مقاله معماری شبکه های کامپیوتری نوری


موضوع
معماری شبکه های کامپیوتری نوری
Optical Networks architecture

نام استاد :

نام محقق :

مقدمه :
در سال های اخیر، نیاز کاربران شبکه های مخابراتی به پهنای باند وسیع افزایش چشمگیری داشته است. به همین دلیل، پاسخگویی به این نیاز و نیز آینده نگری برای افزایش سرعت تطابق با نیازهای جدید و در حال رشد کاربران، به مهمترین چالش طراحی شبکه های مخابراتی آینده مبدل گشته است. ظهور تکنولوژی های فیبر نوری توانسته است تا حدی نگرانی محدودیت پهنای باند را مرتفع کند.
هدف این نوشتار معرفی تکنولوژی های نوری است، به گونه ای که ضمن پوشش کلیه مباحث مرتبط بتواند درک مناسبی در این زمینه ارایه کند:

تار نوری و کابل نوری
در دهه ۷۰ میلادی استفاده از تار نوری برای انتقال بهینه اطلاعات به صورت جدی توجه محققین کشورهای آمریکا، ژاپن و انگلیس را به خود جلب کرد. از آن تاریخ، پیشرفت های چشمگیری در زمینه های مختلف ارتباطات نوری صورت گرفته است. رشد این تکنولوژی به حدی سریع است که پروسسورهای لازم برای پردازش اطلاعات حمل شده، بعضاً دچار محدودیت سرعت پردازش می شوند. به همین دلیل، انجام پردازش در حوزه نوری در کانون توجهات قرار گرفته است. آنچه که آشکار به نظر می رسد این است که تا مدتها برای انتقال اطلاعات با سرعت بالا جایگزینی برای فیبر نوری نخواهد آمد. تار نوری، به عنوان محیط حامل سیگنال نوری، در حقیقت یک موجبر دی الکتریک با مقطع استوانه ای است. نور به عنوان حامل اطلاعات، درون این تار منتشر می شود. معمولاً در سیستم های انتقال، مجموعه ای از چند تار نوری تحت عنوان کابل نوری برای انتقال اطلاعات استفاده می شود.

انواع تار نوری
بسته به تعداد مُدهای الکترومغناطیسی قابل حمل توسط تار، تار نوری به دو صورت تک مُدی و چندمُدی مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، بسته به نحوه تغییرات ضریب دی الکتریک موجبر، دو نوع دیگر تار قابل تشخیص است: در نوع اول (تار پله ای)، ضریب شکست در مقطع هسته تار ثابت است ولی در نوع دوم (تار تدریجی)، ضریب شکست از مقدار ماکزیمم خود در مرکز تار، به صورت تدریجی، تا بدنه تار کاهش می یابد. تار تک مُدی به صورت پله ای و تار چندمُدی به دو صورت پله ای و تدریجی استفاده می شود. بنابراین سه نوع تار نوری داریم: تک مُدی، چندمُدی تدریجی و چندم ُدی پله ای؛ نوع اول دارای بیشترین نرخ انتقال اطلاعات و کمترین تضعیف و نوع سوم دارای کمترین نرخ انتقال اطلاعات و بیشترین تضعیف است. تارهای نوری همچنین بسته به مصارف مختلفی که دارند، در اندازه ها و با مشخصات متفاوت ساخته می شوند؛ طبعاً مشخصات فیزیکی کابل نوری از لحاظ پوشش و محافظ برای کاربردهای کانالی، خاکی، هوایی و دریایی متفاوت خواهد بود.
آیا تار نوری تلفات دارد؟
به صورت تئوری فرض می شود که تار نوری دارای تضعیف صفر و پهنای باند بی نهایت است؛ ولی در عمل به دلیل محدودیت های فیزیکی، پهنای باند تار محدود و تلفات آن غیر صفر است.
تلفات در تار نوری از سه منبع ناشی می شود:
۱- نوع اول تضعیف ها در اثر ناخالصی های موجود در تار است که باعث اتلاف انرژی می شود (تلفات جذب).
۲- نوع دوم ناشی از غیر همگن بودن چگالی شیشه در طول تار است که باعث پراکندگی نور و تضعیف آن در طول تار می شود (تلفات پراکندگی)
۳- نوع سوم ناشی از خمش تار یا غیر یکنواختی شعاع تار است که منجر به خروج شعاع نوری از تار می شود (تلفات هندسی).
غیر از تلفات، عامل دیگر محدودکننده عملکرد بهینه تار، پاشندگی اس ت. پاشندگی به زبان ساده عبارت است از پهن شدن پالس نوری در اثر انتشار در طول تار. پاشندگی باعث کاهش پهنای باند تار نوری می شود. عوامل پاشندگی در تار نوری بسیار متنوع هستند:
۱- پاشندگی مُدی در تارهای چندمُدی به علت اختلاف در زمان رسیدن مدهای مختلف به انتهای تار رخ می دهد.
۲- پاشندگی ماده ای ناشی از اختلاف سرعت بین طول موج های مختلف (رنگ های مختلف) موجود در نور در اثر عبور از تار نوری است.
۳- پاشندگی موجبر در تارهای تک مُدی که ناشی از اختلاف جزئی بین ضریب های دی الکتریک هسته و پوسته تار نوری است باعث انتشار نور در دو مسیر هسته و پوسته با سرعت های متفاوت می شود.
۴- پاشندگی رنگی در واقع مجموع دو پاشندگی موجبر و ماده است. این پاشندگی به طول موج منبع نوری وابسته است.
۵- پاشندگی مد پلاریزه، که در ساده ترین حالت ناشی از دایره کامل نبودن مقطع تار است، به دلیل اختلاف بین سرعت انتشار دو مد پلاریزه رخ می دهد. این پاشندگی در سرعت های بالای ۱۰ گیگابیت بر ثانیه رخ می دهد و در سرعت های پایین مساله جدی محسوب نمی شود.
سیستم های انتقال نوری
اگر در یک شبکه نوری فیبرها به صورت بهینه انتخاب و نصب شوند، تنها مساله باقی مانده در جهت افزایش پهنای باند ( که در کشور ما به خاطر افزایش نیاز کاربران شبکه است) اعمال تغییرات در سیستم های انتهایی شبکه نوری است. در حال حاضر، محدودیت در پهنای باند شبکه نوری، ناشی از محدودیت در تکنولوژی استفاده بهینه از پهنای باند فیبر نوری است. در نتیجه، در سطح ملی و بین المللی، افزایش چندین برابر پهنای باند سیستم های نوری، فقط با صرف هزینه های اندک ممکن خواهد شد. این مساله اهمیت استفاده از کابل های نوری با کیفیت بالا را در پیاده سازی اولیه شبکه انتقال نشان می دهد. در واقع تحولات صورت گرفته در راستای بهینه سازی شبکه های نوری، عمدتاً به صورت تغییر در ساختار عملیات مالتی پلکسینگ و سوئیچینگ است.
مطالب فنی تکمیلی:
۱-تکامل شبکه های انتقال نوری
استفاده از فیبرهای نوری برای انتقال سیگنال های باند وسیع، عملاً با معرفی سیستم هایی به نام "سلسله مراتب دیجیتال نیمه همزمان (PDH ) " عملی گشت. "سلسله مراتب" در این اصطلاح به این معنی است که ارسال اطلاعات با نرخ های انتقال بالاتر، با استفاده از ترکیب نرخ های انتقال پایین، ممکن می شود. "همزمانی" نیز به معنی استفاده از یک سیگنال مرجع واحد در سیستم برای انجام عملیات مالتی پلکسینگ و سوئیچینگ است.
این سیستم برای ارتباطات نقطه به نقطه بهینه شده بود و محدودیت دسترسی به نرخ های انتقال بالاتر، عمدتاً ناشی از خود استاندارد بود و نه تکنولوژی. در ضمن، این سیستم برای پهنای باند مورد نیاز دهه ۸۰ میلادی پاسخگو بود. ولی با افزایش شدید نیاز به پهنای باند بالا و نیز لزوم استفاده از فیبر نوری برای ارتباطات نقطه به چند نقطه (مثل آن چیزی که برای ارتباطات درون شهری نیاز است) کاربری خود را از دست داد. با معرفی سیستم های "سلسله مراتب دیجیتال همزمان (SDH ) " در اوایل دهه ۹۰ میلادی، بسیاری از کاستی های سیستم قبلی برطرف گشت. در این سیستم یک نرخ بیت پایه ( ۱۵۵ مگابیت بر ثانیه یا STM-۱) برای انتقال اطلاعات در نظر گرفته می شود. استاندارد به گونه ای طراحی شده است که نرخ بیت های بالاتر به صورت مضرب صحیحی از ۴ برابر این نرخ بیت پایه ساخته می شوند (STM-۴، STM-۱۶ و STM-۶۴) . در این زمینه، هیچ محدودیتی برای سقف نرخ بیت ارسالی از دیدگاه استاندارد وجود ندارد و تکنولوژی عامل محدودیت است. در این سیستم، ارسال با نرخ های بالاتر از طریق عملیات مالتی پلکس زمانی (TDM) صورت می گیرد. با گسترش روزافزون تقاضا برای پهنای باندهای بیشتر، برخلاف انتظار، این سیستم نیز قادر به برآوردن این نیاز نشد. طبعاً ساده ترین راهی که برای حل این مشکل به نظر می رسید، خواباندن فیبرهای بیشتر درون خاک بود. این روش غیر از اینکه هزینه های هنگفتی را برای گسترش شبکه اعمال می کرد، هیچ ضمانتی را برای برطرف کردن نیاز در سال های آینده نمی داد. در واقع، این مشکل به دلیل محدودیت تکنولوژی بروز کرده بود و طبعاً با گذشت زمان حالت حادتر به خود می گرفت؛ تا اینکه ایده استفاده از چند طول موج در یک فیبر (WDM) به عنوان راه حلی بلند مدت برای این مشکل مطرح شد. البته این ایده در روزهای آغازین استفاده از فیبر نوری برای انتقال اطلاعات مطرح شده بود، ولی در آن زمان محدودیت تکنولوژی امکان استفاده عملی از آن را نمی داد. کلید حل این مشکل در استفاده از تقویت کننده های نوری بود که عملیات تقویت سیگنال نوری را بدون تبدیل آن به سیگنال الکتریکی انجام می دهند. به مرور زمان، استفاده از حداکثر طول موج در فیبر (DWDM ) مد نظر قرار گرفت. امروزه نیز با استفاده از این تکنولوژی، امکان ارسال ۱۶۰ طول موج در یک فیبر که هریک نرخ ارسال اطلاعات ۸۰ گیگابیت بر ثانیه دارند (۱۲۸۰۰ گیگابیت یا حدود ۱۳ ترابیت بر ثانیه!)، ممکن شده است.
غیر از افزایش پهنای باند در سیستم DWDM ، هزینه تجهیزات برای افزایش پهنای باند بسیار کمتر از سیستم SDH است. دلیل این مساله نیز این است که در DWDM افزایش پهنای باند نیازی به افزودن تعداد تکرارکننده ها ندارد. سیستم DWDM برای کاربردهای راه دور طراحی و بهینه شده است. با افزایش حجم ترافیک درمحدوه شهری، نیاز به استفاده از سیستم های باند وسیع، که در محدوده شهری صرفه اقتصادی داشته باشند، احساس شد. سیستم CWDM پاسخگوی این نیاز بود. در این سیستم، نسبت به سیستم DWDM ، تعداد طول موج های کمتر با "فاصله بین طول موج" بیشتر استفاده می شود. در واقع تمایز بین نرخ افزایش ترافیک شهری و ترافیک بین شهری منجر به به کارگیری سیستم CWDM برای مناطق شهری شد. در مناطق شهری نرخ افزایش ترافیک کمتر از مناطق بین شهری است. به عبارت دیگر، در ترافیک های شهری هزینه سیستم DWDM به ازای هر کانال خیلی بیشتر از سیستم CWDM است.

