dwdm) dense wavelength division multiplexing)

روش WDM به عنوان روش اصلی در انتقال اطلاعات در سیستم‌های نوری از اوایل دههٔ ۱۹۸۰ مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. امروزه نیز تلاشهای بسیاری برای استفادهٔ بهینه از این روش در کاربردهای مختلف، در حال انجام است. CWDM و DWDM دو روش اصلی مورد استفاده در شبکه‌های نوری است. متن حاضر در ادامهٔ سلسله مطالب مربوط به شبکه‌های نوری، به بررسی روش WDM و خصوصیات روش‌های CWDM و DWDM پرداخته است و آنها را مورد مقایسه قرار داده است.
اگر نگاهی به مشکلات فعلی صنعت مخابرات، به خصوص در زمینهٔ سرویس‌دهی به کابران بیندازیم، به اهمیت WDM[۱] بیشتر پی خواهیم برد. اولین چالش پیش روی صنعت مخابرات، افزایش روز افزون تقاضا برای سرعت‌های بالاتر و در نتیجه پهنای باند بیشتر است؛ به طوری که برخی اعتقاد دارند ظرفیت لازم برای شبکه، هر شش ماه، دو برابر می‌شود. دومین چالش اساسی موجود، تکنولوژی‌های گوناگونی است که برای عملیاتی کردن و استفاده از انواع شبکه به کار می‌روند IP، ATM و SONET از جملهٔ این موارد هستند که به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند و هر یک مزایای خاص خود را دارا هستند؛ اما هر یک به تجهیزاتی برای تبدیل به یکدیگر نیاز دارند.
با استفاده از شبکه‌های نوری و روش WDM می‌توان تا حد زیادی این مشکلات را برطرف کرد. با استفاده از این روش، می‌توان به پهنای باندی تا۱۶۰۰ گیگابیت در ثانیه دست یافت که با استفاده از این پهنای باند، می‌توان بیش از ۳۰میلیون تماس تلفنی را فقط با استفاده از یک فیبر منتقل کرد و مشکل تکنولوژی‌های متفاوت نیز به راحتی حل می‌شود. با توجه به اینکه اطلاعات بر روی فیبر با استفاده از روش WDM بر روی طول موج‌های مختلفی ارسال می‌شود که مستقل از یکدیگر عمل می‌کنند، لذا می‌توان به راحتی انواع مختلف تکنولوژی را در این زمینه مورد استفاده قرار داد و خدمات مختلفی نظیر صوت، تصویر، اطلاعات و مولتی مدیا را به کاربران ارایه کرد.
● چرا DENSE-WDM:
درخواستهای رو به ازدیاد پهنای باند در دنیای مدرن مخابرات از حد انتظارات گذشته بسیار فراتر رفته است. به این دلیل، تغییرات بنیادی در نیازمندیهای ساختار شبکه های اینده بوجود امده است . وقتی که زمان توسعه لینکهای موجود فرا برسد نیاز به راه حلهای ساده و مقرون بصرفه می باشد تا سیستم های در حال کار را مختل ننماید.واضح است که هر چه انعطاف بیشتری در طراحی واحداث سیستم ارتباطی معمول گردد با مشکلات کمتری در زمان توسعه ساختارهای موجود مواجه خواهد گردید .
ضمناً الزام به احداث سیستم کاملآ جدید نیز کاهش خواهد یافت . بعلت ازاد سازی بازار مخابرات، تآ مین کنندگان سرویس و شرکتهای کاریر در حال حاضر با فشارهای رقابتی روز افزون روبرو می باشند.
نیازهای عمده ای که در دنیای ارتباط راه دور و نواحی دسترسی مشترکین با انها روبرو هستیم عبارت از دایری سریع مشتریان جدید ، توسعه سرویسها در شبکه های موجود و افزایش ظرفیت ان است.درخواستهای سریآ رو به گسترش ارتباط داده ها بدلیل توسعه بازار رادیوئی موبایل ، تلویزیون کابلی ،ویدئو بر طبق تقاضا ، ارتباط بانکی از خانه و البته اینترنت و شبکه”WORD WIDE WEB “ لزوم توسعه خطوط فیبر موجود را بدنبال دارد.
