بکارگیری تجهیزات سویچینگ نوری Coptical Switchinglدرنسل بعد شبکه‌های کابل زیردریایی

روند روبه توسعه فناوری‌های DWDM در شبکه‌های گسترده فیبرنوری، انتقال ظرفیت فشرده شده را ازطریق شبکه‌های کابل زیردریایی ممکن ساخته است. در حال حاضر، سیستم‌های کابل زیر دریایی اقیانوس گستر ۹۶WOM با ظرفیت ۱۰GBPSبه بهره برداری رسیده است وسیستم ۲۰۰WDMاقیانوس گستر با همین ظرفیت مراحل تست آزمایشگاهی خود را می‌گذراند. علاوه بر این، افزایش تعداد زوج‌های فیبر در کابل زیر دریایی به ۴و۱۲زوج سبب شده است که ظرفیت این کابل‌ها به حدود ۱۰ترابیت/ثانیه ارتقاء یابد. این قابلیت نیازفزاینده آتی پهنای باند ترافیک داده بین‌المللی را بر آورده می‌کند.
یکی دیگر از نیازهایی که نسل بعد کابل‌های زیر دریایی باید به‌آن پاسخ دهد، اتصال کابل زیر دریایی به خود مراکز مخابراتی به جای ایستگاه‌های زمینی (Land Station)می‌باشد.این امر سبب می‌شود که سیستم‌های زمینی کلان شهرها، مستقیما به ظرفیت کابل زیر دریایی متصل و از مزایای آن بهره‌مند شوند. در این حالت، در صورتی که بخواهیم با استفاده از ساختار شبکه حلقه‌ایی مبتنی بر SDH، شبکه یکپارچه DWDM زمینی وزیردریایی ایجاد کنیم، مشکلاتی از قبیل توسعه ناپذیری شبکه، عدم مدیریت و کنترل شبکه وهمچنین محدویت فضا و قیمت بوجود می آید.
اعتقادبر این است که بکارگیری فناوری‌های سوددهی نوری (Optical-Switching)یکی از راه حل‌های اساسی حل چنین مشکلات می‌باشد.
در این مقاله، راجع به ساختارهای شبکه زیردریایی نسل بعد و پاسخ گویی آنها به نیازهای جدید و پیش رو-مطالبی ذکر خواهد شد. در ساختار پیشنهادی، از طول موج‌های شبکه اتصال متقابل نوری موسوم بهOXC (Optical cross)در گره‌های شبکه هردوایستگاه کابلی (Cable Station)و مرکز تلفن کلان شهرها استفاده می‌شود. در این ساختار، شبکه‌های مبتنی بر OXC، با استفاده از آرایش و همبندی (Topology)شبکه نوری (Mesh Network) سبب ساده‌تر شدن ساختار شبکه اصلی، قابلیت توسعه و کارایی و بهره‌برداری بهتر از پهنای باند می‌شوند.
شبکه‌های حلقه‌ای زیر دریایی مبتنی بر SDHشبکه‌های حلقه‌ای زیر دریایی اقیانوس گستر، ابتدا در سال ۱۹۹۵ در شبکه‌های کابل زیر دریایی TAD۱۲و۱۳وTPT-۵استفاده شدند.
این شبکه‌ها با استفاده از تجهیزات حلقه تسهیمی و ساز و کار رفع خرابی خود کار عمل و برای پشتیبانی شبکه حلقه SDH، به هنگام بروز خرابی‌ها، از پروتکل APSکه استاندارد ITU است، استفاده می‌کنند.
تجهیزات پشتیبانی یا حفاظت شبکه (NPE)، که شبکه حلقه ۴ فیبره را پشتیبانی می‌کند، به نحوی تعریف شده است که با Aاستاندارد جی ۸۴۱ ITUهمخوانی داشته باشد. در حال حاضر، این ساختار عمدتا ًبرای شبکه‌های زیر دریایی منطقه‌ایی و اقیانوس گستر پذیرفته شده است.
