معرفی کامل استاندارد، اجزا و سیستم های DWDM

Telegram_GEEKBOY

برای رفع محدودیت پهنای باند و فراهم کردن سرویس های چندگانه روی یک شبکه، باید با استفاده از فناوری مالتی پلکس تقسیم طول موج (DWDM)، بیش از یک طول موج در یک فیبر، مالتی پلکس گردد. سیستم DWDM قابلیت انتقال ترافیک مجتمعی تا چندین ترابایت در هر ثانیه را از طریق یک فیبر داراست. به عنوان مثال، در 40 طول موج، که هر کدام از آنها نرخ 40Gbps در یک واحد فیبر را دارند، پهنای باند را به 1.6Tbps میرساند.

از آن جایی که گره ها محل پایان دهی به چندین فیبر با چنین مشخصاتی هستند، کل پهنای باند عبوری از آنها در محدوده چندین ترابیت است. با این حال برای رسیدن به چنین بازده ای در سیستم های DWDM، به کارکردهای نوری ویژه ای همچون: بافت های اتصال متقاطع بزرگ، لیزرها و فیلترهای قابل تنظیم، گیرنده های با حساسیت بالا و نویز کم، فشرده سازهای پالس نوری، همسان سازهای نوری، تقویت کننده های نوری باندپهن و کم نویز، حسگرهای نوری سریع با نویز کم، اتصال دهنده های هوشمند نوری و … نیاز است. در سناریو DWDM از آن جایی که در هر فیبر تعدادی کانال وجود دارد (طول موج) وجود دارد، هر کانال می تواند نوع خاصی از ترافیک را حمل کند، مثلا ً SDH/SONET در یک کانال،ATM در کانالی دیگر و شاید TDM یا اینترنت در کانال های دیگر انتقال یابد و هر یک در نرخ بیت های بالقوه ای مثل OC-1 ) ‎OC-N تا OC-768)‏ یا اترنت گیگابیت باشند، در حال حاضر هیچ سیستم یا شبکه دیگری قادر به ارائه چنین خدماتی نیست.

توپولوژی شبکه DWDM

به منظور تشریح بعضی از جنبه های پیچیدگی سیستم DWDM، لازم است با توپولوژی اصلی شبکه آشنا باشیم. از جمله معروف ترین توپولوژی های شبکه، توپولوژی نقطه به نقطه، حلقه ای (تکی و جفتی)، توری با اتصالات کامل و ستاره ای است. علاوه بر این ها توپولوژی نردبانی و نقطه به نقطه با Add و Drop وجود دارد. عملکرد هر یک از توپولوژی های شبکه به عوامل متعددی بستگی دارد. از جمله این عوامل عبارتند از: تعداد گره ها، ماکزیمم ظرفیت ترافیک، قابلیت اطمینان، مدیریت پهنای باند و …

در حال حاضر توپولوژی حلقه ای تنها به خاطر شباهت با شبکه حلقه ای SONET/SDH و توپولوژی توری (با اتصالات کامل) به دلیل قابلیت ادامه حیات بالا از اولویت بالایی برخوردار است.

توپولوژی نقطه به نقطه DWDM نوعی فناوری انتقال است که امکان انتقال ترافیک مجتمع را از طریق چندین طول موج روی یک فیبر فراهم می سازد در این حالت و برای فواصل کوتاه (چند کیلومتر) می توان از چند طول موج (16 تا 40) هر کدام با نرخ بیت پایین (1.25Gbps,2.5Gbps,>10Gbps) و فیبر Multi Mode استفاده کرد.

برای فواصل طولانی (چندصد کیلومتر) می توان چندین طول موج (80 تا 160) یا بیشتر را با نرخ بیت بالا در هریک (‎10-40Gbps‏ و بالاتر) به صورت مالتی پلکس در یک فیبر به کار برد. معمولا Add-Drop Multiplexing نوری اجباری نیست ولی به دلیل افت فیبر، از تقویت کننده، همسان ساز و شکل دهنده ی پالس استفاده می شود.

استاندارد، اجزا سیستم های DWDM
Parallel transport of high bandwidth over short distances.
استاندارد، اجزا سیستم های DWDM
Laser and photodetector arrays make the serial to parallel transmission economically feasible in many short-haul applications.

توپولوژی های حلقه ای از نظر اندازه حلقه (محیط دایره)، تعداد گره هایی که پشتیبانی می کند و نوع سرویسی که ارائه می دهند، بسیار متنوع هستند. اندازه حلقه آن ممکن است خیلی کوچک باشد (محیطی برابر با چند کیلومتر)، که تا 16 گره OADM غیر فعال را پشتیبانی کند (شکل زیر). در این مورد تعداد طول موج ها حداقل 16 بوده و نرخ بیت به ازای هر طول موج تا 10Gbps است.

