معدد الإرسال البصري القابل لإعادة التعديل - ROADM

تنشر الشبكات الضوئية القديمة تقنيات (SDH / SONET) لنقل البيانات عبر الشبكة الضوئية، وهذه الشبكات سهلة التخطيط والهندسة نسبياً كما يمكن إضافة عناصر الشبكة الجديدة بسهولة إلى الشبكة، ومع ذلك فإنّ تخطيط هذه الشبكات وصيانتها يمكن أن يكون كابوساً لأنّ القواعد الهندسية وقابلية التوسع غالباً ما تكون معقدة للغاية.

ما هو معدد إرسال بصري قابل لإعادة التكوين – Reconfigurable Optical Add-drop Multiplexer؟

معدد إرسال بصري قابل لإعادة التكوين (ROADM): هو شكل من أشكال مُضاعِف الإرسال البصري الإضافي الذي يضيف القدرة على تبديل حركة المرور عن بُعد من نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) عند طبقة الطول الموجي حيث يتم تحقيق ذلك من خلال استخدام وحدة التحويل الانتقائي لطول الموجة.

يجب تخصيص عرض النطاق الترددي والأطوال الموجية مسبقاً، ونظراً لأنّ الأطوال الموجية يتم تجميعها في مجموعات ولا يتم إنهاء جميع المجموعات عند كل عقدة، فقد يكون الوصول إلى أطوال موجية محددة مستحيلاً في مواقع معينة، وقد تتطلب ملحقات الشبكة تجديداً ضوئياً وكهربائياً وبصرياً جديداً ومكبرات صوت أو على الأقل تعديلات على الطاقة في المواقع الحالية حيث يتطلب تشغيل شبكة (WDM) الثابتة كثافة بشرية.

كان الوصول إلى النطاق الترددي بأكمله ممكناً في كل (ADM) وكان تمديد الشبكة، فعلى سبيل المثال إدخال عقدة جديدة في حلقة موجودة، أمراً سهلاً نسبياً ولم يتطلب أي زيارات في الموقع للعقد الحالية، كما تعمل الشبكات الضوئية القابلة لإعادة التكوين بشكل مختلف حيث يمكن تخطيط النطاق الترددي عند الطلب ويتم تحسين الوصول وإدارة الطاقة الضوئية لكل قناة (WDM) أي قابلية التوسع ترتفع بشكل ملحوظ.

العنصر الأساسي لتمكين مثل هذه الشبكة الضوئية القابلة لإعادة التكوين هو مُضاعِف الإرسال البصري الإضافي القابل لإعادة التكوين (ROADM) حيث إنّه يتيح إعادة توجيه أطوال الموجات الضوئية إلى واجهات العميل بمجرد نقرة في البرنامج وحركة المرور الأخرى لا تتأثر بهذا، وكل هذا يتم تحقيقه دون الحاجة إلى أي لفات إلى المواقع المعنية لتثبيت الفلاتر أو غيرها من المعدات.

شبكة WDM مع ROADM القابل لإعادة التكوين:

1. القواعد الثابتة WDM وقابلية التوسع المعقدة للغاية أي OADM في كل عقدة:

• عرض النطاق الترددي وطول الموجة التخصيص المسبق.
  
• تخصيص الهامش لهيكل مرشح ثابت.
  
• إدارة طاقة غير كافية.
  
• يتطلب امتداد الشبكة تجديداً ضوئياً كهربائياً بصرياً (OEO).
  

2. من السهل التخطيط لشبكات SDH / SONET:

• الوصول إلى النطاق الترددي الكامل في كل (ADM).
  
• قواعد هندسية سهلة أي قفزة واحدة فقط.
  
• إضافة سهلة لعناصر الشبكة الجديدة.
  

تتيح الطبقة الضوئية القابلة لإعادة التكوين ما يلي:

• تخطيط النطاق الترددي عند الطلب.
  
• وصول شفاف ممتد بسبب إدارة الطاقة لكل قناة (WDM).
  
