سویچینگ نوری در شبکه‌های کابل زیر دریایی

● بكارگیری تجهیزات سویچینگ نوری Coptical Switchinglدرنسل بعد شبكه‌های كابل زیردریایی
روند روبه توسعه فناوری‌های DWDM در شبكه‌های گسترده فیبرنوری، انتقال ظرفیت فشرده شده را ازطریق شبكه‌های كابل زیردریایی ممكن ساخته است.
در حال حاضر، سیستم‌های كابل 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 كابل زیر دریایی به ۴و۱۲زوج سبب شده است كه ظرفیت این كابل‌ها به حدود ۱۰ترابیت/ثانیه ارتقاء یابد. این قابلیت نیازفزاینده آتی پهنای باند ترافیك داده بین‌المللی را بر آورده می‌كند.
یكی دیگر از نیازهایی كه نسل بعد كابل‌های زیر دریایی باید به‌آن پاسخ دهد، اتصال كابل زیر دریایی به خود مراكز مخابراتی به جای ایستگاه‌های زمینی (Land Station)می‌باشد.این امر سبب می‌شود كه سیستم‌های زمینی كلان شهرها، مستقیما به ظرفیت كابل زیر دریایی متصل و از مزایای آن بهره‌مند شوند.
در این حالت، در صورتی كه بخواهیم با استفاده از ساختار شبكه حلقه‌ایی مبتنی بر SDH، شبكه یكپارچه DWDM زمینی وزیردریایی ایجاد كنیم، مشكلاتی از قبیل توسعه ناپذیری شبكه، عدم مدیریت و كنترل شبكه وهمچنین محدویت فضا و قیمت بوجود می آید.
اعتقادبر این است كه بكارگیری فناوری‌های سوددهی نوری (Optical-Switching)یكی از راه حل‌های اساسی حل چنین مشكلات می‌باشد.
در این مقاله، راجع به ساختارهای شبكه زیردریایی نسل بعد و پاسخ گویی آنها به نیازهای جدید و پیش رو-مطالبی ذكر خواهد شد. در ساختار پیشنهادی، از طول موج‌های شبكه اتصال متقابل نوری موسوم بهOXC (Optical cross)در گره‌های شبكه هردوایستگاه كابلی (Cable Station)و مركز تلفن كلان شهرها استفاده می‌شود. در این ساختار، شبكه‌های مبتنی بر OXC، با استفاده از آرایش و همبندی (Topology)شبكه نوری (Mesh Network) سبب ساده‌تر شدن ساختار شبكه اصلی، قابلیت توسعه و كارایی و بهره‌برداری بهتر از پهنای باند می‌شوند.
شبكه‌های حلقه‌ای زیر دریایی مبتنی بر SDHشبكه‌های حلقه‌ای زیر دریایی اقیانوس گستر، ابتدا در سال ۱۹۹۵ در شبكه‌های كابل زیر دریایی TAD۱۲و۱۳وTPT-۵استفاده شدند.
این شبكه‌ها با استفاده از تجهیزات حلقه تسهیمی و ساز و كار رفع خرابی خود كار عمل و برای پشتیبانی شبكه حلقه SDH، به هنگام بروز خرابی‌ها، از پروتكل APSكه استاندارد ITU است، استفاده می‌كنند.
تجهیزات پشتیبانی یا حفاظت شبكه (NPE)، كه شبكه حلقه ۴ فیبره را پشتیبانی می‌كند، به نحوی تعریف شده است كه با Aاستاندارد جی ۸۴۱ ITUهمخوانی داشته باشد. در حال حاضر، این ساختار عمدتا ًبرای شبكه‌های زیر دریایی منطقه‌ایی و اقیانوس گستر پذیرفته شده است.
NPE،كه در واقع وظیفه پشتیبانی شبكه را به عهده دارد، در ایستگاه كابلی نصب می‌شود. عمل افزودن یا پیاده‌سازی ظرفیت NPE را سیستم‌های پشتیبانی زمینی بر فناوری SONET/SDH در مراكز عمده مخابراتی تبادل ترافیكی، انجام می‌دهد.
دراین ساختار، هر یك از سیستم‌ها، ساختار مدیریتی خاص خود را دارد. مسئله مدیریت مختلف از نظر بهره‌برداری، وجود سكوی انحصاری متمركز بهتر است، در مدیریت‌های انحصاری و تك قطبی ،سیستم‌های زمینی و زیر دریایی، مسائلی چون خودكار سازی(Economies of Scale)باید در نظر گرفته شود.