استاندارد، اجزا سیستم های DWDM
A ring topology with add-drop multiplexers and supervisory channel.

یک کانال نظارتی وجود دارد که به صورت تقسیم شده بین تمامی گره ها با نرخ بیتی بین 2 تا 10 و شاید تا 100 Mbps استفاده می شود. در چنین حلقه هایی، یکی از گره های حلقه به عنوان Hub در نظر گرفته می شود. در این مورد Hub وظایف مختلفی از جمله: کنترل و مدیریت ترافیک، برقراری اتصال با سایر شبکه ها و اتصال از یک گره به گره دیگر همان حلقه را فراهم کرده و مبدأ و مقصد کانال های نظارتی است. در برخی موارد، Hub طول موجی را که از یک گره دریافت میکند، به طول موج دیگری تبدیل می کند. همین طور حلقه ممکن است وسیع (محیطی با چند ده یا حتی چند صد کیلومتر طول) با تعداد زیادی حتی بیشتر از 32 گره فعال OADM باشد. در این حالت تعداد طول موج ها در حالت مینیمم 32 و در حالت ماکزیمم ‎N*32 (N تعداد گره های OADM)‏ است.

در چنین وضعیتی، طول موجها را می توان از راه دور برنامه ریزی کرد، اگر حلقه حفاظت شده باشد (حلقه جفتی) سیگنال نیاز به تقویت، همسان سازی و شکل دهی پالس دارد، و یک یا چند کانال نظارتی وجود دارد که بین تمامی گره ها مشترک است و یا هر گره، کانال نظارتی خاص خود را داشته و یا راهکارهای دیگری را به کار گرفته است.

در بسته های قابل آدرس دهی داده های نظارتی به صورت بسته هایی در می آیند که آدرس یکی از گره های حلقه، روی آن است. گره ها، آدرس مقصد هر بسته ورودی را می خوانند. گره ای که آدرس مقصد متعلق به آن است، بسته مذکور را گرفته و بسته دیگری را ایجاد می کند که به حلقه افزوده می گردد. بسته هایی که آدرس آن را گره ندارند، باقی مانده و در جریان اصلی WDM مالتی پلکس شده و به گره بعدی هدایت می شوند. در بسته های اشتراکی، هر بسته به بخش های تفکیک شده و هر بخش تنها به یک گره مرتبط می شود. بنابراین هر گره بخش مربوط به خود را پایان دهی کرده و بقیه بخش ها را بدون تغییر بافر کرده، بخش مربوط به گره خود را نگارش مجدد کرده و صادر کننده ی این بسته به سمت گره های بعدی می شود. بنابراین تمام گره ها می توانند یک مرتبه با یک بسته آدرس دهی شده و زمان لازم به حداقل برسد.

در حالت کانالیزه شده، هر گره کانال نظارتی خاص خود را دارد (طول موج) این طول موج در جریان اصلی DWDM،Add-Drop و مالتی پلکس می شود. این سریع ترین روش برای برقراری ارتباط با هر گره محسوب می گردد، اما برای هر گره از منابع طیفی (طول موج) استفاده می شود. با این حال این روش فقط در سیستم هایی با عملکرد بسیار بالا که داده های نظارتی لحظه ی با نرخ بیت بسیار بالا در آن مهم هستند، قابل اعتماد است. در روش تلفیقی، می توان دو روش از روش های بالا را با هم ترکیب کرد. برای مثال می توان روش آدرس دهی و اشتراکی ، یا روش آدرس دهی و کانالیزه، یا اشتراکی و کانالیزه را با هم ترکیب کرد. این که کدامیک از روش های نظارت، مناسب ترین آنهاست، به نوع سرویس، پارامترهای عملکرد شبکه، بازده پروتکل، پیچیدگی گره و مسایل دیگر بستگی دارد.

حالت خاصی از حلقه فیزیکی، توپولوژی توری با اتصال کامل یا توپولوژی ستاره ای است (شکل پایین) این حالات منجر به روش های نظارتی مختلفی می شوند.

استاندارد، اجزا سیستم های DWDM
Mapping a fully connected mesh and a star topology onto a physical ring topology with add-drop multiplexers.

