پیكربندی مجدد در سطح جهانی به زودی آغاز خواهد شد.


محققین، یك سیستم OXC را توسعه داده‌اند كه دارای برونداد 320 گیگا‌بیت بر ثانیه (128 2.5Gbit/s x) در هرCabinet می‌باشد، نرخی كه به سادگی با به كارگیری یك پیكربندی چهار كابینه، به 28/1 ترابیت بر ثانیه قابل افزایش است. در آغاز سال 1999، این سیستم به صورت آزمایشی در شهر كاناگاوا در نزدیكی توكیو به كار گرفته شد. دوره‌ سه ساله‌ آزمایش، به محققین اجازه داد تا قابلیت اطمینان سیستم‌های OXC را تایید نمایند كه از تكنولوژی‌های مدار موج سبك دو‌وجهی PLC استفاده می‌كنند. سیستم‌های OXC در سال 2003 (در ژاپن) به عنوان بخشی از طرح دولتی توسعه‌ شبكه‌های با كارایی بسیار بالا معرفی شدند.

بحث مسیریاب فوتونیك، دستگاهی كه بیشتر مبتنی بر پروتكل IP است نیز به نوبه‌ خود جذاب است. دو نوع مسیریاب نوری وجود دارد: دسته‌ اول مسیریاب‌های نوری MPLS هستند كه طول موج نور را به عنوان علامت در جریان‌های بیتی لایه‌ 1 به كار می‌برند و به عنوان مسیریاب‌های نسل بعدی در نظر گرفته می‌شوند. دسته‌ دوم سوییچ‌های نوری متصل به هم هستند كه آن‌ها نیز به نظر می‌رسد پتانسیل چشمگیری داشته باشند، اگرچه هنوز مورد تأیید قرار نگرفته‌اند.

مسیریاب MPLS فوتونیك‌

شكل 3- مقایسه ای از یك مسیریاب
(a) یك مسیریاب MPLS فوتونی (b). در مسیریاب MPLS ، به هر بسته‌ IP یك برچسب و به هر جریان لایه‌ 1، یك برچسب طول موج اضافه می شود.

مسیریاب‌های MPLS فوتونیك، از طول موج نور به عنوان علائمی برای ایجاد مسیرهای نوری علامت-گزین (OLSP) استفاده می‌كنند. هر OLSP معادل یك بسته‌ IP است و به همان نحو عمل می‌كند. شكل 3 مقایسه‌ای از یك مسیر علامت-گزین (LSP) برای یك MPLS و یك مسیر نوری علامت-گزین برای یك MPLS فوتونیك را نشان می‌دهد.

برای ایجاد علامت طول موج، دو رهیافت وجود دارد: یك طول موج منفرد می‌تواند به یك مسیر مشخص برای ورود و خروج به مسیریاب اختصاص داده شود و یا این كه طول موج، به‌صورت لینك به لینك بین اتصال‌ها مرتباً جا به جا شود. در MPLS، یك لیبل لایه‌ 2 (كه یك Shim header نامیده می‌شود) در یك مسیریاب ورودی، به هر بسته، چسبانده می‌شود. سپس در ادامه، در هر اتصال، این لیبل جا به جا می‌شود. در MPLS ‌های فوتونیك، در یك مسیریاب خروجی، یك لیبل طول موج به یك جریان بیتی چسبانده می‌شود و هر بسته‌ IP به صورت یك OLSP، همساز می‌گردد. یكی از اختلافات بزرگ MPLS و MPLS فوتونیك این است كه MPLS اجازه می‌دهد كه علائم با هم ادغام شوند كه در این حالت در یك مسیریاب علامت-گزین میانی، دو LSP یا تعدادی LSP كه در حال عبور از یك مسیر هستند، با هم ادغام شده و به یك LSP تبدیل می‌شوند، در حالی كه MPLS فوتونیك اجازه‌ ادغام‌شدن علامت‌ها را نمی‌دهد. یك اختلاف دیگر این دو مسیریاب، این است كه در به‌كارگیری MPLS فوتونیك، به علت محدودیت‌های WDM، تعداد OLSP ‌های قابل استفاده در هر اتصال، محدود است كه تعداد آن در حال حاضر برابر 200 می‌باشد. به همین دلیل، MPLS فوتونیك در ابتدا به عنوان پی‌بستر یا backbone شبكه‌ مورد استفاده قرار خواهد گرفت.



