أدى إدخال “WDM” في الشبكات الأساسية إلى خفض تكاليف النطاق الترددي بأكثر من “98%” في العقد الماضي ومكّن من تحقيق نمو كبير في حركة مرور الشبكة، وقبل ظهور “WDM” كان النقل البصري يتطلب استخدام مكررات رقمية على طول الشبكة لتجديد الإشارات الضوئية المتدهورة أثناء الإرسال.
أساسيات الشبكات الضوئية الرقمية:
تم أجرت أجهزة إعادة الإرسال الرقمية هذه تحويلاً ضوئياً كهربائياً بصرياً “OEO” للإشارات الضوئية، بحيث يمكن إعادة تضخيم البيانات الرقمية وإعادة تشكيلها وتوقيتها، ممّا يؤدي إلى مصطلح “تجديد 3R” وتوفير إدارة عرض النطاق الترددي والأداء المراقبة في كل موقع، كما سيتم بعد ذلك تحويل البيانات الرقمية مرة أخرى إلى المجال البصري وستستمر العملية عبر الشبكة.
يمكن أن يتدهور أداء أنظمة الاتصالات الضوئية عالية السعة بشكل كبير عن طريق توهين الألياف والتشتت اللوني “CD” وتشتت وضع الاستقطاب “PMD”، وضوضاء طور الليزر “PN” وعدم خطية كير وباستخدام الكشف المتماسك يمكن تنفيذ التعويض القوي لضعف الإرسال في المجال الكهربائي.
وباستخدام المعلومات الكاملة للإشارات المستقبلة يمكن معادلة وتخفيف التشتت اللوني وتشتت أسلوب الاستقطاب وضوضاء طور الموجة الحاملة، والخطية اللاخطية لـ “Kerr” باستخدام معالجة الإشارات الرقمية “DSP”، ونظراً للحساسية العالية للمستقبل فقد تم فحص الإرسال البصري المتماسك على نطاق واسع في ثمانينيات القرن الماضي، ومع ذلك فقد تأخر تطوير الاتصال المتماسك لما يقرب من “20 عاماً” بعد تلك الفترة.
أعاد الكشف البصري المتماسك جذب الاهتمامات البحثية حتى عام 2005م، حيث يمكن تطبيق تنسيقات التعديل المتقدمة، أي مفتاح إزاحة الطور على مستوى “m” أي “m-PSK” وتعديل اتساع التربيع على مستوى “m” أي “m-QAM“، بالإضافة إلى ذلك يسمح الاكتشاف البصري المتماسك بالتخفيف الكهربائي لأعطال النظام، ومع ميزتين رئيسيتين جلبت الاكتشافات المتماسكة المولودة من جديد إمكانات هائلة لسرعة إرسال أعلى وكفاءة طيفية في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية الحالية.
مع مصدر مذبذب محلي إضافي “LO” وصلت حساسية المستقبل المتماسك إلى الحد من ضوضاء اللقطة، وعلاوة على ذلك مقارنةً بنظام الكشف المباشر لتعديل الكثافة التقليدي يمكن تطبيق تنسيقات التعديل متعددة المستويات باستخدام تعديلات الطور، والتي يمكن أن تتضمن المزيد من بتات المعلومات في رمز مرسل واحد أكثر من ذي قبل.
وفي الوقت نفسه نظراً لأنّ الاستخلاص المتماسك خطي ويمكن اكتشاف جميع المعلومات الخاصة بالإشارات المستقبلة، يمكن تنفيذ مناهج معالجة الإشارات أي الترشيح الطيفي الضيق ومعادلة القرص المضغوط وتعويض “PMD” وتقدير “PN” بالليزر وتعويض الألياف غير الخطية وفي المجال الكهربائي.
تنبع الفوائد “WDM” من سمتين رئيسيتين، هما توفر التقنية القدرة على توسيع نطاق سعة الألياف بشكل كبير عن طريق مضاعفة العديد من القنوات الضوئية على طول ليف واحد، كما تتيح “WDM” خفضاً كبيراً في عدد وتكلفة مكررات “OEO” من خلال استبدال بعضها بمكبرات ضوئية لزيادة الوصول البصري واستهلاك التكاليف عبر العديد من القنوات، ومع ذلك فقد خلال هذه العملية الوصول الرقمي إلى مواقع إعادة الإرسال.
نتيجةً لذلك أصبحت شبكات النقل الضوئية تماثلية بشكل متزايد، حيث تعتمد على تضخيم ومعالجة وإدارة الأطوال الموجية التماثلية بدلاً من البتات الرقمية، وتسبب هذا الاتجاه في فقدان الشبكات الضوئية بساطتها الهندسية واكتساب ضغوط تكلفة جديدة، فعلى سبيل المثال الحاجة إلى الحفاظ على الإرسال “الشامل” عبر مسافات طويلة يجبر مصممي النظام على الانتقال من هندسة التوصيل والتشغيل البسيطة لمكررات “SONET / SDH” الرقمية إلى عمليات قياس وهندسة وتعديل أكثر تعقيداً لأنظمة النقل البصري التماثلي.
بالإضافة إلى ذلك تتطلب الحاجة إلى تعويض ضعف الإرسال البصري العديد من عناصر التعويض الخاصة ممّا يؤدي إلى زيادة التكلفة الأولى للنظام في العملية، كما يؤدي التلاعب في الأطوال الموجية بدلاً من البتات الرقمية إلى تقليل مرونة الشبكة بشكل كبير لوظائف مثل إضافة أو انخفاض حركة المرور، وإدارة النطاق الترددي وتشخيص الشبكة وإدارة اتفاقية مستوى الخدمة “SLA”.