• قابلية التوسيع.
  تتكون الطبقات الضوئية الساكنة من حلقات بصرية منفصلة، فمثلاً أنظمة (DWDM) الموجودة في كل حلقة من هذه الحلقات، وغالباً ما تظل المعلومات أو البيانات على نفس الحلقة وبالتالي لا توجد مشكلة، أمّا في الأنظمة الساكنة، يلزم وجود عدد كبير من أجهزة الإرسال والاستقبال حيثما كان الانتقال بين الحلقات مطلوباً حيث يحتاج كل طول موجي يمر من حلقة إلى أُخرى إلى جهازي استقبال واحد على كل جانب من جوانب الشبكة، إنّ هذا النهج ينطوي على تكاليف عالية والكثير من التخطيط الأولي مع الأخذ في الاعتبار تخصيص النطاق الترددي والقنوات.
  فمثلاً، عند وجود طبقة فوتونية ديناميكية قابلة لإعادة التضمين حيث يوجد نظام (DWDM) واحد فقط يشكل الواجهة بين حلقتين بصريتين، وبالتالي يختفي التجديد المعتمد على المرسل المستجيب وينخفض ​​عدد نظام (DWDM) حيث تم تبسيط تصميم الشبكة بالكامل ويمكن الآن للأطوال الموجية الانتقال من حلقة إلى أخرى دون أي عوائق أخرى، كما يمكن لأي طول موجي أن ينتشر إلى أي حلقة وإلى أي منفذ والمفتاح لمثل هذا التصميم المرن والشامل للشبكة مع مرور بصري من القلب إلى منطقة الوصول، هو (ROADM) وطائرة التحكم (GMPLS).
  

تبسيط الشبكة من خلال ROADMs:

توفر (ROADMs) تبسيطاً في الشبكة وفي عمليات مزود الخدمة أو الناقل، كما يلخص هذا التفاعل بعض هذه التبسيط وبعد كل شيء يجب وضع أنّ هذه تؤدي إلى تقليل الوقت والجهد والتكلفة، ولكن الأهم من ذلك أنّها تؤدي أيضاً إلى زيادة رضا العملاء حيث تم تبسيط تخطيط الشبكة إلى حد كبير باستخدام (ROADMs) الذي يؤدي إلى تقليل عدد أجهزة الإرسال والاستقبال، والتي تحتاج إلى تخزينها في المستودع.

يتطلب التثبيت والتشغيل، فعلى سبيل المثال عند إعداد طول موجي جديد للشبكة جهداً أقل بكثير وأقل تعقيداً، كما تحتاج الخدمة فقط إلى زيارة المواقع النهائية المعنية لتثبيت أجهزة الإرسال والاستقبال و(ROADM) حيث تستخدم معددات الإضافة أو الإسقاط البصرية الثابتة (FOADM) لتطلب زيارة كل موقع وسيط حتى يمكن تنفيذ أعمال التثبيت والتصحيحات.

يتم تبسيط العمليات والصيانة إلى حد كبير عند نشر شبكة ضوئية ديناميكية، كما يمكن إجراء التشخيص البصري في بضع دقائق بدلاً من ساعات حيث يمكن الكشف عن العيوب وإزالتها ديناميكياً بدلاً من تشغيل لفات العوازل إلى مواقع خارجية.

من خلال نشر أشعة الليزر القابلة للضبط والطرق العديمة اللون حيث أصبحت صيانة مصنع الألياف أسهل وذلك باستخدام هذه الميزات، أصبح توفير الخدمة الآن أسهل من أي وقت مضى كما هو الحال مع أعمال التركيب والتشغيل وأصبح من الأسهل أيضاً إجراء صيانة الشبكة وأي ترقيات محتملة.

تقنيات أنظمة ROADM الفرعية:

1. تقنية PLC:

يستخدم (ROADM) القائم على (PLC) شبكة الدليل الموجي المصفوفة المتكاملة (AWG) لأطوال موجات تعدد الإرسال وتعدد الإرسال حيث يمر المفتاح البصري المدمج عبر أو يحجب أو يضيف أطوال موجية، كما يقوم المخفف البصري المتغير المدمج (VOA) بتنفيذ معادلة ديناميكية للطاقة الضوئية في كل قناة.

المزايا PLC:

• مُضاعِف إرسال أو مزيل تعدد إرسال ناضج وموثوق.
  
• فقدان إدخال صغير في العقدة.
  
• تكلفة منخفضة في إضافة أو إسقاط العديد من الأطوال الموجية.
  
• سهولة الترقية إلى (OXC).
  

عيوب PLC:

• هيكل معياري رديء.
  
• تكلفة عالية في التكوين الأولي ومصفوفة توصيل متقاطعة ذات سعة كبيرة غير موثوقة.
  

2. تقنية WB:

يحجب (WB) الطول الموجي المحدد ليتم إسقاطه، كما إنّه في الواقع مكون ثنائي الأبعاد يدعم تباعد القنوات (100 جيجا هرتز و50 جيجا هرتز) ومع التكنولوجيا الناضجة والتكلفة المنخفضة حيث يمكن تطبيق (WB) على أنظمة المسافات الطويلة (LH) والطويلة للغاية (ULH).

مزايا WB:

• هيكل بسيط ولها هيكل معياري.
  
• تكلفة منخفضة في إضافة أو إسقاط عدد قليل من الأطوال الموجية.
  
• قابلية التوسع المرنة.
  
• قدرة معادلة طاقة القناة ودعم خدمات البث.
  

عيوب WB:

• تكلفة عالية.
  