۲-مالتی پلکسینگ و سوئیچینگ
در سیستم های PDH و SDH ، عملیات مالتی پلکسینگ و سوئیچینگ در حوزه الکتریکی صورت می گیرد. به عنوان مثال، در ورودی مالتی پلکسر سیگنال نوری به سیگنال الکتریکی تبدیل شده، در صورت نیاز عملیات سوئیچینگ روی سیگنال های الکتریکی صورت گرفته و بعد از تبدیل به رده های بالای مالتی پلکس، مجدداً به سیگنال نوری تبدیل می شود. محدودیت سرعت پردازنده های الکتریکی و تکنولوژی ارسال این رده ها روی فیبرهای نوری، دستیابی به نرخ های ارسال بالاتر را محدود می کند. با معرفی سیستم DWDM و نیاز به انجام عملیات مالتی پلکسینگ در سرعت های بالاتر، انجام مالتی پلکسینگ در حوزه نوری اهمیت یافت. این مالتی پلکسرها روی طول موج های متفاوت سیگنال های نوری ورودی و خروجی عمل می کنند. در صورتیکه انجام سوئیچینگ بین کانال های موجود روی یک طول موج نیاز باشد، باید این عملیات توسط سوئیچ های الکتریکی صورت گیرد. این عملیات، باعث کاهش سرعت انتقال اطلاعات و کاهش قابلیت مدیریت دینامیک کانال ها می شود.

مروری بر شبکه های انتقال و دسترسی نوری
● روش WDM
روش WDM به عنوان روش اصلی در انتقال اطلاعات در سیستم های نوری از اوایل دههٔ ۱۹۸۰ مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. امروزه نیز تلاش های بسیاری برای استفادهٔ بهینه از این روش در کاربردهای مختلف، درحال انجام است. CWDM و DWDM دو روش اصلی مورد استفاده در شبکه های نوری است. متن حاضر در ادامهٔ سلسله مطالب مربوط به شبکه های نوری، به بررسی روش WDM و خصوصیات روش های CWDM و DWDM پرداخته است و آن ها را مورد مقایسه قرار داده است.