در دهه‌های قبل، شبكه‌های زیردریایی بر اساس قراردادهای ساخت ونگهداری، بین كنر سیلی مركب از چندین شركت مخابراتی مجاز انجام می‌شده است ولی با جهانی شدن و مقررات زدایی بخش مخابرات ،شركت های مخابراتی فرابر جهانی (Globel Carrier) ،تجارت جدیدی را آغاز كرده‌اند به نام تجارت فرابری فرابرهاCarrier`s Carrier) (Business این شركت‌ها با احداث شبكه‌های كابل‌های زیردریایی خصوصی، دسترسی را برای ISPهای كلان شهرها فراهم كرده‌اند.
همان طور كه گفته شد، در شبكه‌های حلقه‌ایی مبتنی بر NPE، در زمانی كه قاپ STMسیستم SDH ،توسط خود سیستم SDH ، به سرعت‌های پایین‌تری، پیاده‌سازی می‌شود، برای نصب پشتیبانی شبكه (NPE)و تجهیزات شبكه 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 كاهش اندازه و تعداد تجهیزات، باید از فناوری بسته‌ای استفاده كرد.
در سیستم‌های زیردریایی DWDM،هزینه عمده، هزینه بخش پایانه (Terminal)است كه هزینه واحدها نیز ممكن است به آن افزوده شود. در اینجا، هزینه تجهیزات پایانه به نسبت تعداد طول موج‌های سیستم، افزایش می‌یابد. در سیستم ترابیت، در صورتی كه همین ساختار شبكه مورد استفاده قرار گیرد، هزینه تجهیزات پایانه، به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. بنابراین كاستن از هزینه‌های كلی پایانه، اهمیت خاصی دارد.
شواهد وقرائن فعلی، حكایت از رشد ترافیك دنیا، در مقیاسی بیشتر از ترافیك صوتی TDMدارد اخیراً، ترافیك 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 كاهش یافته است. بسیاری از فروشندگان در صدد شكل دهی و توسعه راه حلی هستند كه بتواندترافیكIP را مستقیما از طریق DWDMحمل كنند.
وضعیت فعلی صنعت، استفاده از فناوری‌هایی است كه طول موج‌های شبكه‌ایی را پشتیبانی كنند و بتواند سیگنال نوری را بدون توجه به قالب (Format)اآن حمل كند. تبدیل قالب سیگنال، تجمع سیستم‌های فرعی و مسائل مربوط به نگهداری و بهره‌برداری باید در حاشیه شبكه‌ها قرار گیرند. از آنجایی كه شبكه‌های مبتنی بر طول موج، قادرند كه قالب‌های مختلف سیگنال را روی سكوی مشترك قرار دهند و هم چنین با توجه به ساده‌تر شدن ساختار شبكه‌های ترابری و به حداقل رسیدن تجهیزات، مدیریت چندگانه از بین می‌رود. در شبكه‌های كابلی زیر در یایی مبتنی بر طول موج، بخش عمده‌ایی از تجهیزات فرعی ومواصلاتی SDH/SONNET تحت‌الشعاع تجهیزات شبكه‌های لایه‌ای نوری قرار می گیرد. حداقل سازی (كمینه سازی)تجهیزات شبكه سبب كاهش عمده هزینه‌های سیستم خواهد شد.
● شبكه نوری مبتنی برOXC
پشتیبانی و حفاظت سریع، از مقوله‌های مهم واصلی شبكه‌های زیر دریایی فعلی برای جلوگیری از قطع مكالمات صوتی می‌باشد.
حفاظت سیستمی حلقه‌ای تسهیمی، از حالت پشتیبانی و بازگردانی شبكه نوری، سریع‌تر است.علت این امر، ساده‌تر بودن ساختار و استفاده از ظرفیت پشتیبانی ۱:۱ ذخیره (Reserve)می‌باشد. شایان ذكر است كه پشتیبانی ۱+۱مطابق با استاندارد پشتیبانی ۵۰ میلی ثانیه می‌باشد. در مجموع، شبكه نوری، با توجه به مشخص نبودن میزان دقیق زمان قطعی، نسبت به شبكه حلقه‌ای، قابلیت انعطاف‌پذیری بیشتری دارد. از سوی دیگر، شبكه‌های نوری مجهز به شبكه پشتیبانی با كارایی بسیار بالاتری نسبت به شبكه‌های حلقه‌ای هستند. در شبكه پشتیبانی نوری، عموما گزینه‌های زیادی برای مسیر پشتیبانی وجود دارد و قابلیت حفاظت N+۱نیز در این سیستم گنجانده شده است.
به همین دلیل، شبكه‌های نوری در سناریو‌های خرابی و قطعی‌های مكرر، كارایی بهتر و كاربرد بالاتری دارند. از آن سو، در شبكه‌های حلقه‌ای، حالت پشتیبانی N>۱ N:۱ ،برای هر فیبر به طور جداگانه وجود ندارد. علاوه بر این در شبكه‌های حلقه‌ای چندگانه، همان طور كه در شكل ۳ نشان داده شده است، به ظرفیت‌های بیشتر در پیوندهای مواصلاتی (Inter Conneching Rinks)نیاز هست.