NPE،که در واقع وظیفه پشتیبانی شبکه را به عهده دارد، در ایستگاه کابلی نصب می‌شود. عمل افزودن یا پیاده‌سازی ظرفیت NPE را سیستم‌های پشتیبانی زمینی بر فناوری SONET/SDH در مراکز عمده مخابراتی تبادل ترافیکی، انجام می‌دهد.
دراین ساختار، هر یک از سیستم‌ها، ساختار مدیریتی خاص خود را دارد. مسئله مدیریت مختلف از نظر بهره‌برداری، وجود سکوی انحصاری متمرکز بهتر است، در مدیریت‌های انحصاری و تک قطبی ،سیستم‌های زمینی و زیر دریایی، مسائلی چون خودکار سازی(Economies of Scale)باید در نظر گرفته شود.
در دهه‌های قبل، شبکه‌های زیردریایی بر اساس قراردادهای ساخت ونگهداری، بین کنر سیلی مرکب از چندین شرکت مخابراتی مجاز انجام می‌شده است ولی با جهانی شدن و مقررات زدایی بخش مخابرات ،شرکت های مخابراتی فرابر جهانی (Globel Carrier) ،تجارت جدیدی را آغاز کرده‌اند به نام تجارت فرابری فرابرهاCarrier`s Carrier) (Business این شرکت‌ها با احداث شبکه‌های کابل‌های زیردریایی خصوصی، دسترسی را برای ISPهای کلان شهرها فراهم کرده‌اند. همان طور که گفته شد، در شبکه‌های حلقه‌ایی مبتنی بر NPE، در زمانی که قاپ STMسیستم SDH ،توسط خود سیستم SDH ، به سرعت‌های پایین‌تری، پیاده‌سازی می‌شود، برای نصب پشتیبانی شبکه (NPE)و تجهیزات شبکه زمینی، به ده برابر فضای بیشتر نیاز هست از سوی دیگر وقتی تجهیزات بیشتری مورد استفاده قرار گیرد، مصرف برق نیز بیشتر می‌شود. از همین رو، به ناچار برای کاهش اندازه و تعداد تجهیزات، باید از فناوری بسته‌ای استفاده کرد.
در سیستم‌های زیردریایی DWDM،هزینه عمده، هزینه بخش پایانه (Terminal)است که هزینه واحدها نیز ممکن است به آن افزوده شود. در اینجا، هزینه تجهیزات پایانه به نسبت تعداد طول موج‌های سیستم، افزایش می‌یابد. در سیستم ترابیت، در صورتی که همین ساختار شبکه مورد استفاده قرار گیرد، هزینه تجهیزات پایانه، به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. بنابراین کاستن از هزینه‌های کلی پایانه، اهمیت خاصی دارد.
شواهد وقرائن فعلی، حکایت از رشد ترافیک دنیا، در مقیاسی بیشتر از ترافیک صوتی TDMدارد اخیراً، ترافیک بسته‌های IP ، با استفاده از تجهیزات مسیریاب واسطه‌های با سرعت بالای ۵/۲گیگا هرتز، برقرار شده بر همین اساس ارزش سیستم‌های SONET/SDH به عنوان لایه همتا و میانی کاهش یافته است. بسیاری از فروشندگان در صدد شکل دهی و توسعه راه حلی هستند که بتواندترافیکIP را مستقیما از طریق DWDMحمل کنند.
وضعیت فعلی صنعت، استفاده از فناوری‌هایی است که طول موج‌های شبکه‌ایی را پشتیبانی کنند و بتواند سیگنال نوری را بدون توجه به قالب (Format)اآن حمل کند. تبدیل قالب سیگنال، تجمع سیستم‌های فرعی و مسائل مربوط به نگهداری و بهره‌برداری باید در حاشیه شبکه‌ها قرار گیرند. از آنجایی که شبکه‌های مبتنی بر طول موج، قادرند که قالب‌های مختلف سیگنال را روی سکوی مشترک قرار دهند و هم چنین با توجه به ساده‌تر شدن ساختار شبکه‌های ترابری و به حداقل رسیدن تجهیزات، مدیریت چندگانه از بین می‌رود. در شبکه‌های کابلی زیر در یایی مبتنی بر طول موج، بخش عمده‌ایی از تجهیزات فرعی ومواصلاتی SDH/SONNET تحت‌الشعاع تجهیزات شبکه‌های لایه‌ای نوری قرار می گیرد. حداقل سازی (کمینه سازی)تجهیزات شبکه سبب کاهش عمده هزینه‌های سیستم خواهد شد.