● روش WDM
اگر نگاهی به مشکلات فعلی صنعت مخابرات، به خصوص در زمینهٔ سرویس دهی به کاربران بیندازیم، به اهمیت WDM بیشتر پی خواهیم برد. اولین چالش پیش روی صنعت مخابرات، افزایش روزافزون تقاضا برای سرعت های بالاتر و در نتیجه پهنای باند بیشتر است؛ به طوری که برخی اعتقاد دارند ظرفیت لازم برای شبکه، هر شش ماه، دو برابر می شود.
دومین چالش اساسی موجود، تکنولوژی های گوناگونی است که برای عملیاتی کردن و استفاده از انواع شبکه به کار می روند IP ـ ATM و SONET از جملهٔ این موارد هستند که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و هر یک مزایای خاص خود را دارا هستند؛ اما هر یک به تجهیزاتی برای تبدیل به یکدیگر نیاز دارند.
با استفاده از شبکه های نوری و روش WDM می توان تا حد زیادی این مشکلات را برطرف کرد. با استفاده از این روش، می توان به پهنای باندی تا ۱۶۰۰ گیگابیت در ثانیه دست یافت که با استفاده از این پهنای باند، می توان بیش از ۳۰ میلیون تماس تلفنی را فقط با استفاده از یک فیبر منتقل کرد و مشکل تکنولوژی های متفاوت نیز به راحتی حل می شود. با توجه به اینکه اطلاعات بر روی فیبر با استفاده از روش WDM بر روی طول موج های مختلفی ارسال می شود که مستقل از یکدیگر عمل می کنند، لذا می توان به راحتی انواع مختلف تکنولوژی را در این زمینه مورد استفاده قرار داد و خدمات مختلفی نظیر صوت، تصویر، اطلاعات و مولتی مدیا را به کاربران ارائه کرد.
● راه حل های افزایش ظرفیت در شبکه های نوری
برای افزایش ظرفیت شبکه، می بایست راه حلی انتخاب شود که اقتصادی باشد و کاربر را برای استفاده از آن ترغیب کند. اولین راه حلی که به ذهن می رسد، استفاده از تعداد بیشتری فیبر برای دسترسی به پهنای باند بالاتر است که این کار اصلاً به صرفه نیست؛ چرا که یک راه حل کاملاً سخت افزاری است که با صرف هزینه و وقت زیاد همراه است. ضمن آنکه استفاده از تعداد فیبر بیشتر، الزاماً امکان ارائه خدمات جدید را برای ISPها فراهم نمی آورد. راه حل دوم افزایش سرعت، استفاده از مالتی پلکسینگ زمانی TDM است که با تقسیم بندی زمانی امکان ارسال اطلاعات بیشتر را بر روی فیبر فراهم می آورد.
این روش به طور معمول بر روی شبکه های فعلی مخابرات استفاده می شود؛ اما افزایش ناگهانی سرعت با این روش امکان پذیر است. بنابر استانداردی که تعریف شده است، گام بعدی، دسترسی به سرعت ۴۰ Gbs پس از ۱۰ Gbs است که دستیابی به آن تنها با روش TDM و در آیندهٔ نزدیک امکان پذیر نخواهد بود و مستلزم پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات الکترونیکی است. روش TDM هم اکنون در شبکه های انتقال براساس SONET که استاندارد آمریکای شمالی و SDH که استاندارد بین المللی است به کار می رود. قابل ذکر است که SONET و SDH استانداردهائی هستند که برای سیگنال های دیجیتالی تعریف شده اند و سرعت ارتباطات، ساختار بسته ها و رابط های نوری را استاندارد می کنند.
راه حل سومی نیز برای ISPها وجود دارد و آن استفاده از روش WDM است. در این روش، به هر یک از سیگنال های نوری ورودی، یک طول موج و یا یک فرکانس خاص داده می شود و سپس تمام سیگنال ها بر روی یک فیبر ارسال می شوند. از آنجا که هر یک از این طول موج ها مستقل از یکدیگر هستند و بر روی هم هیچ گونه تاثیری ندارند، این امکان را به ISPها می دهند تا از امکانات موجود شبکه به طور بهینه بهره بگیرند و بتوانند از تکنولوژی های مختلف استفاده کنند.
در واقع، WDM چندین سیگنال نوری را ترکیب می کند و آن ها را به صورت یک مجموعه، تقویت و ارسال می کند که این امر موجب افزایش ظرفیت خواهد شد. هر یک از این سیگنال ها می توانند سرعت های مختلف نظیر OC ۲۴- ، ۱۲-، -۳ و فرمت های گوناگون ATM، IP و SONET را داشته باشند.
اما آنچه که WDM را این چنین پرارزش و مفید ساخته است، تقویت کننده هائی هستند که سیگنال نوری را بدون تبدیل به سیگنال الکتریکی تقویت می کنند. این تقویت کننده ها پهنای باند مشخصی دارند و در این پهنای باند می توانند تا ۱۰۰ طول موج را تقویت کنند. تقویت کننده های EDFA و DBFA از جملهٔ این تقویت کننده ها هستند که به ترتیب در باند طول موجی ۱۵۶۰ ـ ۱۵۳۰ و ۱۶۱۰ ـ ۱۵۲۸ نانومتر استفاده می شوند.
به طور کلی می توان خصوصیات روش WDM را به صورت زیر برشمرد:
▪ فراهم آوردن سرعت های بالا بر روی یک فیبر تکی
▪ امکان استفاده از تجهیزات فعلی شبکه
▪ امکان استفاده از فرمت های متفاوت نظیر SONET، IP و ATM با سرعت های متفاوت
▪ ارائه خدمات جدید به کاربران براساس اختصاص طول موج که روشی کاملاً نرم افزاری است.
گام بعدی افزایش ظرفیت، استفاده همزمان از دو روش WDM و TDM است. در روش TDM، افزایش ظرفیت با افزایش سرعت بر روی یک خط ارتباطی انجام می شود. در حالی که در روش WDM، این کار با استفاده از طول موج های مختلف و در واقع افزایش خطوط ارتباطی صورت می گیرد. بنابراین با ترکیب این دو روش، می توان به ظرفیت بالاتر بر روی یک فیبر دست یافت و این امکان را همواره فراهم آورد تا با پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات الکترونیکی، آن را به طور موثری در افزایش سرعت شبکه های نوری به کار گرفت.

● DWDM و CWDM
محیط انتقال در شبکه های نوری، فیبر نوری است و باند طول موجی که می توان برای ارسال اطلاعات استفاده کرد بین ۱۲۶۰ تا ۱۶۲۵ نانومتر، یعنی پنجره های دوم و سوم مخابرات نوری است. لازم به ذکر است که پنجره اول مخابرات نوری در طول موج ۸۵۰ نانومتر و پنجره های دوم و سوم به ترتیب در طول موج های ۱۳۰۰ نانومتر با کمترین پاشندگی و ۱۵۵۰ نانومتر با کمترین تلفات هستند. این باند طول موجی که از آن برای انتقال اطلاعات بر روی فیبر استفاده می شود، به ۵ باند (جدول ۱)، تقسیم می شود که در روش های مختلف WDM به کار گرفته می شوند.