اگر به گره ها اشاره می کنیم بر اساس اصطلاحاتی است که از شبکه های مخابراتی رایج گرفته شده است. در شبکه داده ها به جای واژه گره، واژه مسیریاب به کار می رود. این که از چه واژه ای استفاده شود، مهم نیست. مهم این است که در شبکه های DWDM ترکیبی از ترافیک های مختلف قابل انتقال، TDM (SONET/SDH,Dsn) ، ATM و IP است و این مرهون همگرایی، شفافیت سرویس و تکامل شبکه است. در کاربردهای DWDM، مسیریابی که اتصال IP را برقرار می کند، عمل DSn یا OC-n، مالتی پلکس نوری و اتصال متقاطع نوری را انجام داده و کیفیت سرویس را همزمان فراهم می کند و همانند یک گره معمولی عمل می نماید.

همین طور یک گره معمولی که اتصال دهی شبکه بسته ای، با اولویت بندی بر اساس در دسترس بودن پهنای باند، و توافق سطح سرویس (SLA) را انجام میدهد، مثل یک مسیریاب در شبکه های رایج کار می کند. به این ترتیب گرچه مسیریاب ها و گره ها از نظر مفهومی با هم تفاوت دارند ولی ما تمایزی بین آن ها قائل نمی شویم.

سیستم ها و لایه های شبکه DWDM

در بسیاری از انواع شبکه و لایه های شبکه می توان از سیستم های DWDM استفاده کرد. می توان از این سیستم ها در شبکه های انتقال دور برد (OTN)، شبکه های زیرساخت، شبکه های شهری کلان (مترو)، شبکه های محلی کوچک و متوسط و شبکه های دسترسی که به خانه ها یا دفاتر متصل می شوند (Ftth,Fttx,…) استفاده کرد. بنابراین سیستم های DWDM بسته به نوع کاربرد، چالش های طراحی و مشخصات خاص خود را دارد.

DWDM و استانداردها

در شبکه های WDM بسته به تعداد گره ها و مشخصات کانال نوری (طول موج) هر شبکه نام متفاوتی به خود می گیرد، اگر تعداد طول موج ها خیلی زیاد باشد ‎(بالاتر از 40 و بر اساس درجه بندی ITU-T)‏ DWDM و اگر تعداد طول موج ها بین 8 تا 32 باشد، CWDM نامیده می شود. تعداد طول موج ها بستگی به فاصله گذاری کانال ها دارد، البته عوامل دیگری چون عملکرد و هزینه (توان لیزر و SMF یا MMF) نیز در آن دخیل است.

فناوری DWDM در حال تحول و تکامل است از این رو عوامل دخیل در آن هم در حال تغییر است. سازمان های استاندارد سازی نظیر ITU-TT، توصیه های مخصوص این شبکه ها (G.709 برای شبکه های انتقال نوری) را به طور مرتب صادر می کنند و پیش نویس جدیدی از آن در دست تهیه است. در همین حال سازندگان، سیستم هایی را پیشنهاد می دهند که برای پاسخگویی به تقاضای بازار، راهبرد نیمه خصوصی دارند یعنی به گونه ای ساخته می شوند که با استانداردهای آینده هم سازگار باشند. در نتیجه مدیریت شبکه، قابلیت اطمینان، زمان سوئیچینگ و کیفیت سرویس در میان محصولات سازندگان مختلف متفاوت است. همچنین برخی از سازندگان برای OAM&P (در 1310nm یا در حدود 1550nm) از یک کانال نظارتی استفاده می کنند، اما طول موج، نرخ بیت و پروتکل مشترکی ندارند. تخصیص پویای طول موج و حفاظت طول موج از جمله مباحثی هستند که نیاز به یافتن راه حل دارند. در سیستم های امروزی از روش اختصاص ثابت طول موج در هر گره استفاده می شود، ولی روش های نظارت از راه دور و خودکار به مراتب مطلوب ترند.

و درنهایت، گرچه برای شبکه های نوری با یک طول موج تشخیص خرابی یا عیب، تعیین موقعیت مکانی و عملیات رفع عیب تعریف شده است، اما این موضوعات هنوز در شبکه های DWDM مشخص نشده اند.

آشکارسازی معایب و موقعیت یابی در شبکه ها و سیستم های DWDMM، به ابزار نظارتی خاص و عملیات تشخیص پیچیده در سطوح مختلفی نیاز دارد که بر کیفیت سیگنال و سرویس تأثیر می گذارند. این مباحث در سطح واحد، ماژول و تجهیزات مطرح هستند. بر اساس این که هشدار رسیده از یک خرابی مهم چه نتایجی را دنبال می کند، اشکالات و خرابی های آَشکار شده، پیام ها یا سیگنال های هشدار تولید می کنند. سپس سناریوهای خرابی موردی، برای بررسی و عمل سریع رفع خرابی به گونه ای فعال می شوند که سرویس بدون وقفه به صورت مجازی فراهم گردد. چون در حال حاضر خیلی از استانداردها به صورت پیش نویس هستند، باید قبل از شروع به طرح و مهندسی واقعی یک شبکه، به اسناد استانداردهای مربوطه و آخرین اصلاحات آن ها رجوع گردد.