● شبکه نوری مبتنی برOXC
پشتیبانی و حفاظت سریع، از مقوله‌های مهم واصلی شبکه‌های زیر دریایی فعلی برای جلوگیری از قطع مکالمات صوتی می‌باشد.
حفاظت سیستمی حلقه‌ای تسهیمی، از حالت پشتیبانی و بازگردانی شبکه نوری، سریع‌تر است.علت این امر، ساده‌تر بودن ساختار و استفاده از ظرفیت پشتیبانی ۱:۱ ذخیره (Reserve)می‌باشد. شایان ذکر است که پشتیبانی ۱+۱مطابق با استاندارد پشتیبانی ۵۰ میلی ثانیه می‌باشد. در مجموع، شبکه نوری، با توجه به مشخص نبودن میزان دقیق زمان قطعی، نسبت به شبکه حلقه‌ای، قابلیت انعطاف‌پذیری بیشتری دارد. از سوی دیگر، شبکه‌های نوری مجهز به شبکه پشتیبانی با کارایی بسیار بالاتری نسبت به شبکه‌های حلقه‌ای هستند. در شبکه پشتیبانی نوری، عموما گزینه‌های زیادی برای مسیر پشتیبانی وجود دارد و قابلیت حفاظت N+۱نیز در این سیستم گنجانده شده است. به همین دلیل، شبکه‌های نوری در سناریو‌های خرابی و قطعی‌های مکرر، کارایی بهتر و کاربرد بالاتری دارند. از آن سو، در شبکه‌های حلقه‌ای، حالت پشتیبانی N>۱ N:۱ ،برای هر فیبر به طور جداگانه وجود ندارد. علاوه بر این در شبکه‌های حلقه‌ای چندگانه، همان طور که در شکل ۳ نشان داده شده است، به ظرفیت‌های بیشتر در پیوندهای مواصلاتی (Inter Conneching Rinks)نیاز هست.
در شبکه‌های سراسری انتها به انتها، شبکه نوری یکپارچه، مزایای بسیار زیادی دارند. ارائه بلادرنگ خدمات باند عریض، یکی از ابزارهای مهم در افزایش تقاضای ناگهانی پهنای باند به شمار می‌آید. در ساختار حلقه که ذاتاً چندین حوزه مدیریتی دارد، ارائه چنین خدماتی، زمان طولانی‌تری را به خود اختصاص می‌دهد.
فناوری شبکه نوری مبتنی بر طول موج نوری (Optical Switching)استفاده می‌کند، نسل بعد شبکه‌های زیردریایی را محقق می‌کند. با استفاده از سیستم‌های OXC،قابلیت‌های چون افزایش پیاده‌سازی و اتصال متقابل طول موج‌های مبتنی بر کانال، که کلید کاربری مؤثر شبکه نوری محسوب می‌شود، میسر می‌گردد.
با استفاده از سیستم‌های OXCو فناوریDWDM،لایه ترابری نوری مبتنی بر طول موج تعریف می‌شود که بر اساس آن زیر ساخت فیبر به صورتی پویا تسهیم می‌شود. در نتیجه این قابلیت به وجود می‌آید که بتوان به صورت پویا، کانال‌های طول موجی انتها به انتها را واگذار کرد. برای مدیریت و کنترل شبکه نوری مبتنی برOXCدر مقیاس بزرگ، توانایی و اجرای خودکار تشخیص پیونده(Link)و گره الزامی است. برای ایجاد چنین کارکردهایی فناوری MPLSبه اضافه سیستم‌های پایگاه داده، مثل پیونده شبکه و وضعیت گره‌ها باید در حوزه نوری مورد استفاده قرار گیرند.شبکه نوری که توسط سطح کنترلی G-MPLSمدیریت می‌شود، دارای این قابلیت است که بلادرنگ خود را بر اساس سطوح سرویس مورد نظر مشتری، آرایش مجدد کند.