جدول ۱ ـ باندهای طول موجی انتقال اطلاعات بر روی فیبر
نام باند/محدودهٔ طول موج برحسب نانومتر
O-Band/۱۳۶۰-۱۲۶۰
E-Band/۱۴۶۰-۱۳۶۰
S-Band/۱۵۳۰-۱۴۶۰
C-Band/۱۵۶۵-۱۵۳۰
L-Band/۱۶۲۵-۱۵۶۵
برای استفادهٔ حداکثری از ظرفیت فیبر در روش WDM، باید فاصله بین طول موج هائی را که برای انتقال اطلاعات استفاده می شود، کم کرد تا اطلاعات بیشتری را بر روی یک فیبر ارسال کرد. لذا روش DWDM در اوایل دههٔ ۱۹۹۰ مطرح شد تا از فیبر برای انتقال اطلاعات در فواصل دور و شبکه های گسترده بهره گرفته شود. در روش DWDM فاصلهٔ بین کانال ها که برای ارسال اطلاعات استفاده می شود، ۴/۰ نانومتر است و هر کانال پهنای باندی تا ۱۰ گیگابیت در ثانیه را برای کاربران فراهم می آورد.
این روش در باند C و L به کار می رود و بین ۳۲ تا ۱۶۰ کانال ایجاد می شود که با این تعداد کانال، به پهنای باند ۱۶۰۰ ـ ۱۰۰ گیگابیت در ثانیه می توان دست یافت. اما لازم به ذکر است که این روش فقط برای ارسال اطلاعات برای فواصل دور مناسب است، زیرا تجهیزات جانبی این روش مانند نوع فیبر، لیزر، تکرارکننده ها و… از خصوصیاتی برخوردار هستند که میزان هزینه را به شدت افزایش می دهند، به طوری که قیمت تمام شده برای هر کانال، فقط برای ارسال اطلاعات به فواصل دور و شبکه های WAN به صرفه خواهد بود.
اگر بخواهیم این روش را در مناطق شهری و شبکه های Metropolitan و LAN به کار ببریم، هزینه تمام شده برای هر کاربر بسیار زیاد خواهد بود و به تبع آن تقاضای استفاده از آن نیز کاهش می یابد. این مشکلی بود که در اواخر دهه ۱۹۹۰ و سال ۲۰۰۰ بسیاری از شرکت های ارائه دهندهٔ خدمات با آن روبه رو بودند. در این زمان روش CWDM که در ابتداء دهه ۱۹۸۰ مطرح شده بود، مجدداً مورد توجه قرار گرفت. تفاوت اساسی CWDM با DWDM در فاصلهٔ بین کانال ها است.
در روش CWDM فاصلهٔ بین کانال ها ۲۰ نانومتر است و در باندها O , E , S , C و L به کار گرفته می شود. در این محدوده، طول موجی با ۸ تا ۱۶ کانال که هر یک پهنای باندی تا ۲.۵ گیگابیت در ثانیه (مطابق با ۱۶ـSTM) دارند، فراهم می آورند و می توان به پهنای باندی تا ۴۰ گیگابیت در ثانیه بر روی یک فیبر تکی دست یافت.
اما آنچه که امروزه باعث شده است تا CWDM بسیار مورد توجه قرار گیرد، هزینهٔ بسیار کم آن نسبت به DWDM است. روش CWDM که به طور گسترده در راه اندازی شبکه های FTTH و FTTC به کار گرفته می شود، تا فاصلهٔ ۷۰ کیلومتری به هیچ تکرار کننده ای برای ارسال اطلاعات با کیفیت مناسب نیاز ندارد و تا فاصله ۲۰۰ کیلومتری که فاصله مناسب برای استفاده از روش CWDM است، فقط به دو تکرار کننده در فواصل ۷۰ و ۱۴۰ کیلومتری نیاز است که مزیت بزرگی نسبت به DWDM محسوب می شود. می توان در این روش از تقویت کننده های EDFA در طول موج ۱۶۱۰ـ۱۵۳۰ نانومتر بهره برد. همچنین قیمت فرستنده ـ گیرنده و فیلتر در CWDM به ترتیب حدود ۲۵ درصد و ۵۰ درصد قیمت آن ها در DWDM است.
از دیگر مزیات روش CWDM می توان به قیمت کم لیزر تا یک سوم لیزرهای DWDM و قابلیت مجتمع سازی تجهیزات آن اشاره کرد (شکل ۳). با توجه به خصوصیاتی که ذکر شد، هزینهٔ تمام شده برای هر کانال در CWDM بین ۴۰ تا ۵۰ درصد ارزانتر از هزینه تمام شده برای هر کانال در روش DWDM است و راه حل مناسبی برای کاربردهائی با تعداد کانال کم است و برای تبدیل آن از یک سیستم تک کانال به چند کانال، هزینه کمی را باید پرداخت.

شبکه های نوری آینده :
اشاره :
پیش از آن که بتوانیم برای برآوردن نیازهای ارتباطی آینده، قدرت نور را تحت کنترل خود در بیاوریم، باید توجهمان را از مسیریاب ها به خود شبکه معطوف سازیم. فناوری های شبکه های نوری جدید، ارتباطات را متحول خواهند نمود و ما را به مسیر شبکه های فراگیر باند پهن هدایت خواهند کرد. شبکه های باندپهن با داشتن نرخ های انتقال داده ای 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، مشترک خطوط باند پهن شده اند که از بین آن ها، 6/10 میلیون نفر، مشترک DSL، 5/2 میلیون نفر مشترک کابلی و یک میلیون نفر مشترک خطوط فیبر به خانه با نام FTTH بوده اند. با وجود این که تعداد مشترکین 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 می رود طی مدت 4 تا 5 سال آینده، تعداد مشترکین خطوط FTTH در ژاپن بیشتر از تعداد مشترکین خطوط DSL شود. افزایش تعداد کاربران FTTH از نرخ اشتراک پایین آن و در دسترس بودن سرویس های پر سرعت نشات می گیرد. نسبت نفوذ خطوط باندپهن در بین مردم ژاپن که 32 درصد تعداد کل خانواده ها بوده است، به سرعت در حال افزایش است. در کشور که میزان نفوذ شبکه های باند پهن در بین مردم برابر 70 درصد می باشد، بازارها تقریباً به حالت اشباع رسیده اند. این بازار در آمریکا نیز همین گونه است. اما شبکه های نوری آینده چگونه خواهند بود؟

هنگامی که سرویس های DSL برای اولین بار در سال 1998 در ژاپن عرضه شدند، حداکثر سرعت خطوط آنها برابر 500 کیلو بیت بر ثانیه بود. امروزه پیشرفت های تکنولوژیک، پهنای باند تا 40 مگا بیت بر ثانیه را ممکن ساخته است. البته، بالاترین سرعت، تنها برای تعداد محدودی از کاربران که کمتر از یک کیلومتر با شرکت فراهم کننده سرویس اینترنت (ISP) فاصله دارند مهیا است. امروزه حداکثر سرعت خطوط FTTH که در سال 2000 معرفی شدند، برابر 100 مگا بیت بر ثانیه است. هیچ شکی وجود ندارد که پیشرفت دستیابی به شبکه های باندپهن در ژاپن، تحت تاثیر نرخ های اشتراک پایین آن در دنیا قرار دارد. مشترکین می توانند با پرداخت مبلغی کمتر از 25 دلار در ماه، از سرویس DSL استفاده نمایند و FTTH نیز حدود 50 دلار در ماه هزینه دارد.

در ژاپن، ترافیک اینترنت در نتیجه ورود شبکه های باند پهن به سرعت در حال افزایش است. ترافیک 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 که نرخ رشدی رعب آور است.
البته این روند، تنها محدود به کشور ژاپن نیست. نرخ رشد ترافیک پی بستر اصلی اینترنت در آمریکای شمالی که کمتر از 100 درصد است، به این اندازه نگران کننده نیست، اما با این وجود، نرخ قابل توجه و چشمگیری است.

شکل 1- گام 1: معرفی فناوری DWDM و مسیریابی طول موج.
گام 2: معرفی تسهیم طول موجی فوق العاده چگال، مسیریاب فوتونی MPLS و زنجیره سوئیچ ها، OADM، سیستم های نوری OXC
عوامل مهم در طراحی شبکه حجم ترافیک، ظرفیت انتقال و برونداد (Throughput) گره ها، سه عامل اساسی در طراحی شبکه ها هستند. نمای شماتیک ارتباط بین آن ها در شکل 1 نشان داده شده است. اکنون، دنیای صنعتی در آستانه طلوع عصر شبکه های همه گیر باند پهن قرار دارد. پیشرفت های حاصل شده در زمینه پردازش الکترونیکی- شامل TDM Time Division Mulltiplexing و برونداد الکترونیکی اتصال روتر/سرویس دهنده، که کم و بیش از قانون مور پیروی می کند، حرکت کندتری دارد. برای پر کردن فاصله بین بار ترافیک شبکه و تکنولوژی پردازش های الکترونیکی، محققین شبکه های نوری، فناوری های شبکه های نوری را توسعه داده اند. به همین سبب فناوری WDM به میزان گسترده ای توسعه یافته است و مسیریابی طول موج با استفاده از مالتی پلکسرهای نوری OADSM و سیستم های اتصال ross Connect نوری OXS، در حال معرفی هستند.

