الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي - WDM

خلال الثمانينيات من القرن الماضي، استخدمت أجهزة مودم اتصالات البيانات الضوئية مصابيح (LED) منخفضة التكلفة لوضع نبضات الأشعة تحت الحمراء القريبة على الألياف منخفضة التكلفة، ومع زيادة الحاجة إلى المعلومات زادت الحاجة إلى عرض النطاق الترددي فاستخدمت أنظمة (SONET) المبتكرة على (1310 نانومتراً) لتوصيل تدفقات بيانات بسرعة (155 ميجا بايت / ثانية) على مسافات طويلة جداً.

لكن هذه القدرة سرعان ما استنفدت ممّا سمح التقدم في المكونات الكهروضوئية بتصميم أنظمة تنقل في نفس الوقت أطوال موجية (Bandwidth) متعددة من الضوء عبر ليف واحد، يمكن مضاعفة تدفقات بيانات متعددة ذات معدل بتات عالي تبلغ (2.5 جيجابت / ثانية و10 جيجابت / ثانية) ومؤخراً (40 جيجابت / ثانية و100 جيجابت / ثانية و200 جيجابت / ثانية) من خلال أقسام ذات أطوال موجية متعددة، وهكذا بدأت (WDM) بالظهور.

تقسيم الطول الموجي المتعدد – WDM:

تقسيم الطول الموجي المتعدد (Wavelength Division Multiplexing): هي تقنية في نقل الألياف الضوئية تتيح استخدام أطوال موجية ضوئية متعددة أو ألوان لإرسال البيانات عبر نفس الوسيط، يمكن أن ينتقل لونان أو أكثر من الضوء على ليف واحد ويمكن إرسال عدة إشارات في دليل موجي بصري بأطوال موجية مختلفة.

تُعد (WDM) أحد أنواع التكنولوجيا الأكثر فائدة في أنظمة الاتصالات عالية السعة، وفي نهاية قسم جهاز الإرسال يتم استخدام مُضاعِف الإرسال لدمج الإشارات وكذلك في نهاية قسم المستقبِل ومُعدِّد الإرسال لتقسيم الإشارات بشكل منفصل، تتمثل الوظيفة الرئيسية لـ(WDM) في مُعدِّد الإرسال في توحيد مصادر الضوء المختلفة في مصدر الضوء الوحيد، ويمكن تغيير هذا الضوء إلى العديد من مصادر الضوء في جهاز إزالة الإرسال.

تتوفر اليوم حلول شبكات (WDM) التي تلبي احتياجات الشركات والمؤسسات الحكومية ومراكز البيانات المملوكة للقطاع الخاص، حلولاً أبسط وأكثر فعالية من حيث التكلفة من الحلول التقليدية من الدرجة الأولى.

أنواع تقسيم الطول الموجي المتعدد – WDM:

• CWDM: هي أنظمة (WDM) بأقل من ثمانية أطوال موجية نشطة لكل ليف، إنّ (CWDM) مخصص للاتصالات قصيرة المدى لذا فهو يستخدم ترددات واسعة النطاق بأطوال موجية منتشرة على مسافة بعيدة ممّا يسمح بتباعد القنوات المعياري بمساحة لانجراف الطول الموجي حيث يسخن الليزر ويبرد أثناء التشغيل، إنّ (CWDM) هو خيار مُدمج وفعال من حيث التكلفة عندما لا تكون الكفاءة الطيفية مطلباً مهماً.
  
• DWDM: يستخدم للأنظمة التي تحتوي على أكثر من ثمانية أطوال موجية نشطة لكل ليف، يقوم (DWDM) بتقطيع الطيف بدقة مع تركيب 40 قناة زائدة في نفس نطاق التردد المستخدم لقناتين من قنوات (CWDM).
  تم تصميم (DWDM) للنقل لمسافات طويلة مع حزم الأطوال الموجية بإحكام معاً واكتشف المصممون تقنيات مختلفة لضم (40 أو 88 أو 96 أو 120 طولاً موجياً) للتباعد الثابت في الألياف وعند تعزيزها بواسطة مكبرات الصوت المصنوعة من الألياف المخدرة بالإربيوم (EDFAs) وهي مُحسِّن لأداء الاتصالات عالية السرعة، يمكن لهذه الأنظمة العمل على مدى آلاف الكيلومترات، وللتشغيل القوي لنظام بقنوات معبأة بكثافة فإنّه يلزم وجود مرشحات عالية الدقة لتقشير طول موجي معين دون التداخل مع الأطوال الموجية المجاورة، يجب أن تستخدم أنظمة (DWDM) أشعة الليزر الدقيقة التي تعمل عند درجة حرارة ثابتة للحفاظ على القنوات على الهدف.
  

مكونات تقسيم الطول الموجي المتعدد – WDM:

1. أجهزة الإرسال والاستقبال – Transceivers and Transmitting:

أجهزة الإرسال والاستقبال هي ليزر خاص بطول الموجة يقوم بتحويل إشارات البيانات من مفاتيح (SAN وIP) إلى إشارات ضوئية يمكن نقلها إلى الألياف حيث يتم تحويل كل دفق بيانات إلى إشارة ذات طول موجي ضوئي بلون فريد، وبسبب الخصائص الفيزيائية للضوء لا يمكن للقنوات أن تتداخل مع بعضها البعض، وبالتالي فإنّ جميع الأطوال الموجية لـ(WDM) مستقلة، ويعني إنشاء قنوات ألياف افتراضية بهذه الطريقة أن عدد الألياف المطلوبة يتم تقليله بواسطة عامل الأطوال الموجية المستخدمة، كما يسمح بتوصيل القنوات الجديدة حسب الحاجة دون تعطيل خدمات المرور الحالية.