واحدهای اصلی سازنده یک سیستم DWDM

سیستم های نوری DWDM نوری (آن سیستم هایی که سیگنال نوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل نمی کنند) متشکل از واحدهای فیزیکی هستند که وظایف زیر در آن ها صورت می گیرد:

  • فرستندگی نور (درگاه های خروجی)
  • گیرندگی نوری (درگاه های ورودی)
  • تقویت کنندگی و بازیابی نوری (پیش و / یا بعد)
  • واتافتگری و همتافتگری نوری (Multiplexing و Demultiplexing)
  • بهبود سیگنال (همسان سازی توان، فشرده سازی پالس، دیپلاریزاسیون، جبران پاشندگی)
  • تبدیل طول موج
  • اتصال متقاطع نوری
  • نظارت نوری (توان و طیف)
  • اتصالات داخلی نوری (اتصال دهنده ها، فیبرها)

البته به شکل دیگر هم می توان واحدهای DWDM را دسته بندی کرد. از دیدگاه سیستمی، واحد های اصلی ساختمان سیستم (بسته به نوع سیستم و لایه، ممکن است برخی کاربردها قابل اجرا نباشند) عبارتند از:

  • درگاه های ورودی [بعد تقویت (در مقابل پیش تقویت)، همسان سازی، جبران کنندگی، تبدیل طول موج، پایان دهی کانال نظارتی، آَشکار سازی نوری(در پایان مسیر)]
  • درگاه های خروجی [منبع سازی و مدولاسیون لیزر (در شروع مسیر)، تقویت، همسان سازی]
  • واحدهای زمان بندی
  • سوئیچینگ (تقویت، بافت سوئیچینگ، راه اندازی، همسان سازی)
  • همتافتگری (فیلتر کردن، تقویت، همتافتگری، همسان سازی)
  • واتافتگری (فیلتر کردن، پلاریزاسیون، تقویت، واتافتگری، همسان سازی)
  • کنترل کننده
  • ذخیره سازی برنامه و پایگاه داده
  • راه اندازها
  • نمایشگرها (وضعیت،LED ،LCD ، هشدار و آژیر، همسایگی، شرایط محدود)
  • تغذیه توان
  • فن های خنک کننده
  • تابلو و فیوزها
  • و دیگر موارد بسته به معماری سیستم
در ادامه می خواهیم در مورد تقویت کننده نوری بحث کنیم:

وقتی سیگنال های نوری در محیط منتشر می شوند با تضعیف در محیط مواجه می شوند. در مخابرات، هر محیط انتقالی، چه باسیم، چه بی سیم یا نوریی باشد(به استثنای فضای آزاد)، توسط مقدار تضعیف معین در واحد طول مشخص می شوند. به این ترتیب وقتی منبع، سطح توان نوری معینی را ارسال می کند و به دلیل تضعیف، انتظار می رود گیرنده در انتهای مسیر توان کمتری را دریافت کند، توان دریافتی باید در سطح قابل قبولی باشد تا سیگنال با ضریب اطمینان بالایی آشکارسازی شده و دارای نرخ بیت پایینی باشد (حدود ‏10-9‏ تا ‏10-11‏ ) . محیط های نوری (مثل فیبر) بر اساس میزان تضعیف در هر کیلومتر یا ضریب تضعیف α به واحد dB/Km شناسایی می شوند. در نتیجه با دانستن سطح توان منبع (Ps ) و سطح توان مورد انتظار در گیرنده (PR) به راحتی می توان مقدار تضعیف را محاسبه کرد و بر اساس آن طول قابل قبول فیبر را تخمین زد. اگر به منظور ساده کردن قضیه از سایر انواع افت توان (ناشی از پاشندگی، پلاریزاسیون و …) چشم پوشی کنیم طول فیبر به این طریق محاسبه می شود:

‏L= (Ps-PR)/α   (Km)‎

به این ترتیب می بینیم که تضعیف محدودیتی برای طول فیبر بین منبع و گیرنده ایجاد می کند مگر این که توان نوری سیگنال، نوعاً بین هر 40 تا 80 کیلومتر تقویت شده و با جبران افت ها، مسافت بین منبع گیرنده افزایش یابد. تقویت سیگنال نوری فرآیندی چند مرحله ای است. در فرآیند رایج تقویت کنندگی ابتدا باید سیگنال نوری به سیگنال الکتریکی تبدیل شود: سیگنال الکتریکی در سه مرحله زمان بندی مجدد، شکل دهی مجدد و تقویت شده و سپس دوباره به سیگنال نوری تبدیل می شود. به این عمل بازیابی (Regeneration) گفته می شود. به طور معمول بازتاب از سه جزء تشکیل می شود: گیرنده نوری، تقویت کننده و فرستنده نوری، که سه وضعیف اصلی آن: زمان بندی، کشف خطا و شکل دهی پالس می باشد.