معرفی تکنولوژی های نوری، سهم اصلی را در پیشرفت کارایی شبکه داشته است. در این دوره، رشد ترافیک، عمدتاً به دلیل استفاده از برنامه های کاربردی نظیر برنامه های دریافت تصویر، فیلم، موسیقی و نیز برنامه های نظیر به نظیر اشتراک گذاری فایل است. . پس از این، سرویس هایی نظیر پخش جریانی تصاویر با کیفیت بالا ( 1k*2k پیکسل) و با کیفیت بسیار بالا ( 2k*4k پیکسل) ترافیک شبکه را به شدت افزایش خواهد داد. برای اشتراک چنین سرویس های جدیدی (که به نرخ انتقالی از 20 تا 300 مگابیت بر ثانیه نیاز دارد)، مشترکین به طور فزاینده ای به خطوط FTTH نیاز خواهند داشت. برای غلبه بر انفجاری که در حجم ترافیک رخ می دهد، باید پیشرفت هایی در کارایی شبکه حاصل شود و هزینه ها کاهش یابد تا سرویس های پخش برنامه های با کیفیت بالا از طریق شبکه بتواند با هزینه ای کمتر از دو برابر هزینه ای که مشترکین فعلی می پردازند فراهم شود. برای رسیدن به این هدف، تکنولوژی های MPLS :Multi Protocol Label Switching در مسیریاب ها به کار گرفته خواهد شد و از تکنولوژی های با چگالی فوق العاده بالای WDM استفاده خواهد شد.
سیر تکامل شبکه های نوری

شکل 2- سیر تکاملی شبکه های فوتونی.
(a) سیستم انتقال 43 گیگابیت بر ثانیه ای مبتنی بر OTN (سال 2003)
(b) سیستم 64 گیگابیت بر ثانیه ای OXC (سال 2003)
(c) . مسریاب MPLS فوتونی. مسیریاب هیکاری با ظرفیت بالا از کلاس ترابیت که در سال 2001 معرفی شد.
شکل 2، روند توسعه شبکه های انتقال نوری را نشان می دهد. سیستم های نقطه به نقطه انتقال داده فیبر نوری در سال 1981، هنگامی که ظرفیت انتقال برابر 32 مگابیت بر ثانیه بود، در شبکه NTT معرفی شدند. اخیراً سیستم های انتقال داده WDM، در ژاپن به میزان وسیعی به کار گرفته شده اند. در سال 2003، حداکثر ظرفیت انتقال WDM به دست آمده در هر فیبر، برابر 800 مگابیت بر ثانیه بود. سرعت کانال هایWDM امروزی، 5/2 گیگابیت و 10 گیگا بایت بر ثانیه است، اما محققینی که آزمایش شبکه انتقال نوری (OTN) را رهبری کردند، میزان انتقال 43 گیگابیت بر ثانیه را گزارش نمودند. در حال حاضر، سیستم های 43 گیگابیت بر ثانیه ای، در هر کانال، در برخی شبکه های تحقیقی در حال پیاده سازی است. تکنولوژی های مسیر نوری (optical path) برای شبکه های نوری در حال به کارگیری هستند. سیستم های ایستای OADM در سال 2000 در برخی شهرهای صنعتی ژاپن معرفی شدند. همچنین استفاده از سیستم های OADM قابل پیکربندی مجدد در سطح جهانی به زودی آغاز خواهد شد.
محققین، یک سیستم OXC را توسعه داده اند که دارای برونداد 320 گیگا بیت بر ثانیه (128 2.5Gbit/s x) در هرCabinet می باشد، نرخی که به سادگی با به کارگیری یک پیکربندی چهار کابینه، به 28/1 ترابیت بر ثانیه قابل افزایش است. در آغاز سال 1999، این سیستم به صورت آزمایشی در شهر کاناگاوا در نزدیکی توکیو به کار گرفته شد. دوره سه ساله آزمایش، به محققین اجازه داد تا قابلیت اطمینان سیستم های OXC را تایید نمایند که از تکنولوژی های مدار موج سبک دو وجهی PLC استفاده می کنند. سیستم های OXC در سال 2003 (در ژاپن) به عنوان بخشی از طرح دولتی توسعه شبکه های با کارایی بسیار بالا معرفی شدند.

بحث مسیریاب فوتونیک، دستگاهی که بیشتر مبتنی بر پروتکل IP است نیز به نوبه خود جذاب است. دو نوع مسیریاب نوری وجود دارد: دسته اول مسیریاب های نوری MPLS هستند که طول موج نور را به عنوان علامت در جریان های بیتی لایه 1 به کار می برند و به عنوان مسیریاب های نسل بعدی در نظر گرفته می شوند. دسته دوم سوییچ های نوری متصل به هم هستند که آن ها نیز به نظر می رسد پتانسیل چشمگیری داشته باشند، اگرچه هنوز مورد تایید قرار نگرفته اند.
مسیریاب MPLS فوتونیک

شکل 3- مقایسه ای از یک مسیریاب
(a) یک مسیریاب MPLS فوتونی (b). در مسیریاب MPLS ، به هر بسته IP یک برچسب و به هر جریان لایه 1، یک برچسب طول موج اضافه می شود.
مسیریاب های MPLS فوتونیک، از طول موج نور به عنوان علائمی برای ایجاد مسیرهای نوری علامت-گزین (OLSP) استفاده می کنند. هر OLSP معادل یک بسته IP است و به همان نحو عمل می کند. شکل 3 مقایسه ای از یک مسیر علامت-گزین (LSP) برای یک MPLS و یک مسیر نوری علامت-گزین برای یک MPLS فوتونیک را نشان می دهد.

برای ایجاد علامت طول موج، دو رهیافت وجود دارد: یک طول موج منفرد می تواند به یک مسیر مشخص برای ورود و خروج به مسیریاب اختصاص داده شود و یا این که طول موج، به صورت لینک به لینک بین اتصال ها مرتباً جا به جا شود. در MPLS، یک لیبل لایه 2 (که یک Shim header نامیده می شود) در یک مسیریاب ورودی، به هر بسته، چسبانده می شود. سپس در ادامه، در هر اتصال، این لیبل جا به جا می شود. در MPLS های فوتونیک، در یک مسیریاب خروجی، یک لیبل طول موج به یک جریان بیتی چسبانده می شود و هر بسته IP به صورت یک OLSP، همساز می گردد. یکی از اختلافات بزرگ MPLS و MPLS فوتونیک این است که MPLS اجازه می دهد که علائم با هم ادغام شوند که در این حالت در یک مسیریاب علامت-گزین میانی، دو LSP یا تعدادی LSP که در حال عبور از یک مسیر هستند، با هم ادغام شده و به یک LSP تبدیل می شوند، در حالی که MPLS فوتونیک اجازه ادغام شدن علامت ها را نمی دهد. یک اختلاف دیگر این دو مسیریاب، این است که در به کارگیری MPLS فوتونیک، به علت محدودیت های WDM، تعداد OLSP های قابل استفاده در هر اتصال، محدود است که تعداد آن در حال حاضر برابر 200 می باشد. به همین دلیل، MPLS فوتونیک در ابتدا به عنوان پی بستر یا backbone شبکه مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

شکل 4- پیکربندی مسیریاب MPLS فوتونی
شکل 4، معماری یک مسیریاب نوری MPLS را که اخیراً توسعه داده شده است، نشان می دهد. مسیریاب، از یک MPLS الکتریکی و یک واحد مسیریابی لاندا (LRU) که OLSP ها را با استفاده از پروتکل تعمیم یافته MPLS، مسیریابی می کند، تشکیل شده است. LRU وظایف انتقال داده WDM و محافظت از لایه یک شبکه (1+1 و 1:1)، بازیابی توابع آشکارساز خطا و نیز وظایف نظارت بر کیفیت سیگنال های نوری را برعهده دارد. به منظور ساده سازی پردازش ساخت مسیرها، LRU همچنین وظیفه تبدیل طول موج را نیز برعهده دارد که به طول موج هر OLSP اجازه می دهد که به صورت لینک به لینک جای شود. این کار، از تصادم طول موج ها جلوگیری می کند و نیاز به تخصیص طول موج را بر طرف می سازد و باعث حداکثر استفاده از اتصال می گردد. کنترل MPLS الکتریکی و LRU همراه با هم است. هماهنگی بین لایه های الکتریکی و نوری بدین معنی است که کار به صورت plug-and-play قابل انجام است. پروتکل سیگنال دهی، که توسعه ای از پروتکل ذخیره منبع RSVP با مهندسی ترافیک می باشد، سیستم را گران قیمت می سازد. تولید چندین طول موج در یک زمان، که به شدت در زمینه شبکه سازی و انتقال اطلاعات مفید است، با به کارگیری یک طیف نور متسلسل (SC) به دست