شكل 4- پیكربندی مسیریاب MPLS فوتونی‌

شكل 4، معماری یك مسیریاب نوری MPLS را كه اخیراً توسعه داده شده است، نشان می‌دهد. مسیریاب، از یك MPLS الكتریكی و یك واحد مسیریابی لاندا (LRU) كه OLSP ‌ها را با استفاده از پروتكل تعمیم یافته ‌MPLS، مسیریابی می‌كند، تشكیل شده است. LRU وظایف انتقال داده‌ WDM و محافظت از لایه یك شبكه (1+1 و 1:1)، بازیابی توابع آشكارساز خطا و نیز وظایف نظارت بر كیفیت سیگنال‌های نوری را برعهده دارد. به‌منظور ساده‌سازی پردازش ساخت مسیرها، LRU همچنین وظیفه‌ تبدیل طول موج را نیز برعهده دارد كه به طول موج هر OLSP اجازه می‌دهد كه به صورت لینك به لینك جای شود. این كار، از تصادم طول موج‌ها جلوگیری می‌كند و نیاز به تخصیص طول موج را بر‌طرف می‌سازد و باعث حداكثر استفاده از اتصال می‌گردد. كنترل MPLS الكتریكی و LRU همراه با هم است. هماهنگی بین لایه‌های الكتریكی و نوری بدین معنی است كه كار به صورت plug-and-play قابل انجام است. پروتكل سیگنال‌دهی، كه توسعه‌ای از پروتكل ذخیره‌ منبع RSVP با مهندسی ترافیك می‌باشد، سیستم را گران‌قیمت می‌سازد. تولید چندین طول موج در یك زمان، كه به شدت در زمینه‌ شبكه‌سازی و انتقال اطلاعات مفید است، با به

شكل 5- تولید پالس چند طول موجی و موج نور پیوسته توسط منبع نوری سوپركانتینیوم‌

كارگیری یك طیف نور متسلسل (SC) به دست

شكل 5- تولید پالس چند طول موجی و موج نور پیوسته توسط منبع نوری سوپركانتینیوم‌
می‌آید. همان گونه كه در شكل 5 نشان
داده شده است، تكنولوژی SC، از اثر غیر خطیِ فیبرهای نوری، برای تولید چندین طول موج استفاده می‌نماید. طیف باریك طول موج ناشی از پالس‌های اولیه‌ ورودی، در حین این كه آنها فیبر نوری غیرخطی را پیمایش می‌نمایند، انتشار می‌یابد. سپس هنگامی كه طیف به یك صافی طول موج، مانند یك شبكه‌ آرایه‌ای هادی موج، پالس‌های چند‌رنگی و یا یك شبكه‌ پیوسته‌ فركانس موج می‌رسد، طول موج‌ها به طور همزمان تولید می‌شوند. هنگامی كه چندین مُد طولی از طیف حذف شدند، پالس‌ها مجدداً با تكرار پالس‌های اولیه‌ تولید می‌شوند و پهنای پالس تولید شده توسط پهنای باند صافی تعیین می‌گردد. هنگامی كه تنها یك مُد طولی از طیف انتشار یافته SC حذف می‌شود، چندین حامل موج پیوسته تولید می‌شود. تثبیت طول موج منبع، كار نسبتاً ساده‌ای است. پایداری طول موج پالس‌های چند‌رنگی تولید شده، توسط پایداری طول موج صافی تعیین می‌گردد. پایداری صافی‌های طول موج منفعل از لحاظ مقدار و بزرگی، بالاتر از پایداری صافی‌های طول موج دیودهای لیزری است.

تا به امروز، بیش از هزار حامل نوری با فاصله كانال 5/12 گیگاهرتز و نسبت‌های سیگنال به نویز كه امكان انتقال اطلاعات را به میزان5/2 گیگابیت بر ثانیه در هر كانال فراهم می‌آورند، تولید شده‌اند. در یك آزمایش موفقیت‌آمیز دیگر با كانال‌های 10گیگابیتی محققان توانستند انتقال WDM با پهنای باند بسیار بالا را روی بیش از 30 كانال 5 گیگاهرتزی تجربه كنند. حامل‌های نوری ایجاد شده در شكل 6 (الف) نشان داده شده‌اند.