در شبكه‌های سراسری انتها به انتها، شبكه نوری یكپارچه، مزایای بسیار زیادی دارند. ارائه بلادرنگ خدمات باند عریض، یكی از ابزارهای مهم در افزایش تقاضای ناگهانی پهنای باند به شمار می‌آید. در ساختار حلقه كه ذاتاً چندین حوزه مدیریتی دارد، ارائه چنین خدماتی، زمان طولانی‌تری را به خود اختصاص می‌دهد.فناوری شبكه نوری مبتنی بر طول موج نوری (Optical Switching)استفاده می‌كند، نسل بعد شبكه‌های زیردریایی را محقق می‌كند. با استفاده از سیستم‌های OXC،قابلیت‌های چون افزایش پیاده‌سازی و اتصال متقابل طول موج‌های مبتنی بر كانال، كه كلید كاربری مؤثر شبكه نوری محسوب می‌شود، میسر می‌گردد.
با استفاده از سیستم‌های OXCو فناوریDWDM،لایه ترابری نوری مبتنی بر طول موج تعریف می‌شود كه بر اساس آن زیر ساخت فیبر به صورتی پویا تسهیم می‌شود. در نتیجه این قابلیت به وجود می‌آید كه بتوان به صورت پویا، كانال‌های طول موجی انتها به انتها را واگذار كرد. برای مدیریت و كنترل شبكه نوری مبتنی برOXCدر مقیاس بزرگ، توانایی و اجرای خودكار تشخیص پیونده(Link)و گره الزامی است. برای ایجاد چنین كاركردهایی فناوری MPLSبه اضافه سیستم‌های پایگاه داده، مثل پیونده شبكه و وضعیت گره‌ها باید در حوزه نوری مورد استفاده قرار گیرند.
شبكه نوری كه توسط سطح كنترلی G-MPLSمدیریت می‌شود، دارای این قابلیت است كه بلادرنگ خود را بر اساس سطوح سرویس مورد نظر مشتری، آرایش مجدد كند.
در اینجا این خود شبكه است كه در هنگام اضافه شدن گره‌های جدید، مسیرهای جدید را به طور خود كار شناسایی می‌كند. در واقع این عمل، نوعی شبكه نوری هوشمند را ایجاد می‌كند. علاوه بر این ترافیك IP نیز از طریق صفحه كنترلی مشابه و از طریق واسطه‌های UNI،ترابری می‌شود. مشخصات این صفحه كنترلی جدید در ITU، در حال استاندارد شدن است.
● ارزش شبكه‌های جدید زیر دریایی
یكی از نیازهای شبكه‌های فرابر جهانی و فرابرهایی كه ارائه دهنده ظرفیت به سایر فرابرها می‌باشند (Carrier`sCarrier) اتصال دهندگی شهر به شهر در شبكه‌های داده‌های جهانی خود می‌باشد. آنها باید دارای این توانایی باشند كه باند عریض را حداقل در سطح STM۱۶ و به روش مقرون به صرفه و اقتصادی واگذار كنند.
هدف اصلی، واگذاری اتصالات طول موجی است كه در كل شبكه یكپارچه زیردریایی و زمینی از فناوری لایه نوری استفاده كند. به كارگیری شبكه‌های داده برای اتصال مراكز حضور یا POP، در طول شبكه‌های زیردریایی جهانی، از نظر دسترسی جهانی به خدمات ISPها و همچنین توسعه تجارت الكترونیك ISPبسیار مهم تلقی می‌شوند. اتصال دهندگی مبتنی بر طول موج، منجر به ساده شدن ساختار شبكه می‌شود.
مراكز دنیا، معمولاًدر ناحیه شهری قرار داده می‌شود كه از طریق اتصال طول موج مستقیم به سایر مراكز داده‌ای متصل می شود. این طرح در مقایسه با وضعیتی كه ترافیك داده از طریق تعداد زیادی هاپ و مسیریاب IPو تجهیزات STM/SDHترابری می‌شود، خیلی ساده‌تر است. صرفه اقتصادی، به سبب كم شدن هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری، یكی 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 یك كالا می‌كند و ظرفیت بر مبنای در خواست مشتری، به عنوان یك كالا به فروش می‌رسد.
از همین رو، فروش ظرفیت بر اساس IRU ارزش كمتری خواهد شد. در اتصالات طول موج، تجهیزات مشتری نیاز به واسطه ندارد و دسترسی با هزینه كم و آسان، اتصالات اینترنت را امكان پذیر می‌كند. شبكه مبتنی بر طول موج ساز و كارهای مختلف پشتیبانی شبكه را پوشش و خدمات متنوعی را به انضمام مهندسی ترافیك ارائه می‌دهد.