شکل 5- تولید پالس چند طول موجی و موج نور پیوسته توسط منبع نوری سوپرکانتینیوم
می آید. همان گونه که در شکل 5 نشان داده شده است، تکنولوژی SC، از اثر غیر خطیِ فیبرهای نوری، برای تولید چندین طول موج استفاده می نماید. طیف باریک طول موج ناشی از پالس های اولیه ورودی، در حین این که آنها فیبر نوری غیرخطی را پیمایش می نمایند، انتشار می یابد. سپس هنگامی که طیف به یک صافی طول موج، مانند یک شبکه آرایه ای هادی موج، پالس های چند رنگی و یا یک شبکه پیوسته فرکانس موج می رسد، طول موج ها به طور همزمان تولید می شوند. هنگامی که چندین مُد طولی از طیف حذف شدند، پالس ها مجدداً با تکرار پالس های اولیه تولید می شوند و پهنای پالس تولید شده توسط پهنای باند صافی تعیین می گردد. هنگامی که تنها یک مُد طولی از طیف انتشار یافته SC حذف می شود، چندین حامل موج پیوسته تولید می شود. تثبیت طول موج منبع، کار نسبتاً ساده ای است. پایداری طول موج پالس های چند رنگی تولید شده، توسط پایداری طول موج صافی تعیین می گردد. پایداری صافی های طول موج منفعل از لحاظ مقدار و بزرگی، بالاتر از پایداری صافی های طول موج دیودهای لیزری است.

تا به امروز، بیش از هزار حامل نوری با فاصله کانال 5/12 گیگاهرتز و نسبت های سیگنال به نویز که امکان انتقال اطلاعات را به میزان5/2 گیگابیت بر ثانیه در هر کانال فراهم می آورند، تولید شده اند. در یک آزمایش موفقیت آمیز دیگر با کانال های 10گیگابیتی محققان توانستند انتقال WDM با پهنای باند بسیار بالا را روی بیش از 30 کانال 5 گیگاهرتزی تجربه کنند. حامل های نوری ایجاد شده در شکل 6 (الف) نشان داده شده اند.

شکل 6- تولید حامل نوری سوپرکانتینیوم.
(a) حامل های با فاصله کانال 50 گیگاهرتزی.
(b) میکروگراف
(c) طیف نور سوپرکانتینیوم تولید شده با استفاده از PM-PCF .
با افزایش خاصیت غیرخطی فیبرنوری استفاده شده در تولید SC، می توان کارایی تولید نور SC را افزایش داد به نحوی که پیک قدرت پالس های ورودی اولیه، می تواند کاهش یابد. همچنین قابلیت های قدرتمند هدایت نوری این فیبرها، شعاع خمیدگی بسیار کوچکی (کمتر از 3 میلیمتر) بدون تلفات نوری اضافی برای فیبر به دست می دهد. اخیرا PCF های با تلفات نوری پایین نیز توسعه داده شده اند.

تغییر کوچکی در ساختار فیبرها می تواند فیبرهای با قابلیت پلاریته (PM) که صفت ممیزه آن ها در شکست نور بالای آن ها است به دست دهد. سطح شکست نوری که با این فیبرها به دست می آید می تواند بسیار بیشتر از چیزی باشد که فیبرهای غیر پلاریته به دست می آورند. هزینه ساخت چنین فیبرهایی به دلیل این که در ساخت آن ها، نیازی به عملیات پیچیده ای نظیر سوراخ کاری یا پر کردن آن ها با یک ماده مخصوص وجود ندارد، بسیار پایین است.
شکل 6 (ب) میکروگراف مرکز یک فیبر PM-PCF را که به تازگی برای تولید نور SC با پهنای باند 55/1 میکرومتر ساخته شده است، نشان می دهد. محققین، این فیبر را برای دستیابی به تفرق پایین -0.23 ps/km/nm) در 550/1 میکرومتر) و شیب تفرق پایین (02.10 ps/km/nm در 550/1 میکرومتر) و پلاریزاسیون مورد استفاده قرار دادند. یک فیبر PM-PCF به طول 200 متر می تواند یک نور 40 SC نانومتری با پهنای باند 55/1 میکرومتر تولید کند. شکل 6 (ج).
آینده
فوتون ها و الکترون ها بسیار با هم متفاوتند، اگرچه ویژگی های مشترکی نظیر خاصیت ذره ای و موجی بودن دارند. فوتون ها نه جرم دارند و نه بار و معمولاً مانند موج عمل می کنند. الکترون ها، هم جرم دارند و هم بار و معمولاً به صورت ذره ای رفتار می کنند. اختلاف بنیادین آن ها در میزان تعامل آن ها با ذرات دیگر است.

در اپتیک امروز، هیچ قطعه اساسی همچون ترانزیستور وجود ندارد. در نتیجه حافظه های نوری ساخته نمی شوند و به نظر می رسد که ساخت آنها نیز بسیار مشکل باشد. به همین دلیل، جایگزینی مسیریاب های الکتریکی فعلی با مسیریاب های نوری، به سادگی انجام نمی گیرد. ما باید بتوانیم از خواص ذاتی نور به طور کامل استفاده کنیم. قابلیت مسیریابی براساس طول موج، پیشرفتی است که باید مورد بهره برداری قرار بگیرد. برنامه های کاربردی شبیه سازی پردازش نور در فضا در سیستم های انتقال شبکه ای (به صورت پردازش دو یا سه بعدی)، که می تواند با سرعت نور مورد استفاده قرار بگیرد، باید در آینده بررسی شوند. ممکن است پروتکل هایی که با سرعت نور کار می کنند توسعه داده شوند. ابزارهای مورد انتظار دیگر، پردازش نوری دو بعدی یا سه بعدی در ترکیب با اتصال نوری سه بعدی با استفاده از باریکه های نور کاملاً موازی و یا دستگاه های لیزری تابش عمودی نور با سطوح کاو (VCSEL) هستند

شبکه نوری سنکرون SONET
SONET یک حمل کننده نوری با سرعت بالاست که از کابل فیبر نوری به عنوان رسانه انتقال استفاده می کند . واژه SONET در آمریکای شمالی مورد استفاده قرار می گیرد و عبارتست از استانداردی که توسط موسسه ANSI وضع شده است . اتحادیه ITU International Telecommuication Union استانداردی برای SONET وضع نموده و آنرا SDH (Synchronuous Digital Hierarchy ) نامید که در اروپا مورد استفاده قرار می گیرد .
معماری نوری SONET بر اساس چهار فیبر نوری با حلقه ای در دو جهت طراحی می شود تا سرویس هایی با حداکثر اطمینان را ارائه نماید . نرم افزارهای کاربردی جدید مثل CAD CAM و Media Images به پهنای باند وسیعتری نسبت به دیگر نرم افزارهای کاربردی نیاز دارند و SONET پهنای باند گسترده و با سرعت ارسال بالایی را ارائه می دهد .