اخیراً از تکنولوژی تقویت مستقیم در شبکه های مخابراتی استفاده می شود که موسوم به تقویت نوری (OAA) است یعنی سیگنال ضعیف نوری به طور مستقیم تقویت می شود. سه نوع از شناخته ترین تقویت کننده های نوری عبارتند از: تقویت کننده های نوری نیمه هادی (SOA)، تقویت کننده های فیبر نوری (OFA) و تقویت کننده های رامان. هر یک از این ها مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند، به طوری در حال حاضر هیچ یک از آن ها به تنهایی برای کل کاربردها و برای کل باند 1250nm تا 1650nm مناسب نیستند.

تقویت کننده های فیبر نوری (EDFA ،YEDFA ،TDFAA و …) برای کار در شبکه های فیبر کاملاًمناسب بوده و در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. تلاش های پیوسته ای در جهت بهبود میزان بهره، پهنای باند و کارکرد آن ها در حال انجام است. به هرحال گرچه YEDFA ها (تقویت کننده های فیبر غنی شده با اربیوم و یوتریوم) سبب گسترش طیف EDFA تا باند c و L شده است، اما هنوز محدوده طیف محدودی دارند (1530nm-1620nm). فهرستی از کانال های نوری (فرکانس و طول موج) در باند گسترش یافته L درجدول 1-4 آمده است. با این حال EDFA یا YEDFA برای بازگرداندن توان با حداقل نویز اضافه شده به سیگنال نوری در طول موج 1550nm بهینه سازی شده است.

از EDFA می توان به عنوان تقویت کننده بوستر نوری در DWDM و CWDM به عنوان پیش تقویت کننده های فشرده نوری با نویز کم (به طور معمول 5 dB) مصرف توان پایین 3.5 Watt در اتصالات متقاطع نوری و در شبکه های کلان شهری استفاده کرد. ابعاد فیزیکی پیش تقویت کننده های EDFA نسبتاً کوچک بوده در نتیجه به راحتی در برد الکتریکی نصب می شود. بسته کامل این تقویت کننده ها شامل لیزر، تزویج کننده، جداساز، فیلتر، فیبر و همتافتگر است. هر چه فناوری تقویت کننده های نوری تکامل می یابد، سطح یکپارچه سازی و کارکرد و کارآیی افزایش خواهد یافت و اندازه بسته بندی و قیمت سیستم کاهش خواهد یافت.

هنگامی که فیبر نوری دارای یون -OH بسیار پایین ساخته شود، حوزه کارآیی شبکه های DWDM در کل امواج 1250nm تا 1650nm گسترش می یابد. از این رو منطقی به نظر می رسد که جهت تکامل YEDFA از راه حل های دیگری استفاده شود. چنین تقویت کننده هایی، تقویت کننده رامان و تقویت کننده های پارامتری فیبر هستند.

تقویت کننده های رامان منحصراً در شبکه های فیبر نوری و در جایگاه تکرار کننده ها قرار می گیرد. همچنین ترکیب EDFA/YEDFAA ها برای بالا بردن عملکرد انتقال به کار می روند. با این کار میزان هموار بودن بهره و نسبت سیگنال به نویز بهبود می یابد.

این پیشرفت ها، نیاز به همسان سازی پویای بهره را کاهش داده و چگالی کانال ها را بالا می برد، همچنین نرخ بیت انتقال را سرعت بخشیده (10-40Gbpss) و پاسخ بهره را بهتر و فاصله بین جایگاه های بازیابی را بیشتر می کند. البته بهره OFA در تمام طیف تقویت کنندگی هموار نیست. با استفاده از فیلتر های معکوس (فیلترهایی با تابع انتقال جبران کننده بهره EDFA) نوسانات اضافی بهره OFA کاهش می یابد.

نمودارهای زیر عملکرد فیلتر معکوس را نشان می دهد که نوسانات بهره EDFA را کاهش می دهد.