یکی از روشها عبارت از احداث فیبر جدید در شبکه موجود است. معهذا بعلت هزینه های با لای کابل کشی ، این عمل بسیار وقت کیر و پر هزینه میباشد.از طرفی ،توسعه به سرعت های BIT بالا تر ( مثل TDM ۱۰Gbit/s) با تمامی انواع فیبر ها امکان پذیر نیست .
در صورتیکه سرعت داده ها تا GBIT/S ۲.۵ بوده و مسیرهای فیبر نیز کوتاه باشد می توان کم یا بیش از خصوصیات فیزیکی فیبر چشم پوشی نمود ولی در سرعتهای بالای داده ها و در مسیرهای طولانی تر موضوع پراکندگی رنگ( CROMATIC DISPERSION ) عامل محدود کننده خواهد بود.
بطور مثال در صورتیکه سرعت BIT چهار برابر افزایش یابد بعلت توسعه پالسهای ناخواسته نیاز به ۱۶ برابر کاهش در طول مسیر خواهد بود.بسادگی می توان دریافت که در صورت افزایش سرعت داده های انتقالی از طریق کانال نوری با طول ثابت فن اوری پیچیده تر خواهد گردید.
در سالهای اخیر فیبر نوری تقریبأ بطور کامل بطرف سرعتهای BIT بالاتر توسعه یافته وهر فیبر نیز تنها یک سیگنال حاصل از یک عدد لیزر را منتقل میکند.
ضمنأ طول موج های ۱۳۱۰و۱۵۵۰ NM در کاربردهای مخابراتی منطبق بر دریچه های نوری دوم وسوم استفاده میشوند. (WAVEL ENGTH DIVISION MULTIPLEXING=WDM) انتقال چندین سیگنال با طول موجهای مختلف در موارد نادری مورد استفاده قرار گرفتند ولی تحول عمده ای ایجاد نکردند ، زیرا طبق قانون کلی ،سیگنالها در پنجره های نوری مختلف قرار داشته اند.(WDM باند پهن).
یکی از دلایل موارد فوق این است که هر دفعه که سیگنالها مجددأ تولید می گردند بایستی قبل از پردازش در ریپیترهای جدا وارسال مجدد با طول موج مناسب و با دیودهای لیزری جدا گانه توسط فیلترهای نوری مجزا شوند .در نتیجه در حال حاضر تنها سیستمهای معدودی وجود دارند که برای دو برابر کردن ظرفیت انتقال از یک تکنیک استفاده میکنند.
مع‌هذا معرفی تقویت کننده های فیبر نوری (OFA) باعث تغییرات بنیادی در وضعیت فوق گردیدو تحول عمده ای در محدوده WDM باند باریک (DWDM) بوجود آورد.
سرعت داده های تا GBIT/S ۲.۵ کاملأ معمول بوده و به اسانی قابل انتقال از طریق خطوط انتقال موجود می باشند. سرعت های GBIT/S ۱۰ را نیز میتوان به اسانی از طریق چهار دفعه مالتی پلکس کردن ۲.۵ GBIT/S و با چهار طول موج مختلف ارسال نمود.
به عبارت ساده تر سیستم DWDM مشابه یک دسته کانال نوری موازی است که اختلاف کوچک طول موج انها باعث انتقال همزمان در یک فیبر خواهد شد.
بعلت آنکه در حال حاضر محدوده مناسب تقویت محدود میباشد تمامی طول موجهای حامل مورد استفاده درسیستم های DWDM در پنجره نوری سوم بین ۱۵۳۰ ,NM ۱۶۵۶ قرار دارند .
