اتصالات البيانات البصرية Optical Data Communication

البديل المتقدم لإرسال المعلومات الرقمية الثنائية عبر إشارات الجهد الكهربائي هو استعمال الإشارات الضوئية، كما يمكن تحويل الإشارات الكهربائية من الدوائر الرقمية أي الفولتية العالية أو المنخفضة إلى إشارات ضوئية مستقلة أي ضوء أو بدون ضوء باستخدام مصابيح “LED” أو ليزر الحالة الصلبة، كما يمكن تحويل الإشارات الضوئية بشكل عكسي إلى شكل كهربائي من خلال استعمال الثنائيات الضوئية أو الترانزستورات الضوئية لإدخالها في مدخلات دوائر البوابة.

ما هو الجهاز البصري؟

الجهاز البصري: هو جهاز يعمل على تكوين أو يعالج أو يقيس الإشعاع الكهرومغناطيسي، وهناك مئات من التطبيقات العملية المتعلقة بمجال البصريات والتي تعمل على نقل البيانات الضوئية.

• “LED” هي اختصار لـ “Light Emitting Diode”.

ما هي اتصالات البيانات البصرية Optical Data Communication؟

اتصالات البيانات البصرية “Optical Data Communication”: هو طريقة لنقل المعلومات من مكان إلى مكان آخر عن طريق نبضات الضوء عبر الألياف الضوئية، كما يشكل الضوء أولاً موجة حاملة كهرومغناطيسية يتم تعديلها بعد ذلك لحمل المعلومات التي تهدف إلى نقلها.

تم تطوير أول نظام لنقل البيانات الضوئية في عام 1970م ومنذ إنشائه وأحدث ثورة في طريقة عمل صناعة الاتصالات، وهذا لأنّه يتمتع بالعديد من المزايا مقارنة بطرق النقل الكهربائي العادية وفي الوقت الحاضر استبدلت بالكامل تقريباً الأسلاك النحاسية في العالم المتقدم، كما تعتمد معظم شركات اتصالات الألياف الضوئية لنقل إشارات الهاتف “phone signals” واتصالات الإنترنت وإشارات تلفاز الكابل “CATV” بسبب سرعتها الكبيرة.

أساسيات نقل البيانات البصرية:

تحتوي عملية الاتصال باستعمال الألياف الضوئية تكوين إشارة ضوئية باستعمال جهاز إرسال ونقل الإشارة على طول الألياف، والتأكد من عدم تشوه الإشارة أو ضعفها ثم استقبال الإشارة الضوئية وتحويلها إلى إشارة كهربائية.

ونظام اتصال بيانات بصري الذي يستخدم مكرر نجمي بصري يحول الإشارة الضوئية المرسلة من وحدة طرفية إلى إشارة كهربائية ويضخم الإشارة الكهربائية، ويعيد تحويل الإشارة الكهربائية المضخمة إلى إشارة ضوئية ثم يوزع الإشارة الضوئية إلى الوحدات الطرفية المعنية، بما في ذلك الوحدة الطرفية التي ترسل الإشارة الضوئية، حيث يشتمل مكرر النجم على وسائل كاشف الاصطدام للكشف عن حالة التصادم في الاتصال ووسائل التحكم في الإنتاج لمقاطعة توزيع الإشارة الضوئية إلى الوحدات الطرفية.

كما يتم التحكم في وسائل التحكم في الناتج عن طريق ناتج من وسائل كشف التصادم بحيث أنّه استجابة للتصادم وتسبب في قطع توزيع الإشارة إلى الوحدات الطرفية، وبالتزامن مع قطع توزيع الإشارة يتم توزيع إشارة تصادم تشير إلى حدوث تصادم على الوحدات الطرفية المعنية، حيث يمكن للوحدات الطرفية اكتشاف حالة التصادم بدقة وعلى الفور.

مبدأ عمل اتصالات البيانات البصرية:

يتعلق نظام اتصال البيانات الضوئية الذي يستخدم الألياف الضوئية لتبادل البيانات بين مجموعة من الوحدات الطرفية، وبشكل أكثر تحديداً إلى نظام اتصال البيانات الضوئية من النوع الذي يستخدم مكرر نجمي بصري يحول إشارة ضوئية مرسلة من أي وحدة من الوحدات الطرفية المتعددة في إشارة كهربائية ويضخم الإشارة الكهربائية ويعيد تحويل الإشارة الكهربائية المضخمة إلى إشارة ضوئية ثم يوزع الإشارة الضوئية على الوحدات الطرفية المعنية.

يتمثل الاتجاه الحالي في فن اتصال البيانات في استخدام نظام اتصالات البيانات الضوئية الذي يستخدم الألياف الضوئية، والتي يمكنها التعامل مع حجم أكبر من المعلومات من الأنظمة التقليدية التي تعتمد على الكابلات المحورية أو ما شابه ذلك، وكما تم اقتراح أنواع مختلفة من أنظمة اتصالات البيانات الضوئية وتتضمن واحدة تستخدم مكرر نجمي ضوئياً.