واحدهای اصلی سازنده یک سیستم DWDM

واحدهای اصلی سازنده یک سیستم DWDM

واحدهای اصلی سازنده یک سیستم DWDM

تقویت کننده های رامان مثل EDFA ها وسیله ای فشرده در اندازه کوچک هستند. وقتی هم از تقویت کننده رامان و هم از پیش تقویت کننده EDFA به صورت هماهنگ با هم استفاده می شود، می توان از پمپ رامان که در شکل زیر نشان داده شده است به صورت مشترک در بسته EDFA استفاده کرد.

واحدهای اصلی سازنده یک سیستم DWDM

تقویت رامان روی فیبر SM در انتقال نوری استفاده می شود و تقویت کننده رامان با نوع فیبر تفاوت می کند. (بین حدود 15dB تا 23dB). برای مثال گرچه ممکن است بهره رامان در یک نوع فیبر از سازنده x برابر 20dB باشد، برای نوع دیگر فیبر از سازنده y، ممکن است 15dB باشد. تقویت رامان می تواند پمپ هایی برای انتشار همسو، انتشار از مقابل، انتشار-تقویت در هر دو جهت نسبت به سیگنال داشته باشد.

در خلال انتشار نور پمپ، به همراه سایر اثرات غیر خطی، یک تحول تقویت کنندگی رخ می دهد. این اثرات را به دو گروه می توان طبقه بندی کرد، آن دسته که به بهره مربوط است و دسته ای که کیفیت سیگنال را به واسطه تولید نویز اضافی کاهش می دهند.

نخست، این که حداقل مکانیزم در طول این تکامل به وقوع می پیوندد: افت سیگنال، بهره تقویت کننده و افت پمپ. به این دلیل بهره تقویت کننده در تمام سطح شبکه فیبر یکنواخت نیست بلکه در ورودی به فیبر (در حالت انتشار هم راستا) یا در خروجی آن به سمت عقب (در حالت انتشار از مقابل) قوی تر است.

دوم از آنجایی که نور پمپ پر قدرت است (صدها mW توان پمپ در مقایسه با چند mW سیگنال)، سیگنال در معرض غیر خطی شدن ناشی از پمپ رامان و منبع نویز قرار می گیرد. نویز و میزان اضافی اثر غیر خطی باید به حداقل خود برسد تا نسبت سیگنال به نویز (OSNR) بهبود یابد. در هر حالت تقویت کننده فیبر نباید آستانه SBS کمتر از 3dB داشته باشد. در جدول زیر مقایسه کیفی بین تقویت کننده های رامان و EDFA صورت گرفته است.

واحدهای اصلی سازنده یک سیستم DWDM

تقویت کننده های نوری حالت جامدی SOA در زمینه تقویت توان به اندازه EDFA و تقویت کننده های رامان محبوبیت ندارند، زیرا دارای بهره پایین، پدیده های غیر خطی کانال هستند. البته SOA ها با موادی که در تجهیزات حالت جامد نوری به کار می روند، خیلی بهتر جور می شوند.بنابراین هر چه سطح یکپارچگی نوری بالاتر رود، نقش SOA ها در پیش تقویت و پس تقویت کلیدی تر می شود. برای مثال SOA ها را می توان با پمپ های لیزری، فیلترها و موجبرهای نوری یکپارچه سازی کرد و تقویت کننده های کوچک فشرده و ارزان قیمتی به وجود آورد، که بتوان قدرت آن ها را با EDFA یا تقویت کننده های رامان بیشتر کرد.

علاوه بر آن می توان آن ها را با گیرنده یا دمدولاتور یکپارچه کرد. علاوه بر آن می توان آن ها را با گیرنده یا دمدولاتور یکپارچه کرد. علاوه بر آن می توان از SOA ها در کاربردهای CWDM، نظیر شبکه های شهری کوچک و شبکه های دسترسی به عنوان تقویت کننده اصلی استفاده کرد.

اجزای DWDM

همتافتگر و واتافتگرهای نوری Multiplexer و Demultiplexer ها

واتافتگرهای نوری وسایلی هستند که نوری با چند طول موج را دریافت و آن را به طول موج های تشکیل دهنده اش تفکیک کرده و هر طول موج از یک خروجی مجزا تشکیل می شود. واتافتگر نوری به دو دسته فعال و غیرفعال تقسیم می شود. نوع غیر فعال آن، بر اساس منشورها و فیلترهای فرکانسی است. نوع فعال آن هم بر اساس ترکیبی از اجزای غیرفعال و آشکارسازهای قابل تنظیم است که هر یک برای آشکارسازی یک فرکانس خاص تنظیم می شوند.

البته ممکن است نوع فعال آن برای هر کاربردی مناسب نباشد مانند همتافتگرهای فزود فرود (OADM) زیرا ممکن است آشکارسازی وجود نداشته باشد.
کار همتافتگرها هم بر عکس واتافتگرهاست. آن ها چندین طول موج جدا از هم را دریافت کرده و پرتویی تشکیل می دهند که شامل تمام این طول موج هاست.