مشخصات SONET
برجسته ترین مشخصات SONET عبارتند از :
· SONET برای کلیه سطوح از روش مالتی پلکس کردن بایت استفاده می کند .
SONET. یک فن آوری با سرعت بالاست که دارای ویژگی اصلاح خودکار مسیر Self-Correcting Path می باشد .
· SONET روش های مالتی پلکس و دی مالتی پلکس کردن را به کار می برد .
· SONET با سرعت 8000 فریم در ثانیه STS-1 را ارسال می کند .
· سیگنالهای کندتر می توانند بر روی سیگنالهای سریعتر مستقیما مالتی پلکس شوند .
اجزای SONET
شکل 1-1 اجزایSONET را نشان می دهد که شامل یک مولتی پلکس کنندهSTS باز مولد (Regenarator) یک مولتی پلکسر /اضافه کننده(Add/drop) یک مبدل سیگنال الکتریکی به نوری (E/O) ویک دی مولتی پلکس کنندهSTS است.
مولتی پلکسرSTS : وظیفه یک STS-MUX عبارتست از :مولتی پلکس کردن سیگنال های الکتریکی ورودی به داده هایی با سرعت بالاتر و نهایتا تبدیل نتایج به سیگنالهای نوری.
باز مولد(Regenarator):
باز مولد وظیفه تکرار کننده را انجام میدهد.اگر کابل نوری از استاندارد بلند تر باشد از باز مولد برای دریافت سیگنالهای نوری و تقویت مجدد آن سیگنالهای استفاده می شود.
مولتی پلکسر حذف کننده/اضافه کننده (Add/drop Multipelexer):
این مولتی پلکسر برای استخراج کردن و یا درج کردن سیگنالهای با سرعت پایین و یا به سیگنالهای مولتی پلکس شده با سرعت بالا به کار میرود.این عمل بدون دی مولتی پلکس کردن کامل سیگنالهایSONET انجام می شود.
دی مولتی پلکسرSTS :
این دی مولتی پلکسر سیگنالهای نوری را تبدیل به سیگنالهای الکتریکی نموده و همچنین آنها را برای استفاده کنندگان دی مولتی پلکس می کند.
سرعت سیگنالهایSONET :
پایین ترین سطح سیگنال درSONET سیگنالSTS-1 می باشد که دارای سرعتی برابر با 51.84 Mbps میباشد. STS-1 سیگنالی الکتریکی است که به سیگنال های نوری به نامOC-1 تبدیل می شود.سرعت بالاتر ارسال داده ها درSTS-n می باشد که در آن n میتواند:1و3و9و12و18و24و34و48 باشد.
جدول 2-1 سرعت سیگنالSONET وSDH را نشان میدهد.

فرمت فریم درSONET :
فرمت فریم SONET(Synchronous Payload Envelope) نیز نامیده می شود.فرمتSTS-1 در شکل 3-1 نشان داده شده است که از 9 ردیف و 90 ستون از بایت ها تشکیل شده است. اندازه فریم در آن برابر است با 810 =9*90 بایت و یا 6840=8*810 بیت است. SONET در هر ثانیه می تواند 8000 فریم را ارسال کند.
سرعت انتقال داده ها برای STS-1 برابر با Mbps 84/51=bps 5108 =8000*6480 است.سه ستون اول overhead ارسال نامیده می شود که برابر با 27=9*3 بایت است.9 بایت از این 27 بایت برای بخش overhead و 18 بایت باقیمانده برای خط overhead استفاده می شود. سرعت واقعی انتقال داده ها برابر با:Mbps 50.112 =(ثانیه/فریم)8000 *(بیت) 8 *(ردیف) 9 *(ستون) 86 .
فریمSTS-1 توسط بایتی از ردیف 1 و ستون 1 تا ردیف 9 و ستون 90 ارسال می شود (از چپ به راست اسکن می شود).
وظایف Overhead در فریم SONET به شرح زیر است:
Path overhead : این overhead بخشی از SPE میباشد و در برگیرنده اطلاعات زیر است:
نظارت بر عملکرد STS و مسیر یابی و تست parity و وضعیت مسیر.
Section overhead : این overhead اطلاعاتی درباره سنکرون بودن frame (مطلع نمودن مقصد از یک فریم وارد شده) و همچنین حامل اطلاعات درباره عملکرد مدیریت ونگهداری (OAM) می باشد مضافا اینکه مدیریت تراز کردن فریم و جدا کردن داده ها را بر عهده دارد.
line overhead : این overhead حامل اشاره گر ها برای تعیین محل … در فریم بوده و نبز سوییچ کردن خودکار را نیز انجام می دهد . (برای وسایلی که آماده به کار هستند). همجنین کانال های صوتی را جدا کرده و عمل مولتی پلکس کردن و پشتیبانی از خط و نظارت بر عملکردSTS را بر عهده دارد.
مولتی پلکس کردن SONET. :
سطوح بالا تر STS را می توان با استفاده از مولتی پلکس کردن سطوح پایین تر ایجاد کرد.

مثلا STS-3 با مولتی پلکس کردن سه STS-1 تولید می شود( همان طور که در شکل 4-1 نشان داده شده است). خروجی STS-3 به یک سیگنال نوریOC-3 نامیده میشود.بنابر این فریم STS-3 از 2430 بایت یعنی :2430 (ردیف) و (ستون) 90 *3 ساخته شده است. STS-3با سرعت 8000 فریم در ثانیه ارسال می شود. بنابر این سرعت ارسال داده های STS-3برابر است با
MbpS 52/155 =frame/sec 8000 *bit 8 *byte 2430

شکل 5-1 فرمت فریم STS-3 را نشان می دهد . فیلد Transport overhead از ستون 9 و 9 ردیف ساخته شده است. فیلدPath overhead دارای 1 ستون و 9 ردیف و فیلد Pyload Envelope دارای 260 ستون و 9 ردیف است. با مولتی پلکس کردن سه STS-3 مطابق شکل 6-1 تولید می شود.
انشعاب مجازی :

فریم پایه SONET عبارتست از STS-1 با سرعت مبادله داده برابر با mbps 51/84 فیلد Payload مربوط به STS-1 از 86 ستون و 9 ردیف ساخته می شود. برای آنکه SONET فریم های با سرعت پایین تر مثل1 DS-2و 2 DS- را حمل کند فریم با سرعت پایین تر به فیلد Payload متعلق به STS-1 نگاشت و انشعاب مجازی (VT)نامیده می شود. شکل 7-1 انشعاب مجازی Payload STS-1 را نشان می دهد.
چهار نوع انشعاب مجازی (VT) که به فیلد Payload از STS-1 نگاشت می شوند وجود دارد که عبارتند از :
VT1.5 :که فریمی متشکل از 27 بایت یعنی 3 ستون در 9 ردیف بوده ودر شکل 8-1 نشان داده شده است.سرعت مبادله داده ها از VT1.5 به صورت زیر محاسبه می شود:
Mbps 728/1 = frame/sec 8000 *bit * byte 27= VT1.5

VT1.5 برای ارسال DS-1 با سرعت Mbps 54/1 مورد استفاده قرار می گیرد . فیلد Payload ازSTS-1 میتواند 28 VT1.5 را در ثانیه ارسال نماید.