ولی کانالهای سوپروایزوری نوری معمولا در طول موجهای خارج از این محدوده تقویت ودر۱۴۸۰ ,۱۵۱۰ و یا ۱۶۲۵ NM واقع هستند.
● مبانی سیستم های DWDM نوری
چهار سیگنال ۲.۵ GBIT/S در نقطه انتهائی به چهار مدول انتقال نوری وارد می گردند .سپس در صورت سیگنالهای خروجی نوری با استفاده از TRANSPONDER های موج به طول موجهای تعریف شده در پنجره NM ۱۵۵۰ تبدیل میگردند.
به این ترتیب میتوان مدولهای انتقال استاندارد موجود با طول موجهای واقع در باند NM ۱۳۱۰ ویا ۱۵۵۰ NM را استفاده نمود. انگاه با بکارگیری COUPLER WDM نوری ، چهار سیگنال نوری با یکدیگر جمع شده و به تقویت کننده فیبر نوری (OFA) ارسال میگردند.
سیگنال نوری که به علت افت فیبر تضعیف گردیده بسته به طول مسیر توسط یک یا چند تقویت کننده نوری تقویت میگردد. در بسیاری از موارد پس از WDM COPLER ازیکBOOSTER نیز استفاده می شود .
در طرف گیرنده نیز معمول است که سیگنالهای نوری قبلأ تقویت شده وسپس با استفاده از فیبر نوری از یکدیگر جدا و در مدولهای گیرنده به سیگنالهای نوری تبدیل گردند.
در جهت معکوس نیز بایستی این اعمال به طور کامل تکرار شود تا سیگنالها در ان جهت انتقال یابند.
● استانداردهای DWDM
به منظور طراحی و اجرای سیستم ها و قطعات DWDM به طور انعطاف پذیر و اینده نگر لازم است که استاندارد پایه وجود داشته باشد.تنها به این طریق است که می توان اطمینان حاصل نمود که قطعات و مدولهای کاملأ متغییر و از سازندگان مختلف با پارامتر های تعریف شده واسطها مطابقت دارند وبه خوبی با یکدیگر عمل میکنند.
از آنجا که توصیه های موجود به سیستم های ۴ تا ۸ کانالی محدود میشوند ’ ترکیب های متنوعی را می توان برای طول موج های مورد استفاده سیستم ها فرض نمود . به این ترتیب هر سازنده بایستی با طول موجهای مرکزی خاص توافق کند تا بتواند از کارکرد بدون مشکل عناصر مختلف سیستم با یکدیگر اطمینان حاصل نماید. معمول است که محدوده طول موج بین ۱۵۳۰و NM ۱۵۶۵ به دو باند تقسیم گردد.باند زیر ۱۵۴۵ NM به دو باند تقسیم گردد. باند زیر NM ۱۵۴۵ موسوم به باند کوتاه وبالاتر از ۱۵۴۵ NM به باند طویل موسوم است.
● استانداردهای موجود
توصیه ITU - TG .۶۹۲(واسطه های نوری برای سیستم های چند کاناله همراه با تقویت کننده های نوری ) پارامتر های سیستم های DWDM نوری با کانال داده های ۴و۸ و سرعت های BIT تا استاندارد STM-۱۶/OC-۴۸ طول مسیرهای بین تقوییت کنندهء فیبر ۱۲۰,۸۰ یا ۱۸۰ کیلومتر و فاصله Regenator تا ۶۴ کیلومتر را تعریف میکند .
تجدید نظر توصیه G.۶۹۲ ضمنأ سیستم های ۱۶ و ۳۲ کانالی تا استاندارد Stm-۶۴/oc-۱۹۲ وسیستم های دو جهته را تعریف میکند.
طبق توصیه ITU-T G.۶۹۲ کلیه کانال داده ها در سیستم DWDM بایستس در شبکه کانالی تعریف شده Ghz ۱۰۰ واقع شده باشند. شبکه ITU-T بر مبنای نقطه مرجع با فرکانس ۱۹۳.۱ Th مشابه طول موج نوری nm ۱۵۵۲.۵۲ است. تبدیل فرکانس مرکزی F و طول موج مرکزی بر مبنای رابطه C= * f است که با استفاده از مقدار دقیق سرعت نور C=۲۹۹۷۹۲۴۵۸ m/s محاسبه می شود.
