شبکه محلی نوری غیر فعال (POL) چه مزایایی ارائه می‌کند؟

کابل‌های مسی قدمت زیادی دارند و به نظر می‌رسد به پایان عمر خود نزدیک شده‌اند، زیرا در برخی مواقع کابل‌های مسی به عنوان یکی از نقاط ضعف شبکه‌ها شناخته می‌شوند. از زمانی که سرویس‌هایی مانند پخش ویدیو و ارتباطات بی‌سیم فرا‌گیر شده‌اند این نگرانی به وجود آمده که شاید کابل‌کشی سنتی مسی نتواند از عهده انتقال حجم زیادی از داده‌ها برآید. بر همین اساس کارشناسان شبکه به سراغ راه‌حل‌های مبتنی بر فیبرنوری رفته‌اند. شبکه محلی نوری غیر فعال POL سرنام Passive Optical LAN یک راه‌‌حل ارتباطی است که برای شبکه‌هایی با دسترسی به فیبر نوری توسعه پیدا کرده‌ است.

معماری شبکه نوری غیر فعال

به‌طور کلی فناوری شبکه نوری غیرفعال در محدوده شبکه محلی را یک سیستم خصوصی اف‌تی‌تی ایکس می‌نامند. به‌طورکلی ساختار شبکه نوری غیر فعال بین خط (line) پایانه نوری OLT و یونیت ONU به وجود می‌آید. خط (line) پایانه‌های نوری در محل اتاق سرور قرار دارد و کافوهای نوری (ONU) در نزدیکی مشترکین قرار می‌گیرد.

در فناوری شبکه نوری غیر فعال در هر دو طرف دانلود (مرکز به‌ طرف مشترک) و بارگذاری (مشترک به‌ طرف مرکز) از طول ‌موج استفاده می‌شود. طول‌موج‌ها روی فیبر نوری از طریق واحدهای ماکس و دماکس مالتی پلکس انتقال می‌یابد.به عبارت دیگری POL را نوعی از WDM می‌نامند. برنامه‌ریزی و پیاده‌سازی شبکه محلی پسیو نوری غیر فعال از دو بخش برای توزیع‌کننده طبقه (Floor distributor) پدید آمده است. بر مبنای چنین ساختاری می‌توان با اطمینان خاطر شبکه محلی مبتنی بر شبکه نوری غیر فعال را پیاده‌سازی کرد. در زمان کابل‌کشی ساخت‌یافته کلاسیک کابل فیبر نوری چند حالته برای backbone کابل‌کشی عمودی برای تغذیه سوئیچ اترنت در توزیع‌کننده طبقه (Floor distributor) مورد استفاده قرار می‌گیرد. متقارن با آن کابل مسی (زوج به‌هم‌تابیده) برای کابل‌کشی به ترمینال خروجی (پریز) مورد استفاده قرارگرفته‌است. با هدف به حداکثر رساندن مزایا، زیرساخت‌های شبکه نوری محلی LAN باید بر مبنای خط‌مشی‌های کابل‌کشی ساخت یافته پیاده‌سازی شوند. به‌طور معمول این استانداردها و خط‌مشی‌ها از شش بخش عملیاتی در فناوری شبکه نوری غیر فعال پیروی می‌کنند. این شش بخش توزیع‌کننده ساختمان (Building distributor)، کابل‌کشی ستون فقرات (Backbone cabling)، توزیع‌کننده طبقه (Floor distributor)، کابل‌کشی افقی (Horizontal cabling)، نقطه تثبیت (Consolidation point) و ترمینال خروجی (Terminal outlet) شکل می‌گیرند.

هم‌بندی شبکه محلی نوری غیر فعال

در فناوری شبکه نوری غیر فعال، ساختار توپولوژی بین خط ترمینال نوری OLT و یونیت ONU وجود دارد. طرز قرار گرفتن واحدهای نوری ONU و ارتباط آن‌ها با لاین ترمینال نوری سه نوع توپولوژی ایجاد می‌کند و یک کوپلر ۱x۲ و یک اسپلیتر ۱xN عناصر اصلی این توپولوژی هستند. در ساختار اصلی توپولوژی، شبکه دسترسی برای حفاظت به سوئیچ حفاظتی سریع احتیاج دارد و در این حالت چندین مسیر ارتباطی بین خط (line) ترمینال و واحد نوری به‌صورت حفاظتی قابل سوئیچ کردن می‌باشد. برای توپولوژی POL مسیر دانلود (از OLT به‌ طرف واحدهای نوری ONU) یک PON همانند یک شبکه نقطه به چند نقطه (Point to Multi Point) عمل می‌کند، اما در مسیر دانلود (از ONU به ‌طرف OLT) POL همانند یک شبکه چند نقطه به یک نقطه (Multi Point to Point) می‌باشد و واحدهای نوری همه اطلاعات را به‌طرف لاین ترمینال مخابره می‌کنند.

