مقاله بررسی جايگاه فيبر و ادوات نوري در شبكه هاي مخابراتي نسل آينده(NGN)

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
مقاله بررسي دايگاه فيبر و ادوات نوري در شبكه هاي مخابراتي نسل آينده(NGN) در 34 صفحه ورد قابل ويرايش
چكيده

در اين گزارش جايگاه فيبر و ادوات نوري را در شبكه‌هاي مخابراتي نسل آينده بررسي مي‌كنيم. ابتدا شبكه‌هاي نسل آينده، معماري، مشخصات و اجزا آن را شرح مي‌دهيم سپس تجهيزات NGN و نقش مهم تكنولوژي فيبر نوري را در اين شبكه‌ها عنوان مي‌كنيم.



فهرست مطالب

عنوان ........................................................................................................................ صفحه

1- مقدمه .......................................................................................................................... 1

2- بررسي اجمالي NGN.................................................................................................... 2

2-1- NGN چيست؟ ............................................................................................... 2

2-2- معماري NGN................................................................................................ 4

2-3- اجزا اصلي NGN............................................................................................ 5

3- تجهيزات سوييچينگ .................................................................................................... 8

3-1- اتصالهاي متقابل نوري ..................................................................................... 9

3-2- اتصالهاي متقابل فوتوني ................................................................................... 10

4- فيبرها و تجهيزات انتقال ................................................................................................ 11

4-1- انواع فيبر و ظرفيت آنها .................................................................................... 11

4-2- اجزا ارسال ..................................................................................................... 13

4-3- برد ................................................................................................................ 16

5- انتخاب معماري شبكه ................................................................................................... 17

5-1- شبكه Shared Ip-only..................................................................................... 18

5-2- شبكه مركب .................................................................................................. 18

5-3- شبكه فيبر ....................................................................................................... 22

6- Dark Fibre................................................................................................................. 23

7- تكنولوژي‌هاي موجود و آينده ........................................................................................ 24

7-1- تكنولوژيهاي فيبر ............................................................................................ 25

7-2- سوييچينگ نوري ............................................................................................ 25

نتيجه گيري ....................................................................................................................... 27

پيوست.............................................................................................................................. 28

مراجع .............................................................................................................................. 31


- مقدمه

امروزه شبكه‌هاي عمومي به دلايل متفاوتي ناهمگن هستند. مشتريان به خدماتي همانند صوت داده و ويدئو نياز دارند و از وسايل متفاوتي نظير نوت بوك‌ها، PDAها، تلفنهاي سلولار، دوربينهاي ويديويي و غيره استفاده مي‌شود. بنابراين رنج وسيعي از وسايل سيار و ثابت پديدار مي‌شود.

ازديدگاه مشتري ناهمگن بودن شبكه غيرقابل درك است. درگذشته شبكه‌هاي متفاوتي براي پاسخ به اين نيازهاي متنوع توسط فراهم‌كننده‌هاي سرويس ساخته شده است كه هر يك براي يك نياز ويژه بهينه شده بودند. براي مثال PSTN براي خدمات صوتي، شبكه Ip براي خدمات اينترنت (Web) و شبكه داده مبني بر سوئيچ براي خدمات ATM و Frame relay و هم چنين شبكه‌هاي ويژه‌اي براي يك كاربرد خاص نظير كنفرانس ويديويي طراحي شده بودند [3] [1].

اين گزارش براوردي از شبكه‌هاي نسل آينده، فوايد NGN و همچنين نقش مهم تكنولوژي انتقال فيبر نوري را كه اخيراً توسعه داده شده است را ارائه مي‌كند. تكنولوژي DWDM دسترسي به NGN را ميسر مي‌سازد. خدمات NGN مبني بر سوييچينگ پيشرفته با يك سطح كنترل يكپارچه خواهد بود. در فصل 2 تعريفي از NGN ارائه و معماري و اجزا اصلي آن معرفي مي‌شود در فصل سوم اتصالهاي متقابل نوري و فوتوني بررسي مي‌شود. در فصل چهارم فيبرها و ظرفيت‌ آنها در شبكه NGN، اجزا ارسال سيستم انتقال فيبر نوري و درنهايت برد فيبرهاي موجود بررسي مي شود. انتخاب معماري شبكه عنوان فصل 5 مي‌باشد در اين قسمت سه معماري شبكه مختلف معرفي مي‌شود شبكه Shared Ip-Only ، شبكه مركب و شبكه فيبر. و در فصل 6 به dark fibre ها پرداخته مي‌شود و نگاهي به تكنولوژيهاي موجود و آينده، تكنولوژيهاي فيبر و سوييچينگ نوري آخرين فصل اين گزارش به شمار مي‌آيد.

2- بررسي اجمالي NGN

2-1- NGN چيست؟

تعريف واحد و پذيرفته شده‌ اي از NGN[1] وجود ندارد و در حال حاضر عبارت مبهمي است. تعاريف ارائه شده از NGN نسبتاً گسترده هستند. سازمانهايي مثل ETSI و ITU-T[2] مشخصات اصلي NGN را معرفي كرده اند. به عنوان مثال NGN;ITU-T را به عنوان شبكه‌اي مبتني بر بسته[3] تعريف كرده است، كه خدماتي شامل سرويسهاي ارتباطي، توانايي استفاده از پهناي باند چندگانه[4] و كيفيت سرويس[5] كه براي تكنولوژيهاي انتقال تهيه شده است را فراهم مي‌كند. عموماً NGN به عنوان all IP يا شبكه‌هاي مجتمع مبتني بر بسته با مشخصاتي كه درجدول (2-1) نشان داده شده است بيان مي‌شود. NGN به تنهايي مشخصات شبكه را پوشش نمي‌دهد اما مشخصات سرويس آن فرصتهاي جديدي را براي اپراتورهاي شبكه، فراهم كننده‌هاي سرويس،[6] توليد كننده‌هاي ارتباطات و كاربرها فراهم مي‌كند [1].

Ip يا شبكه مبتني بر بسته

بيشتر كارشناسان معمولاً NGN را به عنوان يك شبكه چندسرويسي[7] مبني بر تكنولوژي Ip مي‌شناسند.

NGN مانند يك شبكه Ip مجتمع مي‌تواند براي ارتباطات بي‌سيم و با سيم انواع ترافيك يا برنامه‌هاي كاربردي را روي شبكه‌هاي مبتني بر بسته بكار گيرد. در مجموع، بسياري از كارشناسان استدلال مي‌كنندكه NGN در ده سال آينده جايگزين مدار رايج مبني بر PSTN[8] خواهد شد.

خدمات كاربردي مجزا از شبكه انتقال

NGN يك معماري باز[9] بوسيله برنامه هاي كاربردي و شبكه‌هاي مجزا فراهم مي‌كند و به آنها اجازه مي‌دهد به صورت جداگانه ارائه شوند و برنامه‌هاي كاربردي مي توانند مستقلاً صرف‌نظر از نوع شبكه‌اي كه استفاده مي‌شود توسعه پيدا كنند. با يك معماري باز استانداردسازي به طور فزاينده‌اي اهميت پيدا مي‌كند اما به كاربران شبكه اجازه مي دهد كه بهترين محصولات موجود را انتخاب كنند و يك برنامه كاربردي جديد مي‌تواند در يك مدت زمان خيلي كوتاهتر نسبت به PSTN و ISDN[10] اجرا شود.

شركتهايي كه وسايل يا تجهيزات كامپيوتري را توليد كرده و به فروش مي‌رسانند،[11] مي‌توانند برنامه هاي كاربردي و سرويسها را براي كاربران نهايي توسعه دهند. فراهم‌كننده‌هاي سرويس مي‌توانند يك يا چند برنامه كاربردي را داخل يك سرويس بسته‌بندي كنند يا برنامه‌هاي كاربردي مي‌توانند بوسيله كاربران روي يك پايه نظير به نظير مورد استفاده قرار گيرند.


شبكه‌هاي مجتمع يا همگرا شده

شبكه‌هاي مجزا وسايل مورد نياز جداگانه‌اي را براي خدمات ويدئو، داده و صوت استفاده مي‌كنند. NGN انواع متفاوتي از برنامه‌ها را درون بسته‌ها تغيير شكل داده و بطور همزمان تحويل مي‌دهد. ارتباط بين NGN و شبكه‌هاي موجود از قبيل PSTN، ISDN و GSM[12] مي‌تواند بوسيله پل‌هاي ارتباطي[13] فراهم شود.

شبكه موجود در همه جا

NGN به كاربران اجازه تحرك گسترده و دستيابي يكپارچه به انواع برنامه‌هاي كاربردي با كيفيت يكسان را در هر ناحيه جغرافيايي مي‌دهد. ارتباطات كشتيراني و برج مراقبت امكان پشتيباني از انتقال، تجارت و نيازهاي اوقات فراغت را در هر وضعيت كه كاربر انتخاب مي‌كند، امكانپذير مي‌كند.

توزيع هوشمندي شبكه

در صورتيكه PSTN رايج، مبني برشبكه هوشمند و پايانه‌هاي نامفهوم (پايانه‌اي كه شامل ريز پردازنده داخلي نباشد) است، NGN شبكه‌اي هوشمند و پايانه‌هاي هوشمند دارد. در اين محيط شبكه، فراهم‌كننده‌هاي سرويس به آساني انواع متفاوتي از سرويسها را بدون نياز به تجهيزات سنگين شبكه فراهم مي‌كنند.

2-2- معماري NGN

يك نمايش از معماري شبكه NGN مي‌تواند به روشن شدن ساختار واجزا آن كمك كند. شكل (2-1) يك تصوير كلي از معماري NGN را نشان مي‌دهد. در اين شكل پايانه‌هاي بي‌سيم و با سيم با back bone شبكه انتقال از طريق سطح[14] دسترسي متصل هستند و ديگر سطوح از قبيل سرويس، انتقال و شبكه‌هاي دسترسي بوسيله سطح كنترل، كنترل مي‌شوند.

- فيبرها و تجهيزات انتقال

4-1- انواع فيبر و ظرفيت آنها

در يك سيستم انتقال نوري، اطلاعات روي فيبر به روش زير منتقل مي شود سيگنالهاي الكتريكي به سيگنالهاي نوري تبديل شده و در طول فيبر حركت مي‌كنند تا زمانيكه به يك آشكارساز[15]كه سيگنالهاي نوري را به سيگنالهاي الكتريكي تبديل مي‌كنند مي‌رسند. منبع نور پالسهاي نوري را در طول موجهاي خاص منتشر مي‌كند. يك طول موج به يك لامبدا (lambda) يا كانال اشاره مي‌كند عبارتهاي لامبدا، طول موج و كانال اغلب به صورت معادل استفاده مي‌شوند اگر چه طول موجها با چشم قابل روييت نيستند با اين وجود اغلب به صورت رنگ نمايش داده مي‌شوند. ظرفيت فيبر خيلي بالا است. تجهيزات انتقال نرخ داده از 10 گيگا بيت بر ثانيه در يك لامبدا و 128 لامبدا كه معادل با 28/1 ترابيت بر ثانيه كه ظرفيت يك فيبر تنها است را پشتيباني مي‌كند هر مسير فيبر مي‌تواند هشت كانال كه هر يك، داراي كابل نوري شامل 192 زوج فيبر است را داشته باشد. پس اين ظرفيت مي‌تواند بيشتر از يك پتابيت بر ثانيه را حمل كند. ولي در عمل از ظرفيت پايين‌تري استفاده مي‌شود و كابلهايي با 6 فيبر مشاهده مي‌شود كه براي انتقال تك رنگ با نرخ 10 مگا بيت بر ثانيه استفاده مي‌شود [2].

روش رايج در سيستمهاي حامل براي انتقال نوري در مسافتهاي طولاني[16] نرخ بيت بالاتري را در هر لامبدا فراهم مي‌كند. آن هم چنين تعداد لامبداهاي پشتيباني شده در يك فيبر نوري را افزايش مي‌دهد. ظرفيت 2/10 ترا بيت بر ثانيه روي يك فيبر واحد در آزمايشگاه اثبات شده است. بنابراين زماني كه سيستم درچنين محدوده اي عمل مي‌كند بسياري از مشكلهاي غيرخطي اتفاق مي افتد كه به فيبرهاي نسل آينده با مشخصات كيفيت بالا نياز است. مشخصات نسل اول فيبرهاي تك مد(SFM)[17] بوسيله پيشنهاد ITU ، G.652 تعيين شده است كه به عنوان استاندارد فيبرتك مد شناخته مي‌شود. امروزه بيشتر فيبرهاي تك مد در اروپا مطابق پيشنهاد G.652 استفاده مي شوند. كه اين در مورد كابلهاي نوري زير دريا نيز صادق است. شكل (4-1) فيبر نوري را در شبكه‌هاي باند پهن نشان مي‌دهد. مسيرهاي فيبري جديد معمولاً با فيبرهاي G.655 مجهز شده اند كه بيشتر براي نرخهاي اتصال 10 گيگابيت بر ثانيه و بالاتر مناسب هستند. G.655 يك استاندارد براي NZDSF[18] مي‌باشد. فيبرنوري G.655 براي استفاده به وسيله سيستمهاي چندكانالي[19] DWDM طراحي شده است. پيشنهاد ITu,G.692 طرح و تقسيم‌بندي ( به معني 50 هرتز و 100 هرتز و 200 هرتز ) براي DWDM در فيبرها را شرح مي‌دهد.

اجزا اصلي يك سيستم انتقال فيبر نوري فيبر، فرستنده و گيرنده است.

فرستنده‌ها سيگنالهاي الكترونيكي رمزشده را دريافت و به سيگنالهاي نوري تبديل مي‌كنند (مدولاسيون) و سپس روي فيبر ارسال مي‌كنند. ديودهاي ليزري (LD) نيمه هادي مي‌توانند براي توليد نور استفاده شوند و براي انتقال در مسافتهاي طولاني مناسب هستند. منبع نور پالس‌هاي نوري را در طول موجهاي ويژه منتشر مي‌كند. سپس LDها مي‌توانند آنها را در دامنه 1550 نانومتر انتقال داده و توانايي مدولاسيون تا حدود 10 گيگاهرتز را دارند. مدولاسيون خارجي نور در نرخ بيتهاي 10 گيگابايت بر ثانيه و بالاتر استفاده مي‌شود، LD هاي گران قيمت براي انتقال در مسافتهاي كوتاه ضروري نيستند. گيرنده‌ها در انتهاي ديگر فيبر جايگذاري مي‌شوند و يك آشكارساز نوري را براي تبديل سيگنال نوري وارد شده به سيگنال الكتريكي استفاده مي‌كنند. طول موج سمت گيرنده بايد با سمت فرستنده مطابقت داشته باشد.

ويژگي‌هاي مهم شامل اشباع[20]، حساسيت[21]، و نرخ خطاي بيت (BER)[22] براي سطح ديجيتال و نسبت سيگنال به نويز (SNR)[23] براي سطح آنالوگ است. نرخ خطاي بيت تعداد خطاهايي است كه بين فرستنده‌ها و گيرنده‌ها اتفاق مي‌افتد. اشباع ماكزيمم توان دريافت شده است كه مي‌تواند پذيرفته شود.

اگر توان بيشتري دريافت شود موجب اعوجاج سيگنال و عدم كارآيي مي‌شود. حساسيت، مينيمم تواني است كه بايد از يك سيگنال وارد شده دريافت شود. يك سيگنال ضعيف مي‌تواند موجب نادرست خواندن بيتها يا SNR پايين شود WDM[24] يك روش افزايش ظرفيت يك فيبر نوري است كه از طريق ارسال همزمان بيش از يك پرتو نور در فيبر صورت مي‌گيرد.

OADM[25] تجهيزاتي است كه ترافيك ( تعداد كانالها) را از يك مدار نوري بدون نياز به تبديل سيگنالهاي الكتريكي درج يا رها[26] مي‌سازد. هنگاميكه ترافيك در يك گره شبكه افزايش پيدا مي‌كند OADM مي‌تواند براي انشعاب نوري ترافيك عبوري استفاده شود.

تجهيزات OADM پيشرفته نياز به مهندسي پيچيده را از طريق توانايي درج يا رها سازيش براي هر يا همه كانالهاي نوري حمل شده بوسيله زوج فيبر بدون اثر روي مابقي ترافيك عبوري رفع مي‌كند. تجهيزات OADM مي‌تواند به سوييچهاي نوري براي پشتيباني از مسيرهاي فيبري چندگانه تبديل شوند و كانالهاي نوري را بدون انجام تبديل O-E-O راه گزيني كنند [2].

تقويت نوري[27] در دهه 1980 معرفي شده بود كه با توسعه فاصله بين تقويت‌كننده‌هاي گران قيمت O-E-O براي اقتصاد شبكه نوري دوباره تعريف شد يك شبكه O-E-O بايد تقويت كننده‌هاي نوري را بسته به نوع تجهيزات 100-40 كيلومتر و تقويت‌كننده‌هاي O-E-O را هر 400 تا 500 كيلومتر استفاده كند.

تقويت كننده O-E-O به مبدل و تقويت مجزايي براي هر كانال نياز دارد.

تقويت كننده‌هاي Raman و اربيوم (EDFA)[28] بدون تبديل O-E-O مكرراً‌ براي انتقال نوري دور (‌براي مثال 2000 كيلومتر) و انتقال خيلي دور[29] (براي مثال 4000 كيلومتر) استفاده مي‌شوند. هدف مبدل O-E-O بازگرداندن، بازسازي و تنظيم دوباره سيگنال نوري است. اين امكان با وسايل نوري موجود در بازار امروز كاملاً وجود ندارد. هر چند فعاليتهاي تحقيقي در حال پيشرفت اميد بخش است و ما انتظار تقويت كننده‌هاي نوري خالص را در آينده داريم [2].

يك شبكه فيبر نوري خالص را مي‌توان از طريق خطوط فيبر نقطه به نقطه با طول 4000 كيلومتر بسازيم نور خالص يعني اينكه تبديل O-E-O تنها در واسط كاربر رخ مي‌دهد شبكه فيبر نوري خالص براي فواصل طولاني بايد نسبتاً ارزانتر از شبكه‌هاي قديمي باشد يك نمونه از معماري سيستم انتقال نوري در شكل
(4-2) ‌نشان داده است.

5-3- شبكه فيبر

در اين معماري يك NREN روي يك زيربنا شبكه فيبر كنترل دارد.

NREN مي تواند طول موجهاي زيادي (با محدوديتهاي تكنولوژي استفاده شده) به اندازه موردنياز تهيه كند. روي هم رفته NREN مي تواند شبكه Shared IP- only يا hybrid را از شبكه فيبر بسازد و خدماتي به كاربرانش عرضه كند.

اين معماري شبكه خيلي شبيه معماري شبكه hybrid است با اين تفاوت كليدي كه NREN زير بنا فيبر را نيز كنترل مي كند. يك نكته بنيادي براي ساختن اين است كه: شبكه چطور به كار انداخته مي شود؟

دو گزينه وجود دارد:

· شبكه فيبر بوسيله يك حامل سنتي از طرف NREN به كار انداخته مي شود. اين يك مدل جديد از همكاري بين NRENها و حامل ها را نشان مي دهد تجهيزات in-line و line–Termination بوسيله مالك انتخاب و بكار انداخته مي شود. در اين مورد شخص ثالث توابع مبني بر فيبر را از طرف NREN اجرا خواهد كرد.

· شبكه فيبر كاملاً بوسيله NREN به كار انداخته مي شود.

پيشرفتهاي تخصصي در تجهيزات انتقال حتي روي يك مقياس بين المللي اين گزينه را امكان پذير مي‌سازد. شكل (5-3) معماري شبكه فيبر را نشان مي دهد.