▪ نقاط مرجع سیستم :
مطابق توصیه ITU-T G.۶۹۲ نقاط مرجع تست که بایستی در سیستم های DWDM تأ مین گردند, عبارتند از :
ـ نقاط مرجع S۱ تا Sn که دقیقأ در خروجی هر فرستنده نوری ۱تا n در سیستم DWDM واقعند.
ـ نقاط Rm۱ تا Rmn مربوط به هر کدام از فیبرها که دقیقأ قبل از ورودی مالتی پلکس کننده DWDM قرار دارند.
ـ MPI-S نقطه تست که درست در خروجی مالتی پلکس کننده DWDM واقع است و MPI-R نقطه تست دیگری که دقیقأ در ورودی دی مالتی پلکس کننده قرار دارد .
ـ نقاط مرجع ذیربط Sd۱ تا Sdn که درست در خروجی دی مالتی پلکس کننده و نقاط مرجع R۱ تا Rn که د رورودی هر کدام از مودولهای گیرنده DWDM واقعند.
▪ طبقات لینکهای انتقال
هر کدام از خطوط انتقال بر طبق طول ذانها به سه طبقه عمده تقسیم شده و با L و V و U مشخص می گردند.
ـ فاصله طویل (L)
ـ فاصله خیلی طویل (V)
ـ فاصله فوق العاده طویل (U)
لازم به ذکر است که لینک هایی با فواصل فوق العاده طویل دارای تقویت کننده IN- line نبوده. در لینکهایی با فواصل طویل می توان km ۶۴۰ را با حداکثر ۷ تقویت کننده IN –line پل زدو در لینکهای با فواصل خیلی طویل km ۶۰۰ را با حداکثر ۴ تقویت کننده عمل نمود.
● استانداردهای آینده
توصیه ITU-T G.۶۹۲ تا کنون شبکه کانالی Gh ۱۰۰ در محدوده nm ۱۵۵۰ را مشخص کرده است . ضمنأ فواصل کانالی کوچکتر نیز از نظر تئوری امکان پذیر می باشد. آینده نشان خواهد دادکه آیا فواصل کانالی کوچکتر بطور وسیعی استفاده خاهد شد یا خیر؟ کاملأ مشخص است که فرکانسهای استاندارد فعلی باقی خواهند ماند ولی احتمالأ با فرکانس دیگری تکمیل خواهند شد.
اتحادیه بین المللی مخابرات در آوریل ۱۹۹۷ کار تدوین استانداردهای شبکه های تمامأ نوری (AON ) را آغاز کرده است . در این راستا گروهی عناوین کاری و موارد مشکل ساز موسوم به لست زنده نیز جمع اوری شده اند . نتایج این مطالعات مخصوصأ برای نواحی مشکل لایه فیزیکی و قطعات و سیستم های فرعی در سال ۱۹۹۹ تکمیل گردیده اند.
▪ کانالهای سوپروایزوری و سرویس
به منظور پایش و کنترل سیستم ارتباطات سراسری , استفاده از حاملهای مجزا (لیزر) توصیه شده و ترجیع داده میشود که در داخل و یا نزدیک پنجره نوری سوم (ولی نه در محدوده استفاده شده تقویتکننده های فیبر ) قرار داده شوند. برای تحقق این مورد معمولأ از طول موجهای و ۱۶۲۵,۱۵۱۰, ۱۴۸۰ استفاده می شوند.