2. معدات تقسيم الإرسال – Multiplexers optimizing:

مقسم (WDM) الذي يُشار إليه باسم (mux السلبي) هو مفتاح لتحسين أو تعظيم استخدام الألياف، والمضاعف هو قلب العملية حيث يجمع كل تدفقات البيانات معاً ليتم نقلها في وقت واحد عبر ليف واحد، أمّا في الطرف الآخر من الألياف يتم فك تعدد الإرسال أي يتم فصلها إلى قنوات مختلفة مرة أخرى.

كانت أنظمة (WDM) المبكرة قادرة على نقل قناتين ثنائية الاتجاه عبر زوج من الألياف، تطورت التكنولوجيا بسرعة وزاد كل من عدد القنوات وكمية البيانات المنقولة لكل قناة ويمكن اليوم نقل ما يصل إلى (80 قناة) في وقت واحد عبر الألياف في أي وقت.

ونظراً لأنّه يتم وضع معدات تقسيم الإرسال عادةً في نقاط النهاية في الشبكة أصبح يُشار إليها على أنّها مزيلات طرفية، وعند توصيل موقعين يتم وضع معدات الإرسال في كل موقع ممّا يؤدي إلى إنشاء اتصال من نقطة إلى نقطة، في كثير من الحالات تحتوي الشبكات على مواقع إضافية حيث يكون الاتصال مطلوباً بشكل ما، ولكن ليس لجميع أنواع حركة النقل وهنا تُستخدم مُضاعِفات الإضافة الضوئية (OADM) لاستخراج الأطوال الموجية المطلوبة لموقع معين مع تجاوز أنواع حركة النقل غير المطلوبة، وبهذه الطريقة يمكن بناء شبكات وحلقات وتوزيع ونفاذ أكثر تنوعاً.

3. توصيل الحبل الذي يربط بين جهاز الإرسال والاستقبال والمقسم:

ينقل جهاز الإرسال والاستقبال بروتوكولات البيانات عالية السرعة على أطوال موجية ضيقة النطاق بينما يكون مقسم الإرسال في قلب العملية، كيبل التصحيح هو الغراء الذي يربط هذين العنصرين الأساسيين معاً وتحظى أسلاك الموصل (LC) بكثرة الاستخدام حيث تقوم بتوصيل مخرجات جهاز الإرسال والاستقبال بالإدخال على مُضاعِف الإرسال.

4. الألياف الداكنة – Dark fiber:

هي زوج من الألياف أو خيط ليف واحد، يُعد الوصول إلى شبكة الألياف المظلمة أحد المتطلبات الأساسية لأي حل (WDM)، وهي الطريقة الأكثر شيوعاً لنقل حركة الإشارات الضوئية عبر بنية هي استخدام زوج من الألياف، يُستخدم أحد الألياف لنقل البيانات والآخر يُستخدم لاستقبال البيانات وهذا يسمح بنقل الحد الأقصى من حركة النقل، وفي بعض الأحيان تتوفر ألياف واحدة فقط، ونظراً لأنّ ألوان الإضاءة المختلفة تنتقل على أطوال موجية مختلفة، يمكن إنشاء نظام (WDM) بغض النظر عن ذلك ويتم استخدام طول موجي واحد لإرسال البيانات والثاني لاستقبالها.

إيجابيات – WDM:

• أسهل في إعادة التكوين.
  
• الإرسال المزدوج الكامل ممكن.
  
• يوفر نطاق ترددي أعلى.
  
• المكون البصري متشابه وأكثر موثوقية.
  
• حماية عالية.
  
• قد يكون هذا هو أفضل نهج لأنه سهل التنفيذ.
  

عيوب – WDM:

• لا يمكن أن تكون الإشارات قريبة جداً.
  
• تكون الموجة الضوئية أثناء استخدام (WDM) محدودة بدائرة نقطتين.
  
• تزداد تكلفة النظام مع إضافة المكونات البصرية.
  
• تعد قابلية التوسع مصدر قلق حيث يجب أن يكون لدى مصفوفة (OLT) جهاز إرسال مع جهاز إرسال واحد لكل وحدة (ONU)، قد تكون إضافة وحدة (ONU) جديدة مشكلة ما لم يتم توفير جهاز الإرسال مسبقاً ويجب أن يكون لكل وحدة (ONU) ليزر محدد الطول الموجي.
  
• صعوبة ضبط الطول الموجي.
  
• عدم الكفاءة عند استخدامها في الأسلحة البيولوجية.
  
• صعوبة في تشكيل الإشارة المتتالية.
  

ميزات – WDM:

• ترقيات السعة: إنّ كل طول موجة يدعم معدل بيانات مستقل في نطاق يصل إلى جيجابت في الثانية.
  
• الشفافية: يمكن أن تحمل (WDM) سرعة تناظرية متزامنة وغير متزامنة وبطيئة وتوفر أيضاً بيانات رقمية.
  
• توجيه الطول الموجي: يمكن زيادة سعة الارتباط ومرونته باستخدام أطوال موجية متعددة.
  
• تبديل الطول الموجي: يمكن لإدارة الطلب على (WDM) إضافة وإسقاط معدات الإرسال والتوصيل المتقاطع ومحولات الطول الموجي.