شكل 6- تولید حامل نوری سوپركانتینیوم.
(a) حامل‌های با فاصله كانال 50 گیگاهرتزی.
(b) میكروگراف
(c) طیف نور سوپركانتینیوم تولید شده با استفاده از PM-PCF .

با افزایش خاصیت غیرخطی فیبرنوری استفاده شده در تولید SC، می‌توان كارایی تولید نور SC را افزایش داد به نحوی كه پیك قدرت پالس‌های ورودی اولیه، می‌تواند كاهش یابد. همچنین قابلیت‌های قدرتمند هدایت نوری این فیبرها، شعاع خمیدگی بسیار كوچكی (كمتر از 3 میلیمتر) بدون تلفات نوری اضافی برای فیبر به دست می‌دهد. اخیرا PCF ‌های با تلفات نوری پایین نیز توسعه داده شده‌اند.

تغییر كوچكی در ساختار فیبرها می‌تواند فیبرهای با قابلیت پلاریته (PM) كه صفت ممیزه‌ آن‌ها در شكست نور بالای آن‌ها است به دست دهد. سطح شكست نوری كه با این فیبرها به دست می‌آید می‌تواند بسیار بیشتر از چیزی باشد كه فیبرهای غیر‌پلاریته به دست می‌آورند. هزینه‌ ساخت چنین فیبرهایی به دلیل این كه در ساخت آن‌ها، نیازی به عملیات پیچیده‌ای نظیر سوراخ‌كاری یا پر كردن آن‌ها با یك ماده‌ مخصوص وجود ندارد، بسیار پایین است.

شكل 6 (ب) میكروگراف مركز یك فیبر PM-PCF را كه به تازگی برای تولید نور SC با پهنای باند 55/1 میكرومتر ساخته شده است، نشان می‌دهد. محققین، این فیبر را برای دستیابی به تفرق پایین -0.23 ps/km/nm) در 550/1 میكرومتر) و شیب تفرق پایین (02.10 ps/km/nm در 550/1 میكرومتر) و پلاریزاسیون مورد استفاده قرار دادند. یك فیبر PM-PCF به طول 200 متر می‌تواند یك نور 40 SC نانومتری با پهنای باند 55/1 میكرومتر تولید كند. شكل 6 (ج).

آینده
فوتون‌ها و الكترون‌ها بسیار با هم متفاوتند، اگرچه ویژگی‌های مشتركی نظیر خاصیت ذره‌ای و موجی بودن دارند. فوتون‌ها نه جرم دارند و نه بار و معمولاً مانند موج عمل می‌كنند. الكترون‌ها، هم جرم دارند و هم بار و معمولاً به صورت ذره‌ای رفتار می‌كنند. اختلاف بنیادین آن‌ها در میزان تعامل آن‌ها با ذرات دیگر است.

در اپتیك امروز، هیچ قطعه اساسی همچون ترانزیستور وجود ندارد. در نتیجه حافظه‌های نوری ساخته نمی‌شوند و به نظر می‌رسد كه ساخت آنها نیز بسیار مشكل باشد. به همین دلیل، جایگزینی مسیریاب‌های الكتریكی فعلی با مسیریاب‌های نوری، به سادگی انجام نمی‌گیرد. ما باید بتوانیم از خواص ذاتی نور به‌طور كامل استفاده كنیم. قابلیت مسیریابی براساس طول موج، پیشرفتی است كه باید مورد بهره‌برداری قرار بگیرد. برنامه‌های كاربردی شبیه‌سازی پردازش نور در فضا در سیستم‌های انتقال شبكه‌ای (به صورت پردازش دو یا سه بعدی)، كه می‌تواند با سرعت نور مورد استفاده قرار بگیرد، باید در آینده بررسی شوند. ممكن است پروتكل‌هایی كه با سرعت نور كار می‌كنند توسعه داده شوند. ابزارهای مورد انتظار دیگر، پردازش نوری دو‌بعدی یا سه‌بعدی در تركیب با اتصال نوری سه‌بعدی با استفاده از باریكه‌های نور كاملاً موازی و یا دستگاه‌های لیزری تابش عمودی نور با سطوح كاو (VCSEL) هستند.

http://ml.blogfa.com/post-262.aspx

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :