روند توسعه ارتباطات فیبر نوری مدرن

در سالهای اخیر،فناوری ارتباط فیبر نوریبه سرعت توسعه یافته و به نقطه برجسته ای در زمینه ارتباطات تبدیل شده است. ارتباطات فیبر نوری با مزایای منحصر به فرد خود مانند پهنای باند وسیع، ظرفیت زیاد، مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی و هزینه کم، به سرعت به روش اصلی انتقال برای شبکه های ارتباطی مختلف تبدیل شده است. توسعه آینده ارتباطات فیبر نوری هنوز پتانسیل بسیار زیادی دارد.

شبکه، ظرفیت بالا و سرعت بالا

ستون فقرات اصلی ارتباط فیبر نوری کشور من با ظرفیتی بالغ بر Tbit/(s·km) تکمیل شده است که تقریباً استفاده نشده است. در اواسط دهه 1980، نرخ ارتباطات فیبر نوری دیجیتال به 144 مگابیت بر ثانیه رسید که قادر به انتقال خطوط تلفن 1980 بود که از سرعت حامل کابل کواکسیال فراتر رفت. در نتیجه، ارتباطات فیبر نوری به فناوری اصلی تبدیل شد و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت و به طور کامل جایگزین کابل ها در ستون فقرات انتقال شد. با توسعه فناوری مالتی پلکسی تقسیم طول موج (WDM)، سطح عملی فعلی به 40 × 10 گیگابیت بر ثانیه رسیده است. سطوح آزمایشگاهی بسیار فراتر از این است، با آزمایش های انتقال 80 × 40 گیگابیت بر ثانیه که قبلاً انجام شده است. توسعه فناوری WDM در حال رونق است و تخمین زده می شود که فناوری تجاری 160 × 40 گیگابیت بر ثانیه در آینده نزدیک به واقعیت تبدیل شود.

موجک سازی طولانی

حداقل مقدار تلفات فیبر نوری سیلیس در حال حاضر به مقدار تئوری نزدیک است. برای دستیابی به ارتباطات از راه دور، به مواد فیبر نوری جدید نیاز است. به طور کلی، فیبرهای نوری با تلفات بسیار کم بالای 2 میکرومتر، فیبرهای نوری با طول موج فوق العاده طولانی (یا فیبرهای نوری مادون قرمز) و سیستم هایی که با چنین فیبرهایی ساخته می شوند، سیستم های ارتباطی فیبر نوری با طول موج فوق العاده{4} نامیده می شوند.

IP{0}}خدمات تحویل مبتنی بر IP

در سال های اخیر، با توسعه سریع اینترنت، خدمات IP رشد انفجاری را تجربه کرده اند. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که IP خدمات مختلفی از جمله صدا، تصویر و داده را به همراه خواهد داشت و پایه و اساس شبکه‌های اطلاعاتی آینده را تشکیل می‌دهد. به طور همزمان، شبکه‌های انتقال نوری، با WDM به عنوان هسته و شبکه‌های نوری هوشمند (ION) به عنوان هدف، سیگنال‌های کنترلی را به لایه نوری وارد می‌کنند، که تقاضای شبکه آینده برای تبادل اطلاعات چند{2}}دانه‌ای، بهبود استفاده از منابع و انعطاف‌پذیری برنامه‌های کاربردی شبکه را برآورده می‌کند. بنابراین، نحوه ساخت یک شبکه نوری نسل بعدی که بتواند به طور موثر خدمات IP را پشتیبانی کند، به موضوعی بسیار مورد بحث تبدیل شده است.

در مقایسه با سرویس‌های سنتی، خدمات IP شباهت، عدم تقارن داده‌ها و تراکم سرور قابل توجهی-از خود نشان می‌دهند. بنابراین، برای شبکه‌های نوری حامل سرویس‌های IP، چالش اصلی بعدی نه تنها نیازهای آشکار برای ظرفیت فوق-و دسترسی پهن باند، بلکه نیاز به لایه نوری برای ارائه هوش بالاتر و اجرای سوئیچینگ نوری در گره‌های نوری است. هدف ایجاد یک شبکه نوری مقرون‌به‌صرفه، کارآمد و مقیاس‌پذیر است که از خدمات QoS از طریق انطباق و ادغام لایه‌های نوری و IP پشتیبانی می‌کند و نیازمندی‌های سرویس‌های IP برای سیستم‌های انتقال و تبادل اطلاعات را برآورده می‌کند. شبکه‌های نوری هوشمند از ویژگی‌های هوشمند شبکه‌های IP استفاده می‌کنند و یک لایه صفحه کنترل را به شبکه انتقال نوری موجود اضافه می‌کنند.

این صفحه کنترل نه تنها اتصالات را برای کاربران برقرار می کند، خدمات ارائه می دهد و شبکه زیربنایی را کنترل می کند، بلکه دارای ویژگی های برجسته ای مانند قابلیت اطمینان بالا، مقیاس پذیری و کارایی بالا است. راه‌حل‌های فنی مختلف و نیازمندی‌های خدمات متنوع را پشتیبانی می‌کند، که نشان‌دهنده جهت توسعه نسل بعدی ساخت شبکه‌های نوری است.

بنابراین، با انگیزه دوگانه رشد سریع تقاضای پهنای باند از خدمات ماهواره ای و منابع پهنای باند فوق العاده بزرگ ارائه شده توسط فناوری انتقال WDM، تکامل شبکه های نوری سنتی به سمت نسل جدیدی از شبکه های نوری مناسب برای انتقال خدمات IP اجتناب ناپذیر است. علاوه بر این، به دلیل رقابت شدیدی که صنعت ارتباطات جهانی و حوزه‌های مرتبط با آن مواجه است، غول‌های بزرگ مخابراتی و تولیدکنندگان تجهیزات ارتباطی، تحقیقات و نوآوری شبکه‌های نوری نسل بعدی-منعطف‌تر، قابل اعتمادتر و کم‌هزینه‌تر برای خدمات اینترنتی را به سطح توسعه استراتژیک ارتقا داده‌اند. دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی مشهور داخلی و بین‌المللی نیز تحقیقات خود را بر روی شبکه‌های نوری{5} نسل بعدی و فناوری‌های پشتیبانی کلیدی آنها متمرکز کرده‌اند. سرعت تکامل از شبکه‌های ارتباطی نوری سنتی به شبکه‌های نوری نسل بعدی در حال افزایش است، با هدف ارائه اینترنت با شبکه‌های نوری نسل بعدی سریع‌تر، گسترده‌تر، انعطاف‌پذیرتر، کارآمدتر و هوشمندتر.

کاملا فتوشیمیایی

شبکه‌های نوری سنتی به اتصال نوری کامل بین گره‌ها دست می‌یابند، اما استفاده از قطعات الکترونیکی در گره‌های شبکه همچنان افزایش ظرفیت کل شبکه‌های ارتباطی فعلی را محدود می‌کند. بنابراین، یک شبکه همه-نوری واقعی به یک موضوع تحقیقاتی بسیار مهم تبدیل شده است. یک شبکه تمام{3}نوری گره های الکتریکی را با گره های نوری جایگزین می کند و ارتباط بین گره ها نیز کاملاً نوری است. اطلاعات همیشه به صورت نور منتقل و مبادله می شود. سوئیچ ها دیگر اطلاعات کاربر را ذره ذره پردازش نمی کنند، بلکه مسیریابی را بر اساس طول موج تعیین می کنند. همه-شبکه های نوری شفافیت، باز بودن، سازگاری، قابلیت اطمینان و مقیاس پذیری عالی، ارائه پهنای باند بسیار زیاد، ظرفیت فوق-، سرعت پردازش بسیار بالا، و نرخ خطای بیت کم را ارائه می دهند. ساختار شبکه ساده است و شبکه بسیار منعطف است و اجازه می دهد گره های جدید در هر زمان بدون نصب تجهیزات سوئیچینگ و پردازش سیگنال اضافه شوند. البته، توسعه همه{11}شبکه‌های نوری نمی‌تواند مستقل از فناوری‌های ارتباطی متعدد باشد. باید با اینترنت، شبکه های خودپرداز (Automated Teller Machine)، شبکه های ارتباطی سیار، و غیره ادغام شود. در حال حاضر، توسعه همه{13}شبکه های نوری هنوز در مراحل اولیه خود است، اما قبلاً چشم اندازهای امیدوارکننده ای را نشان داده است. از منظر توسعه، تشکیل یک لایه شبکه نوری واقعی اساساً مبتنی بر WDM و فن‌آوری‌های سوئیچینگ نوری، ایجاد یک شبکه کاملاً{15} نوری، و حذف گلوگاه‌های{16}الکترو{16}نوری، به روندی اجتناب‌ناپذیر در توسعه آینده ارتباطات نوری تبدیل شده است. این هسته اصلی شبکه های اطلاعاتی آینده، بالاترین سطح توسعه فناوری ارتباطات و سطح ایده آل است.

یکپارچه سازی دستگاه

توسعه دستگاه‌های الکترونیک نوری و دستگاه‌های الکترونیک نوری یکپارچه باید به شدت ترویج شود زیرا توسعه فناوری ارتباطات فیبر نوری به پیشرفت دستگاه‌های الکترونیک نوری بستگی دارد.

با افزایش مداوم سرعت شبکه، سیستم‌های ارتباطی نوری با یک-سرعت الکترونیکی تک طول موج 40 گیگابیت بر ثانیه در حال حاضر به صورت تجاری در دسترس هستند، در حالی که سیستم‌هایی با سرعت 160 گیگابیت بر ثانیه در آزمایشگاه‌ها در حال توسعه هستند. بنابراین، دستگاه‌های الکترونیک نوری باید با این سرعت‌ها، از جمله توسعه لیزرهای مدوله‌شده با سرعت بالا، سازگار شوند. تحقق ROADM (افزودن مجدد نوری-Drop Multiplexer) نیازمند توسعه طول موج-فیلترهای نوری قابل تنظیم، طول موج-لیزرهای قابل تنظیم و سوئیچ های نوری است که فضای قابل توجهی را برای نوآوری ارائه می دهد.

ادغام بسیاری از دستگاه‌های الکترونیک نوری گسسته، دستگاه‌های الکترونیک نوری یکپارچه را ایجاد می‌کند که مزایایی مانند عملکرد غنی، اندازه کوچک، سرعت بالا و قابلیت اطمینان بالا را ارائه می‌دهند. دستگاه‌های الکترونیک نوری یکپارچه{1}}در مقیاس کوچک در حال حاضر وجود دارند، اما دستگاه‌های الکترونیک نوری یکپارچه مقیاس بزرگ‌تر-باید توسعه یابند. دو فرآیند برای دستگاه های اپتوالکترونیک یکپارچه وجود دارد: یکپارچه سازی یکپارچه و یکپارچه سازی هیبریدی. ادغام ترکیبی پیچیدگی را کاهش می دهد و بازده را افزایش می دهد. فناوری کلیدی برای ادغام هیبریدی، مدار موج نور مسطح (PLC)، یک برد مدار چاپی با یک موجبر نوری است که می‌توان دستگاه‌های الکترونیک نوری گسسته را روی آن نصب کرد. در حال حاضر، دستگاه‌های الکترونیک نوری یکپارچه موجود در بازار شامل ماژول‌های لیزری 8 طول موج، فیلترهای نوری AWG با طول موج‌های بیش از 100 طول موج، تضعیف‌کننده‌های نوری +AWG و سوئیچ‌های نوری 32×32 هستند. توسعه دستگاه های الکترونیک نوری یکپارچه در حال حاضر در مراحل اولیه است و کشور من باید اکتشاف و تحقیقات خود را در این زمینه تقویت کند.