در اینجا این خود شبکه است که در هنگام اضافه شدن گره‌های جدید، مسیرهای جدید را به طور خود کار شناسایی می‌کند. در واقع این عمل، نوعی شبکه نوری هوشمند را ایجاد می‌کند. علاوه بر این ترافیک IP نیز از طریق صفحه کنترلی مشابه و از طریق واسطه‌های UNI،ترابری می‌شود. مشخصات این صفحه کنترلی جدید در ITU، در حال استاندارد شدن است.
● ارزش شبکه‌های جدید زیر دریایی
یکی از نیازهای شبکه‌های فرابر جهانی و فرابرهایی که ارائه دهنده ظرفیت به سایر فرابرها می‌باشند
(Carrier`sCarrier) اتصال دهندگی شهر به شهر در شبکه‌های داده‌های جهانی خود می‌باشد. آنها باید دارای این توانایی باشند که باند عریض را حداقل در سطح STM۱۶ و به روش مقرون به صرفه و اقتصادی واگذار کنند.
هدف اصلی، واگذاری اتصالات طول موجی است که در کل شبکه یکپارچه زیردریایی و زمینی از فناوری لایه نوری استفاده کند. به کارگیری شبکه‌های داده برای اتصال مراکز حضور یا POP، در طول شبکه‌های زیردریایی جهانی، از نظر دسترسی جهانی به خدمات ISPها و همچنین توسعه تجارت الکترونیک ISPبسیار مهم تلقی می‌شوند. اتصال دهندگی مبتنی بر طول موج، منجر به ساده شدن ساختار شبکه می‌شود. مراکز دنیا، معمولاًدر ناحیه شهری قرار داده می‌شود که از طریق اتصال طول موج مستقیم به سایر مراکز داده‌ای متصل می شود. این طرح در مقایسه با وضعیتی که ترافیک داده از طریق تعداد زیادی هاپ و مسیریاب IPو تجهیزات STM/SDHترابری می‌شود، خیلی ساده‌تر است. صرفه اقتصادی، به سبب کم شدن هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری، یکی دیگر از مزایای اتصال مستقیم می‌باشد. از سوی دیگر اتصال انتها به انتها و مستقیم، ارائه سریع پهنای باند را فراهم می‌آورد. در واقع واگذاری طول موج انتها به انتها، پهنای باند را تبدیل به یک کالا می‌کند و ظرفیت بر مبنای در خواست مشتری، به عنوان یک کالا به فروش می‌رسد.
از همین رو، فروش ظرفیت بر اساس IRU ارزش کمتری خواهد شد. در اتصالات طول موج، تجهیزات مشتری نیاز به واسطه ندارد و دسترسی با هزینه کم و آسان، اتصالات اینترنت را امکان پذیر می‌کند. شبکه مبتنی بر طول موج ساز و کارهای مختلف پشتیبانی شبکه را پوشش و خدمات متنوعی را به انضمام مهندسی ترافیک ارائه می‌دهد.
● اعتبار شبکه یکپارچه زمینی و زیردریایی مبتنی بر OXC
برای اعتبار دهی به مفاهیم گفته شده، آزمایشگاه (KDD-SCS)KDDI با همکاری شرکت لوسنت تکنولژیا، آزمون شبکه‌سازی زیردریایی را انجام داده است که مفهوم تکامل و کاربرد شبکه‌های نوری زمینی و زیر دریایی یکپارچه را ارائه می دهد. در این آزمون فناوری زیردریایی KDD-SCS و فناوری ترابری زمینی لوسنت تکنولژیا آمیخته شده است.
▪ مؤلفه‌های سخت‌افزاری اصلی این آزمون عبارتند از:
- سیستم KDD-SCS که شبکه‌سازی زیر دریایی با ظرفیت ۱۰Gbpsبه انضمام ارتقاءکاربرد FECجدید را ارائه می‌دهد.