كما يتطلب توفير هذه الوظائف محطات طرفية لإدارة الطلب على المياه بتحويلات “OEO” مكلفة ممّا يلغي الفوائد الاقتصادية لإدارة الطلب على المياه في هذه العملية، وبالمقارنة تجمع الشبكة الرقمية البصرية “DON” بين قدرة “WDM” ومرونة إدارة حركة المرور والبساطة الهندسية لأنظمة النقل الرقمية كما أنّه يتيح توفير تكاليف الشبكة من خلال استخدام التكامل الفوتوني على نطاق واسع.
يوفر “DON” وصولاً مرناً إلى البيانات الرقمية الأساسية في أي عقدة لغرض الإضافة أو الإسقاط أو إدارة النطاق الترددي أو مراقبة الأداء أو أي معالجة أخرى ذات قيمة مضافة، حيث في عملية توفير الوصول الرقمي الفعال من حيث التكلفة بشكل متكرر، ويقلل “DON” من الأجزاء البصرية التماثلية للشبكة للسماح بتشغيل التوصيل والتشغيل وتخطيط الشبكة وهندستها وتركيبها وتشغيلها بشكل مبسط.
- “WDM” هي اختصار لـ “Wavelength-Division-Multiplexing” و”OEO” هي اختصار لـ “optical-electrical-optical”.
- “CD” هي اختصار لـ “Chromatic-Dispersion” و”PMD” هي اختصار لـ “Polarizatio-Mode-Dispersion”.
- “PN” هي اختصار لـ “phase-noise” و”LO” هي اختصار لـ “local-oscillator”.
- “SONET” هي اختصار لـ “Synchronous-optical-networking” و”DON” هي اختصار لـ “Digital-optical-networks”.
- “SLA” هي اختصار لـ “SERVICE-LEVEL-AGREEMENT” و”SDH” هي اختصار لـ “Synchronous-digital-hierarchy”.
- “QAM” هي اختصار لـ “quadrature amplitude modulation” و”PSK” هي اختصار لـ “Phase-shift keying”.
كيفية بناء DON:
تُعتبر العقدة الرقمية لبنة البناء الأساسية لـ “DON” والتي توفر النقل البصري “WDM” عالي السعة ومرونة الإضافة أو الإسقاط الرقمية، كما تستخدم العقدة الرقمية تقنية “IC” الضوئية لتوفير وصول “OEO” منخفض التكلفة للغاية إلى عرض النطاق الترددي “WDM”.
وممّا يسمح بتحويل الإشارات الضوئية إلى المجال الإلكتروني للمعالجة ذات القيمة المضافة باستخدام إلكترونيات السيليكون والبرمجيات وقبل التحويل مرة أخرى إلى البصريات، كما يمكن بالتالي بسهولة إدارة النطاق الترددي البصري الذي يمر عبر عقدة رقمية لزيادة مرونة الخدمة إلى أقصى حد وتبسيط هندسة الشبكات وعملياتها.
كما يتم توفير تنظيف الإشارات الرقمية ومراقبة الأداء من خلال الوصول المتكرر إلى الغلاف الرقمي أو الحمل الزائد لـ “SONET / SDH“، ممّا يوفر معلومات قيمة عن اتفاقيات مستوى الخدمة وأداء الشبكة ويتيح تحديد الأخطاء وإصلاحها بشكل أسرع وأكثر دقة، حيث يقوم برنامج نظام القيمة المضافة بأتمتة تشغيل النظام وتعديله وتشغيله ويبسط بشكل كبير جميع جوانب عمليات النظام الجارية.
تتيح إمكانيات تعدد الإرسال والاستمالة والإضافة أو الإسقاط الرقمي إدارة عرض النطاق الترددي لطول الموجة الفرعية في كل عقدة، وتقلل هذه القدرة من الحاجة إلى إدارة النطاق الترددي الخارجي داخل قلب الشبكة وتسمح بإضافة أو إسقاط حركة المرور على جانب الخط والعميل أو تعدد إرساله أو إعداده أو حمايته.
يمكن تجهيز العقدة الرقمية بمجموعة واسعة من واجهات خدمة “SONET” أو “SDH” أو “Ethernet” أو “SAN” للاتصال بالعملاء الحاليين والجدد، كما يتيح تطبيق مستوى تحكم “MPLS” المعمم توفير الخدمة الآلية من طرف إلى طرف والاكتشاف التلقائي للطوبولوجيا ويوفر منصة خدمة لتمكين إدخال الشبكات الضوئية الذكية.
تتيح الميزات والمرونة والفعالية من حيث التكلفة للعقدة الرقمية استخدام نظام أساسي مشترك عبر شبكات المترو والإقليمية وشبكات المسافات الطويلة “LH” والشبكات طويلة المدى “ULH”، وبالتالي يمكن تنفيذ “DON” من خلال نشر العقد الرقمية في أي مكان ترغب فيه شركات النقل في توفير وصول “على الشبكة” إلى شبكاتها.
يمكن بعد ذلك ربط هذه العقد بأسلوب كتل البناء باستخدام روابط رقمية بسيطة إلى الهندسة، حيث يمكن لمكبرات الخط البصري أن توسع المدى البصري بين العقد الرقمية، كما يمكن تنفيذ “DONs” بشكل تدريجي عند الاقتضاء بسبب استنفاد السعة أو التوسع الجغرافي لتقليل تكلفة الشبكة، ويمكن للناقل أيضاً تمديد “DON” لاستيعاب نمو الشبكة أو زيادة عدد مواقع الإضافة أو الإسقاط في الشبكة بشكل فعال من حيث التكلفة، وبالتالي توسيع وجود الناقل على الشبكة في أسواق جديدة.