• إسقاط العديد من الأطوال الموجية أي مرشح ضبط منفصل عالي التكلفة وصعوبة الترقية إلى OXC.
  

3. تقنية WSS:

استناداً إلى منصة النظام الكهروميكانيكي الصغير (MEMS)، تتميز (WSS) بنطاق تردد عريض وتشتت منخفض، وهي تدعم التكامل عالي الأبعاد وآلية التحكم المعقدة حيث أصبحت تقنية مفضلة لـ (ROADM) متعدد الأبعاد.

مزايا WSS:

• هيكل بسيط.
  
• تخصيص مرن للمنافذ.
  
• إمكانية توسيع جيدة لطول الموجة وترقية سهلة إلى (OXC).
  

عيوب WSS:

• العقدة المضافة لها تكلفة عالية والعقدة المسقطة لا تدعم خدمة البث.
  

أسلوب ROADM:

تمت تغطية العديد من المزايا التي توفرها (ROADM) لتصميم الشبكات وتشغيلها:

• مراقبة الطاقة لكل قناة والتسوية لموازنة إشارة (DWDM) بأكملها.
  
• تحكم كامل في حركة المرور من مركز تشغيل الشبكة البعيدة.
  

يتكون (ROADM) بشكل عام من عنصرين وظيفيين رئيسيين، هما: مقسم طول الموجة ومفتاح انتقائي لطول الموجة (WSS) حيث أنّ زوج من الألياف الضوئية في واجهة الشبكة متصل بوحدة (ROADM).

يتم تغذية الألياف التي تحمل البيانات الواردة من الشبكة إلى مقسم الطول الموجي، وتكون جميع الأطوال الموجية متاحة في جميع منافذ النواتج من جهاز التقسيم حيث يمكن مضاعفة أو إزالة حركة المرور المحلية أي أطوال الموجات باستخدام مرشح الدليل الموجي الصفيف (AWG)، واستخدام (AWG) يعني تخصيص طول موجي ثابت واتجاه.

ينضم المحول الانتقائي للطول الموجي (WSS) بشكل انتقائي إلى الأطوال الموجية المختلفة ويغذيها بمخرجات واجهة الشبكة، كما ترتبط منافذ التقسيم المتبقية باتجاهات الشبكة الأخرى، فعلى سبيل المثال ثلاثة اتجاهات أخرى عند عقدة تقاطع 4 درجات.

مزايا ROADM:

لا يلزم تنفيذ التخطيط لتخصيص النطاق الترددي بأكمله أثناء النشر الأولي للنظام حيث يمكن إجراء التكوين عند الحاجة دون التأثير على حركة المرور التي تمر بالفعل عبر (ROADM).

• يسمح (ROADM) بالتكوين وإعادة التكوين عن بعد.
  
• في (ROADM) نظراً لأنّه ليس من الواضح مسبقاً أين يمكن توجيه الإشارة، فهناك ضرورة لموازنة الطاقة لهذه الإشارات حيث تتيح (ROADMs) موازنة تلقائية للطاقة.
  
• ظهرت وظيفة (ROADM) في الأصل في معدات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف لمسافات طويلة (DWDM)، ولكن بحلول عام 2005م، بدأت تظهر في أنظمة مترو الأنفاق الضوئية بسبب الحاجة إلى بناء شبكات حضرية كبرى للتعامل مع حركة المرور التي يقودها تزايد الطلب على الخدمات القائمة على الحزم.
  

يمكن تحقيق وظائف التبديل أو إعادة التكوين الخاصة بـ (ROADM) باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات التبديل بما في ذلك الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) والبلور السائل ومفاتيح بصرية حرارية ومفاتيح توجيه الحزمة في دوائر الدليل الموجي المستوي وتكنولوجيا المرشح البصري القابل للضبط.

مع تطور اتصالات الألياف الضوئية، يُعد نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM) مهماً للإدارة السريعة لطول الموجات المتعددة في العقدة الأساسية لشبكة النقل الضوئية حيث تم اقتراح مُضاعِف إرسال بصري قابل لإعادة التكوين (ROADM) بناءً على مجموعة ((Fabry-Perot (F-P) القابلة للضبط حيث تم تصميم مفتاح ضوئي مع عزل عالي وتداخل منخفض باستخدام خصائص التصفية والضبط لصفيف (F-P).

كما يتم تقديم مبدأ وهيكل ووظيفة صفيف (FP) القابل للضبط ويتم أيضاً حساب خصائص الترشيح والضبط لمرشح (FP)، ويتم تحليل عامل العزل والتداخل المتبادل ووقت الاستجابة وفقدان الإدراج حيث تم تصميم وتحسين (ROADM) بقناة مادية واحدة مع 16 قناة إشارة والتي تعمل في النطاق (C) عن طريق المحاكاة.