في مثل هذا النظام الذي يستخدم مكرر نجمي ضوئياً يتم توصيل جميع الوحدات الطرفية المصاحبة مع مكرر النجوم بواسطة مجموعة أولى من الألياف الضوئية للإرسال، ومجموعة ثانية من الألياف الضوئية للاستقبال وكما يتم توزيع الإشارة الضوئية المرسلة من أي وحدة طرفية إلى جميع الوحدات الطرفية عن طريق مكرر النجم، وترتبط الوحدات الطرفية المعنية بمكرر النجم في شبكة شعاعية أو شبيهة بالنجوم لمنع الوحدات الطرفية من تبادل الإشارات الضوئية دون مشاركة مكرر النجوم.

في النظام إذا كانت مجموعة من الوحدات الطرفية ترسل إشارات ضوئية في نفس الوقت عندئذٍ يحدث تصادم للإشارات الضوئية عند مكرر النجوم، ويجعل الاصطدام من الصعب توزيع المعلومات التي يتم تسليمها من أي منهم بدقة دون أي خطأ إلى الوحدات الطرفية المعنية، لذلك يجب تزويد النظام بوسائل فعالة لاكتشاف حالة التصادم.

تم تشكيل وسيلة كشف التصادم بواسطة كمبيوتر صغير أو ما شابه ذلك تم تركيبه في كل وحدة من الوحدات الطرفية وتم إنشاؤه لمقاطعة إرسال البيانات أو إتلاف البيانات المستلمة، وعلى سبيل المثال كان من المعتاد اكتشاف تصادم بواسطة نظام فحص التكرار الدوري “CRC” وتدمير البيانات عن طريق التغيير المناسب لعناوين الذاكرة التي خزنت البيانات المستلمة.

ومع ذلك فإنّ اكتشاف الاصطدام التقليدي الذي يعتمد على أجهزة الكمبيوتر الصغيرة أو ما شابه ذلك في جميع الوحدات الطرفية يعقد تصميم النظام ويزيد من تكلفة كل وحدة طرفية، وإلى جانب ذلك يتم استهلاك فترة طويلة من الوقت لاكتشاف التصادم ممّا يجعل النظام غير مناسب لاتصالات البيانات عالية السرعة.

وفي الوقت نفسه يسمح هذا النوع من نظام اتصال البيانات لوحدة طرفية تنقل البيانات وباستقبال نفس البيانات نفسها بالإضافة إلى البيانات الأخرى عن طريق مكرر نجمي ضوئي، ويختلف عن أنظمة اتصال البيانات التقليدية باستخدام الكابلات المحورية، وبالتالي قد تكون الوحدة الطرفية في محطة المرسل قادرة على اكتشاف التصادم عن طريق التحقق من التطابق بين البيانات المرسلة والبيانات المستلمة.

ومع ذلك لا يزال هذا ينطوي على مشكلة بسبب الفاصل الزمني بين إرسال واستقبال البيانات الذي يتناسب مع المسافة بين الوحدة المطرافية والمكرر النجمي، أي تأخير الانتشار الناجم عن مسافة مسير الإرسال يوختلف التأخير وفقاً لمسافة مسار الإرسال، وتوجد صعوبة في اكتشاف تصادم من خلال التحقق من التطابق بين البيانات المرسلة والمستقبلة.

• “CRC” هي اختصار لـ “Cyclic Redundancy Checks”.

مزايا استخدام اتصال البيانات الضوئية عبر الاتصالات الكهربائية:

• يمكن أن يحمل كابل الألياف الضوئية النموذجي حوالي “9000 قناة هاتفية” أو أكثر من “1000 قناة موسيقية” أو “8 قنوات تلفزيونية” أي أكثر من خمسة أضعاف قدرة أفضل كابل نحاسي.

• يمكن أن تحمل الألياف الضوئية المعلومات عبر مسافات أكبر دون توهين كبير، وتتطلب الكابلات النحاسية معززات لتكون أقرب بكثير من بعضها البعض.

• يُعتبر كابل الألياف الضوئية أخف وزناً وأصغر حجماً وأسهل في التعامل معه من الكابل النحاسي.

• الإشارات الضوئية خالية من “الضوضاء” بسبب التداخل الكهربائي.

• التشويه بين القنوات المجاورة لا يكاد يذكر.

• نظراً لأنّ موجات الضوء لا تخلق مجالاً مغناطيسياً خارجياً أي على عكس التيار الكهربائي المتدفق أسفل السلك، فهي أقل عرضة للمراقبة الخارجية.

• بصرف النظر عن الاتصال يمكن استخدام الألياف الضوئية كمناظير داخلية في الطب والهندسة لتصور الأماكن التي يتعذر الوصول إليها، وهذا يساعد الجراحين على التحقيق في المشاكل دون قطع الجلد.