امروزه تکنولوژی های مختلفی برای واتافتگری وجود دارد، اما بر اساس شایستگی و هزینه آن ها، فقط تعداد تعدادی از آن ها به کار گرفته شده اند. با این حال ما به تعدادی از این تکنولوژی ها اشاره می کنیم: اختلاط چهار موجی در فیبرهای پاشنده، مدولاتور فاز متعامد، تقویت کننده های نیمه هادی و … .

DWDM

اتصالات متقاطع نوری

اتصال متقاطع یک کار کلیدی در سیستم های مخابراتی است. در سیستم های الکترونیکی، اساس اتصالات متقاطع از مدارات یکپارچه فشرده ای ساخته شده است که قادر است هزاران کانال ورودی را به هزاران کانال خروجی اتصال دهد. در بسیاری از سیستم های مخابراتی نوری نیز، به چنین عمل اتصال دهندگی نیاز است.

بافت های سوئیچینگ را بر اساس سرعت سوئیچینگ و بلادرنگ بودن به: سوئیچ های ایستا و نیمه ایستا (اتصال متقابل)، و سوئیچ های پویا و دینامیک تقسیم می کنند. اتصالات متقاطع، بر اساس کنترل از راه دور و اتصال دهنده از پیش تعیین شده قادرند هر ورودی را به خروجی متصل کنند. این سوئیچ ها به نسبت کند بوده و وقتی یک بار یک اتصال برقرار می گردد، ممکن است تا مدت زمان طولانی (از چند ساعت تا چند روز) تغییر نکند. سوئیچ های پویا، بر اساس یک پروتکل اجرایی هر ورودی را به هر خروجی متصل کرده و این عمل به صورت پویا و همزمان با ساعت سیستم انجام می گیرد (اتصال ممکن است از چند ثانیه تا چند دقیقه برقرار باشد). معمولا اتصالات متقاطع الکترونیکی برای فراهم کردن امکان برقراری اتصال برای نرخ بیت های بالا به کار می روند، در صورتی که سوئیچ های پویا و دینامیک نرخ ها ی پایین را اتصال می دهد.

در DWDM به علت نرخ بیت بالا، سوئیچ ها از نوع اتصالات متقاطع (OXC) هستند و در حال حاضر از سوئیچ های دینامیک به جز برای نظارت سریع استفاده نمی شود. با این وجود بافت های سوئیچینگ دینامیک و سریع نوری امکانات مقرون به صرفه و جدیدی را فراهم می کنند که در شبکه های نوری بسیار ارزشمند هستند.
بافت های سوئیچینگ را می توان به نوع blocking و Non-blocking نیز تقسیم کرد. در بافت های blocking، در برخی موارد نمیتوان هر ورودی را به هر خروجی متصل کرد: از آنجا که مدل های آماری نشان می دهند همه مشتریان کانال ها در آن واحد درخواست برقراری ارتباط نخواهند داشت، در نتیجه این نوع سیستم ها تنها درصدی از کانال ها را به هم متصل می کنند (حالت بیش از ظرفیت اشتراک). برعکس، بافت های Non-blocking می توانند بین هر تعداد کانال اتصال متقابل برقرار کنند. از آن جایی که اطلاعات قدیمی اساس مدل های آماری را نشان می دهد و به علت رشد سریع خدمات و گسترش پهنای باند، پیش بینی مدل های آماری دقیق نیست: در نتیجه ما فقط بافت های اتصال متقاطع نوری بدون انسداد را در نظر می گیریم. اتصال متقاطع به دو طریق صورت می گیرد:

  1. روش تلفیقی: جریان داده های نوری به الکترونیکی تبدیل شده، از تکنولوژی اتصال متقاطع الکترونیکی استفاده شده و سپس جریان داده الکترونیکی به نوری تبدیل می شود.
  2. سوئیچینگ تمام نوری: اتصال متقاطع کانال های نوری مستقیما در حوزه نور صورت می گیرد.

در حال حاضر استفاده از روش تلفیقی برای مجموع پهنای باندهای متوسط رایج است زیرا دانش ساخت بافت های اتصال متقاطع الکترونیکی Non-blocking چند کاناله با پهنای باند زیاد وجود دارد.