VT2 :فریمی است که 36 بایت تشکیل شده است.(4 ستون در 9 ردیف) و برای ارسال یک خط E-1 اروپایی با سرعت ارسال داده هایی برابر Mbps 3048/2 به کار می رود.
VT3 :فریمی است که از 54 بایت تشکیل شده است . (6 ستون در 9 ردیف)این فریم برای ارسال یک DS-1C با سرعت ارسال داده هایی برابر با Mbps 152/3 به کار میرود.
VT6: فریمی متشکل از 108 بایت است(12 ستون در 9 ردیف) این فریمارسال یک فریم DS-2 با سرعت ارسال داده ها برابر با Mbps 312/6 به کار میرود
شبکه های نوری می توانند اطلاعات خوبی در مورد QCD به نمایش بگذارند .
فیزیکدانانی از آلمان و هونگاری بیان کردند که اتم های فراسرد در شبکه های نوری می توانند برای شبیه سازی جنبه های مشخصی از تیوری دینامیک کوانتوم رنگها که بیان می کند چگونه کوارکها درون پروتونها و نوترونها و دیگر ذرات سنگین جفت شده انداستفاده شود.آنها پیش بینی می کنند که با استفاده از لیتیم-6 در فرمی چگالیده اتم ها مجبور می شوند شبیه کوارکها عمل کنند. این شیوه به طور آزمایشی به اثبات رسیده است و می تواند جنبه های جدیدی از مسایل حل نشده در این تیوری را به نمایش یگذارد که شبیه سازی آن روی کامپیوتر می تواند مشکل باشد.
فرمی چگالیده وقتی ذرات با شماره اسپین نیمه صحیح(شناخته شده با نام فرمیون) در دمای بسیار پایین جفت شوند و در همان موقعیت کوانتومی بمانند تشکیل می شود.می توانیم فرمیون مورد نظر را با ذخیره سازی اتم های فراسرد در درون یک شبکه نوری که یک آرایش منظم شکل گرفته انرژی است و بوسیله تقاطع پرتوهای لیزر به وجود می آید بدست آوریم.انرژی و استحکام فعل و انفعال بین ذرات در یک جفت می تواند بوسیله متصل کردن یک میدان مغناطیسی به شبکه نوری وفق داده شود.(توانایی به که فیزیکدانان این امکان را می دهد جفت شدن الکترونها را در دمای بالا ابر رساناها و دیگرشرایط بسیار سخت و با احتمال پایین شبیه سازی کنند).
یک گروه به رهبری WALTER HOFSTETTER درJ.W.GEOTE مشغول تحقیق در این رابطه هستند.کوارکها معمولا بوسیله پیوندهای دوگانه و سه گانه به یکدیگر مقید هستند که بر اساس رنگشان می توانند سبزآبی یا قرمز باشند. بنابراین نظریه گروه hofstetter فکر می کنند که اگر یک شبکه نوری شامل فرمیونهای سرد و با فضای بسته سه بعدی و فوق ظریف باشد این وضعیت ها می توانند قابل مقایسه با سه رنگ کوارکها باشند و بنابراین سیستم اتمهای فراسرد می توانند به عنوان مدل اسباب بازی ( toy model) درتئوریQCD استفاده شود.برای انجام این کار گروه لیتیم-6 را که به طور ناگهانی در فرمی چگالیده سرد شده پیشنهاد کردند که فعل و انفعال آنها می تواند برای ساختن اتم هایی که با شدت بیشتری یکدیگر را جذب می کنند وفق داده شود. درمقایسه با راهی که کوارکها در پروتون جفت می شوند.
انجام این آزمایش با اتمهای فراسرد میتواند قدرتمندتر از هر شبیه سازی در کامپیوترهای سنتی باشد زیرا کوانتوم بیشتر اجسام زیادی به سرعت پیچیده می شود.
hofstetterدر این مورد بهPhysics web گفت:سرعت عملکرد بوسیله آزمایش نسبت به شبیه سازی در کامپیوتر های سنتیمی تواند به عملکرد یک کامپیوتر کوانتومی در مقایسه با یک نمونه سنتی کامپیوتر برای اهداف اختصاصی شبیه باشد.
یکی از مشخص ترین کاربردهای این مدل مطالعه در تغییر سیستم از فرمی چگالیده ابر شاره در در فعل و انفعالات ضعیفبرای داشتن فرمیون هایی با پیوندهایی قوی در یک فاز trionic در فعل و انفعالات قوی می باشد.
این می تواند به طور کامل با انتقال فاز که در تئوریQCD اتفاق می افتد قابل قیاس باشد که در آن کوارکها از حالت رنگ ابر رسانایی به حالت سنگین کراندار بر اساس چگالی شان تغییر می کنند.این اولین گروهی نیست که از مواد چگالیده و فیزیک ذرات استفاده می کند.برای مثال فاصله بین سطوح انرژی در ابر رساناها به نظر می رسد به برانگیختن هسته ای از نقطه مورد مطالعه اتم ها در دامهای نوری که پتانسیل بالایی دارند شبیه باشد.
Bodgan wojtsekhowski یک فیزیکدان ذرات ازامکانات شتاب دهنده ملی Thomas jefferson به فیزیک وب گفت:هرچند من درمورد رابطه میان Trionicحالت برای اتمها وQCD حالت برای کوارکها شکاک هستم.گروه های آزمایشی در دانشگاه MAINZ در آلمان وMASSACHUSETTS انستیتوی فناوری درآمریکادر حال بررسی وتکمیل نظریهhoffstetter هستند.

مراجع:
www.iec.org, Jun ۲۰۰۵
V.Alwayn, Optical Network Design and implementation, Cisco Press, Mar. ۲۰۰۴
فصلنامه علمی تحلیلی مهندسی برق

فهرست مطالب
مروری بر شبکه های نوری
تار نوری و کابل نوری
انواع تار نوری
آیا تار نوری تلفات دارد؟
سیستم های انتقال نوری
مطالب فنی تکمیلی:
۱-تکامل شبکه های انتقال نوری
۲-مالتی پلکسینگ و سوئیچینگ
مروری بر شبکه های انتقال و دسترسی نوری
● روش WDM
● روش WDM
● راه حل های افزایش ظرفیت در شبکه های نوری
به طور کلی می توان خصوصیات روش WDM را به صورت زیر برشمرد:
▪ فراهم آوردن سرعت های بالا بر روی یک فیبر تکی
▪ امکان استفاده از تجهیزات فعلی شبکه
▪ امکان استفاده از فرمت های متفاوت نظیر SONET، IP و ATM با سرعت های متفاوت
▪ ارائه خدمات جدید به کاربران براساس اختصاص طول موج که روشی کاملاً نرم افزاری است.
● DWDM و CWDM
جدول ۱ ـ باندهای طول موجی انتقال اطلاعات بر روی فیبر
نام باند/محدودهٔ طول موج برحسب نانومتر
O-Band/۱۳۶۰-۱۲۶۰
E-Band/۱۴۶۰-۱۳۶۰
S-Band/۱۵۳۰-۱۴۶۰
C-Band/۱۵۶۵-۱۵۳۰
L-Band/۱۶۲۵-۱۵۶۵
شبکه های نوری آینده :
شکل 1- گام 1: معرفی فناوری DWDM ومسیریابی طول موج.
گام 2: معرفی تسهیم طول موجی فوقالعاده چگال، مسیریاب فوتونی MPLS و زنجیره سوئیچ ها، OADM، سیستم های نوری OXC
سیر تکامل شبکه های نوری
شکل 2- سیر تکاملی شبکه های فوتونی.
(a) سیستم انتقال 43 گیگابیت بر ثانیه ای مبتنی بر OTN (سال 2003)
(b) سیستم 64 گیگابیت بر ثانیه ای OXC (سال 2003)
(c) . مسریاب MPLS فوتونی. مسیریاب هیکاری با ظرفیت بالا از کلاس ترابیت که در سال 2001 معرفیشد.
مسیریاب MPLS فوتونیک
شکل 3- مقایسه ای از یک مسیریاب
(a) یک مسیریاب MPLS فوتونی (b). در مسیریاب MPLS ، به هر بسته IP یک برچسب و به هرجریان لایه 1، یک برچسب طول موج اضافه میشود.
شکل 4- پیکربندی مسیریاب MPLS فوتونی
شکل 5- تولید پالس چند طول موجی و موج نورپیوسته توسط منبع نوری سوپرکانتینیوم
شکل 6- تولید حامل نوری سوپرکانتینیوم.
(a) حامل های با فاصله کانال 50 گیگاهرتزی.
(b) میکروگراف
(c) طیف نورسوپرکانتینیوم تولید شده با استفاده از PM-PCF .
آینده
شبکه نوری سنکرون SONET
مشخصات SONET
اجزای SONET
باز مولد(Regenarator):
مولتی پلکسر حذف کننده/اضافه کننده (Add/drop Multipelexer)
دی مولتی پلکسرSTS
سرعت سیگنالهایSONET
جدول 2-1 سرعت سیگنالSONET وSDH را نشان میدهد
فرمت فریم درSONET
مراجع

9