- امکانات آزمون برای شبیه سازی تقویت کننده‌های نوری انتقال در عرض اقیانوس DWDM
- سیستم نوری OLSموسوم بهWave Streamمتعلق به لوسنت تکنولژیا فراهم‌کننده انتقال DWDM ۱۰ مگابات ثانیه زمینی
مسئله اصلی در یکپارچه‌سازی شبکه‌های زیردریایی، تامین تجهیزات تبدیل سیگنال دهی و همچنین وفق دادن مشخصات تجهیزات واسطه‌ای است.
میان کاری بین تجهیزات OXC,SLTEاز جمله تلاش‌های عمده‌ای است که در تامین خدمات جدید مبتنی بر طول موج صورت گرفته‌است. در عین حال، اتصال دهندگی شبکه یکپارچه بین تجهیزات زمینی وزیردریایی منجر به سیستم‌های مدیریتی شبکه یکنواخت جهانی می‌شود. نتایج آزمون شبکه سازی حاکی از تامین سریع طول موج انتها به انتها، مسیر پشتیبانی نوری متشکل از عناصر شبکه زمینی و زیردریایی و همچنین ترابری ترافیک IP ازطریق اتصال دهندگی طول موج کانال شبکه زمینی می‌باشد.
● الگوهای شبکه سیستم زیر دریایی نسل جدید
شبکه مبتنی بر OXC به سادگی با قرار دادن OXC در هر گره در شبکه جهانی فرابر خصوصی قابل اجرا واستفاده است. از سوی دیگر، بکارگیری شبکه جهانی OXCدر شبکه زیر دریایی مشترک متعلق به کنسرسیومی متشکل از چند فرابر، مقداری پیچیده است چرا که هر شرکت فرابر باید یحتمل از OXCهای ساخت شرکت خاصی در شبکه زمینی خود استفاده وبه همان صورتی که سایر شرکت‌های فرابر اتصال انتها به انتها را بر قرار می کنند، عمل کنند.
یکی از روش‌ها، استفاده ازBGPنظیر به نظیر حوزه‌های شبکه‌های مختلف است که در شکل شماره ۷ نشان داده شده است. هر شرکت فرابر از طریق تجهیزات موسوم بهNNIو با همبندی نظیر به نظیرBGP به شبکه زیردریایی متصل می‌شود و به صورت تسهیمی از این شبکه استفاده می‌کند. سهم هر فرابر به منزله شبکه خصوصی VPN آنها می‌باشد.
روش دیگر، تسهیم شبکه مبتنی بر زوج‌های فیبر می‌باشد. با بخش کردن شبکه نوری به زوج‌های فیبر، هر شرکت فرابر قادر است سهمی از ساختار شبکه زیردریایی را به خود اختصاص دهد. شبکه هر فرابر(Carrier)، یک سیستم OXC است که ساخت فروشنده خاصی می‌باشد که به ایستگاه زمینی متصل شوند. این مسئله در شکل ۸ نشان داده شده است.
در این ساختار، این شرکت‌ها قادرند هر یک بطور مستقل، شبکه‌ای را شکل دهند و مسائل مربوط به میان کاری تجهیزات ساخت فروشنده‌های مختلف را رفع کنند.
نتیجه گیری: در این مقاله نشان داده است که ساختار شبکه نوری که از تجهیزات مبتنی بر طول موج و همبندی سوددهی نوری استفاده می‌کند.
▪ قادر است شبکه زیر دریایی نسل جدید را متحقق کند و قابلیت‌های زیر را ارائه دهد:
- یکپارچگی شبکه‌های زمینی و زیر دریایی، ارتقاء مسائل اقتصادی، قابلیت توسعه و انعطاف و مدیریت شبکه
- ترابری کارا و مؤثر ترانک داده و IPجهانی انتها به انتها.

نویسنده:شو یا ما مو تو
آزمایشگاهKDDI-آمریکا
برگردان :پیمان رضایی

منبع : ماهنامه دنیای مخابرات و ارتباطات