در پهنای باندهای بالا که به چند Tbps بالغ می شود و یا در حلقه های نوری کوچک Add-Drop، اتصال متقاطع نوری کارآیی بیشتری داشته و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

با این حال هر چه تکنولوژی نوری پیشرفت کرده و هزینه ها پایین بیاید، انتظار می رود اتصال متقاطع نوری بیشتر جای سوئیچینگ الکترونیکی را بگیرد. اتصالات متقاطع الکترونیکی تنها به استفاده در منطقه انتهایی شبکه الکترونیکی محدود شوند.

در DWDM، سوئیچینگ در سطوح مختلفی رخ می دهد، مثلاً ممکن است در سطح فیبر یا در سطح طول موج باشد. در سوئیچینگ در سطح فیبر، تمام کانال های نوری از یک فیبر به فیبر دیگر سوئیچ می شوند، که اصطلاحاً اتصالات متقاطع فیبری (FXC) نامیده می شود. این روش در خلال برگرداندن و سوئیچینگ به فیبر محافظ مفید است. در روشی مشابه، هر فیبر (یا موجبر) تنها یک طول موج را حمل می کند و هر طول موج به یک موجبر خروجی هدایت می شود.

در مورد سوئیچینگ سطح طول موج دو زیر مجموعه وجود دارد: یکی بافت هایی که یک طول موج از یک فیبر را به فیبر دیگر اتصال می دهند بدون این که تغییری در طول موج به وجود آورند، که اتصالات متقاطع از نوع انتخاب طول موج (WSXC) نامیده می شوند، و دیگری بافت هایی که طول موجی را از یک فیبر به فیبر دیگر اتصال می دهند ولی این کار با تبدیل طول موج همراه است و با نام اتصالات متقاطع با تغییر طول موج (WIXC) شناخته می شوند.

‎(wavelength selective XC) WSXC‏ این مفهوم را می رساند که وقتی طول موجی از یک فیبر به سوی فیبر دیگر حرکت می کند، فیبر مقصد کانال نوری با همان طول موج ندارد: موردی که لازم است اطلاعات قبلی از درجه بندی طول موج ها در فیبر در دسترس باشد.

در مقابل، در ‎(wavelength interchanging XC) WIXC‏ سوئیچ خودامکان تبدیل طول موج را داشته و نیز فیبر و سایر تجهیزات نوری (فیلترها و غیره) از طول موج پشتیبانی نمایند. علاوه بر این، وقتی طول موج از یک فیبر به فیبر دیگر می رود. چه در حالت WSXC یا WIXC، مسائل فنی دیگری هم به وجود می آید که بر کیفیت سیگنال (و در نهایت بر کیفیت سرویس) اثر میگذارد، که از جمله: یکسان سازی سطح توان، حالت های پلاریزاسیون و نسبت سیگنال به نویز قابل ذکر است.

در حال حاضر بافت های اتصال متقاطع نوری یا از نوع فضای آزاد (MEMS، مک زندر، WGR)، یا حالت جامدی (صوتی نوری، الکترواپتیکی و هولوگرافی)، یا بر اساس پلیمری (از جمله کریستال مایع)، و یا ترکیبی از این تکنولوژی ها هستند.

همتافتگرهای فزود-فرود نوری (Add-Drop Multiplexer)

در سیستم ها و شبکه های مخابراتی نقش کانال های فرودی (کانال هایی که از جریان اصلی جدا می شوند) و کانال های فزودی (در جریان اصلی) از جمله نقش های مشخص و پررنگ است.

در سیستم های DWDM موجود، عملکرد اصلی همتافتگر فزود فرود (OADM) برداشتن انتخابی طول موج ها از مسیر (محتوای داده موجود در این طول موج ها به فیبر دیگری انتقال داده می شود طرف فرود)، عبور بقیه طول موج ها از OADM و اضافه کردن همان تعداد طول موج اما با محتوای داده متفاوت (از فیبری که اضافه می شود) در همان جهت است.

DWDM

DWDM

OADM ها به دو دسته، OADM با قابلیت انتخاب طول موج ثابت و طول موج پویا تقسیم می شوند. در OADM نوع ثابت، یک یا چند طول موج انتخاب شده و تا زمانی که انسان بعضی تنظیمات را برای انتخاب طول موج های دیگر و رها کردن سایرین تغییر ندهد به همان صورت باقی می مانند.

در OADM با قابلیت انتخاب طول موج پویا، طول موج های بین واتافتگر یا همتافتگر نوری را می توان به صورت پویا از خروجی واتافتگر به هر یک از ورودی های همتافتگر انتخاب کرد. جدول زیر مشخصات عمومی OADMها را بیان می کند.

DWDM

منبع opticalfiberco
اگر شما نیز به رشد دانش خود و به اشتراک گزاری آن با دیگران علاقه مندید می توانید به ما بپیوندید

ارسال یک نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.