● اعتبار شبكه یكپارچه زمینی و زیردریایی مبتنی بر OXC
برای اعتبار دهی به مفاهیم گفته شده، آزمایشگاه (KDD-SCS)KDDI با همكاری شركت لوسنت تكنولژیا، آزمون شبكه‌سازی زیردریایی را انجام داده است كه مفهوم تكامل و كاربرد شبكه‌های نوری زمینی و زیر دریایی یكپارچه را ارائه می دهد. در این آزمون فناوری زیردریایی KDD-SCS و فناوری ترابری زمینی لوسنت تكنولژیا آمیخته شده است.
▪ مؤلفه‌های سخت‌افزاری اصلی این آزمون عبارتند از:
- سیستم KDD-SCS كه شبكه‌سازی زیر دریایی با ظرفیت ۱۰Gbpsبه انضمام ارتقاءكاربرد FECجدید را ارائه می‌دهد.
- امكانات آزمون برای شبیه سازی تقویت كننده‌های نوری انتقال در عرض اقیانوس DWDM
- سیستم نوری OLSموسوم بهWave Streamمتعلق به لوسنت تكنولژیا فراهم‌كننده انتقال DWDM ۱۰ مگابات ثانیه زمینی
مسئله اصلی در یكپارچه‌سازی شبكه‌های زیردریایی، تامین تجهیزات تبدیل سیگنال دهی و همچنین وفق دادن مشخصات تجهیزات واسطه‌ای است.
میان كاری بین تجهیزات OXC,SLTEاز جمله تلاش‌های عمده‌ای است كه در تامین خدمات جدید مبتنی بر طول موج صورت گرفته‌است. در عین حال، اتصال دهندگی شبكه یكپارچه بین تجهیزات زمینی وزیردریایی منجر به سیستم‌های مدیریتی شبكه یكنواخت جهانی می‌شود. نتایج آزمون شبكه سازی حاكی از تامین سریع طول موج انتها به انتها، مسیر پشتیبانی نوری متشكل از عناصر شبكه زمینی و زیردریایی و همچنین ترابری ترافیك IP ازطریق اتصال دهندگی طول موج كانال شبكه زمینی می‌باشد.
● الگوهای شبكه سیستم زیر دریایی نسل جدید
شبكه مبتنی بر OXC به سادگی با قرار دادن OXC در هر گره در شبكه جهانی فرابر خصوصی قابل اجرا واستفاده است. از سوی دیگر، بكارگیری شبكه جهانی OXCدر شبكه زیر دریایی مشترك متعلق به كنسرسیومی متشكل از چند فرابر، مقداری پیچیده است چرا كه هر شركت فرابر باید یحتمل از OXCهای ساخت شركت خاصی در شبكه زمینی خود استفاده وبه همان صورتی كه سایر شركت‌های فرابر اتصال انتها به انتها را بر قرار می كنند، عمل كنند.
یكی از روش‌ها، استفاده ازBGPنظیر به نظیر حوزه‌های شبكه‌های مختلف است كه در شكل شماره ۷ نشان داده شده است.
هر شركت فرابر از طریق تجهیزات موسوم بهNNIو با همبندی نظیر به نظیرBGP به شبكه زیردریایی متصل می‌شود و به صورت تسهیمی از این شبكه استفاده می‌كند. سهم هر فرابر به منزله شبكه خصوصی VPN آنها می‌باشد.
روش دیگر، تسهیم شبكه مبتنی بر زوج‌های فیبر می‌باشد. با بخش كردن شبكه نوری به زوج‌های فیبر، هر شركت فرابر قادر است سهمی از ساختار شبكه زیردریایی را به خود اختصاص دهد. شبكه هر فرابر(Carrier)، یك سیستم OXC است كه ساخت فروشنده خاصی می‌باشد كه به ایستگاه زمینی متصل شوند. این مسئله در شكل ۸ نشان داده شده است.
در این ساختار، این شركت‌ها قادرند هر یك بطور مستقل، شبكه‌ای را شكل دهند و مسائل مربوط به میان كاری تجهیزات ساخت فروشنده‌های مختلف را رفع كنند.
● نتیجه گیری:
در این مقاله نشان داده است كه ساختار شبكه نوری كه از تجهیزات مبتنی بر طول موج و همبندی سوددهی نوری استفاده می‌كند. قادر است شبكه زیر دریایی نسل جدید را متحقق كند و قابلیت‌های زیر را ارائه دهد:
یكپارچگی شبكه‌های زمینی و زیر دریایی، ارتقاء مسائل اقتصادی، قابلیت توسعه و انعطاف و مدیریت شبكه
ترابری كارا و مؤثر ترانك داده و IPجهانی انتها به انتها.

نویسنده:شو یا ما مو تو
برگردان :پیمان رضایی

منبع : بانک اطلاعات مهندسی برق