● شبکه های فوتونیک
سیستم های مخابراتی آینده مبتنی بر شبکه های فوتونیک خواهند بود د ر این شبکه ها پهنای باند فوق العاده وسیعی از فیبر نوری به همراه تجهیزات مالتی پلکس طول موجی با کارائی بسیار بالا (DWDM) استفاده می شوند . در شبکه های مزبور , پیامها انحصارأ در طیف نوری ارسال می گردند. در صورتیکه پیامها بشکل نوری ارسال و به طور نور ی نیز سوئیچ گردند , اصطلاحأ شبکه فوتونیک شفاف نوری نامیده می شوند. شبکه هائی که از نقطه نظر نوری شفافند وابسته به سرویس نبوده و مبنای شاهراهای پر قدرت داده ها را تشکیل می دهند.
شفافیت نوری شبکه پیام به هر کدام از کانال های انتقال که بین پایانه های شبکه با هر سرعت BIT و هر قالب مدولاسیون , استفاده می شوند,اطلاق می گردد. کانال مزبور از هیچگونه واسط نوری الکتریکی عبور نمی کند و وقتی سیگنال به سایر فرکانسهای حامل نوری تغییر پیدا میکند درمحدوده نوری باقیمانده و محتویات آن مجددأ تولید نمیگردد. تا حدودی می توان شفافیت نوری کانال را بطور کلی با عدم تقییر نسبت به سرعت BIT , کد , نحوه انتقال و پروتکل درک کرد. البته این در صورتیست که سیگنال بصورت حامل “Amplitude Keyed “ ارسال شده باشد که مخصوصأ در سرعت های BIT بالا معمول است. در اینجا نیز کانال از هیچگونه واسط نوری الکتریکی عبور نکرده و دوباره نیز تولید نمی گردد ولی ممکن است در مسیر سیگنال مبدل های فرکانس وجود داشته باشند که تنها قسمتی از انها نسبت به مدولاسیون شفاف هستند. می توان چندین کانال از این نوع را پهلوی یکدیگر و روی محور فرکانس منظم نمود تا سیستم DWDM بدست اوردکه در ان هر کانال دارای فرکانس نوری , یا طول موج مختلف باشد. بدین صورت است که از پهنای باند انتقال فیبر استفاده بیشتری بعمل می اید.
مالتی پلکس کننده های ADD/DROP در سیستم های DWDM بدلیل شکل شبکه, سیستم های ارتباطی با ظرفیتهای بالای کانالی بایستی دارای تجهیزاتی برای اضافه کردن و استخراج زیر باندها (عمل کرد ADD/DROP) در نقاط مختلف طول مسیر باشند. از انجا که تمامی کانالها دارای منبع و ایستگاه مقصد مشابه نیستند. این تنها روشی است که با ان میتوان شبکه ها را در بسیاری از موارد به نحو مقرون به صرفه اداره نمود. از این جهت است که سیستم های مبنی بر فن اوری WDM در صورتیکه بتوان به انها زیر دسته های موازی به اسانی اضافه و یا از انها استخراج نمود, تقریبأ ایده ال می باشند.
● فن اوری ADD/DROP
مالتی پلکس کننده های ADD/DROP نوری ( OAMD)معمولأ دارای دو واسط نوری می باشند که برای یکپارچه شدن انها با سیستم استفاده می شود. این وسایل مجهز به واسطهای نوری نیز هستند که عمل مالتی پلکس کنندگی , سوئیچ یا ترمینه کردن را اسان می نماید. برای تشکیل حلقه فیبر میتوان چندین دستگاه OADM را از طریق دو واسط اصلی به یکدیگر متصل نمود.
● ساختار پایه شبکه های فوتونیک
شبکه فوتونیک به سطح منطقه ای با سرعت BIT متعادل و سطح راه دور که در ان حامل های سیگنال با سرعت BIT بالا در مسیرهای طولانی ارسال می گردند, تقسیم می شوند. درواسط بین دو منطقه یک Gateway قرار دارد.
در اینجا ، چندین کانال DWDM با سرعت پایین به یکدیگر وصل شده و تشکیل کانال راه دور باسرعت زیاد را می دهند.

وحید بازیاری