شبکه محلی نوری غیر فعال چه مزایای مشخص دارد؟

شبکه محلی نوری غیر فعال یک راه حل مؤثر برای ارتباطات مخابراتی هست و می‌توان پروتکل‌های ارتباطی مختلف را به‌راحتی به یک معماری شبکه واحد تبدیل کند. پس یکی از مزیت‌های POL استفاده این تکنولوژی در نصب و راه‌اندازی شبکه‌های بزرگ و گسترده LAN است که دارای تعداد زیادی محیط کاری با پهنای باند متوسط هست. فناوری فوق بیشتر توسط شرکت‌های استفاده می‌شود که به دلیل فاصله انتقال گسترده به دسته‌های کوچک‌تر که از یکدیگر فاصله دارند، تشکیل می‌شوند که نمونه‌هایی از آن‌ها محیط هتل‌ها و محیط‌های دانشگاهی است. یکی دیگر از مزایای فناوری POL در دسترس بودن مستقیم به کاربران نهایی داخل ساختمان‌ها مانند مراکز خرید است. نصب و راه‌اندازی یک زیرساخت POL در شرایطی به وجود می‌آید که با فضای محدود برای اجرای کابل‌کشی و توزیع‌کنندگان طبقه به بهترین وجه مشخص شکل بگیرد. شبکه محلی نوری غیر فعال بر اساس زیرساخت شبکه در کابل‌کشی عمومی انجام می‌شود. از مهم‌ترین مزایای فناوری فوق می‌توان به اضافه کردن قابلیت شبکه و ضریب اعتماد بالای این شبکه به علت اینکه هیچ ابزار اکتیوی در مسیر نیست، کاهش هزینه‌های مرتبط به منابع نوری، زمان کوتاه نصب شبکه، امکان مقیاس افزاینده، استفاده از یک فیبر با ۱۲۸ مشترک و پشتیبانی تعداد زیادی از مشترکین تا برد ۲۰ کیلومتر بدون نیاز به تقویت‌کننده نوری یا ریپیتر  اشاره کرد.

شبکه محلی نوری غیر فعال

شبکه‌های نوری غیر فعال را می‌توان از نظر فناوری تسهیم‌کنندگی استفاده شده به شاخه‌های مختلفی تقسیم کرد. یکی از راه‌های جداسازی کانال‌های بارگذاری در ONU‌ها که براساس تسهیم کردن طول موج است و WDMA سرنام Wavelength Division Multiplexing Access نامیده می‌شود. در این حالت هر ONU در یک طول موج خاص خود به کار گرفته می‌شود. از نظر تئوری این راه حل یک راه حل ساده است ولی هزینه گرانی برای شبکه دسترسی در بردارد. در WDMA یک گیرنده Tunable (قابل تنظیم) در واحد گیرنده نوری در خط ترمینال برای دریافت طول موج‌های مختلف لازم دارد. در تغییر مکان یک مشترک از یک ONU به ONU دیگر طول موج گرفته شده و اختصاصی به مشترک بهم خواهد خورد و سیستم PON به‌درستی عمل نخواهد کرد. به کارگیری لیزر از نوع Tunable در ONU می‌تواند به عنوان راه حلی مطرح شود ولی این نوع واحدهای نوری در تکنولوژی فعلی بسیار هزینه بر است. در تغییراتی ONU‌ها مدولاتورهای خارجی را برای مدوله سازی سیگنال‌های دریافتی از لاین ترمینال نوری (OLT ) و بازگشت آن‌ها در مسیر Upstream به کار می‌گیرند. این راه حل نه تنها ارزان نیست بلکه تقویت کننده‌های جداگانه ای به دلیل تضعیف سیگنال در پروسه انتقال دوطرفه احتیاج دارد. و نیز قطعات نوری گرانقیمت برای محدود کردن سیگنال بازتابشی نیاز است از آنجائیکه در هر دو مسیر Upstream و Downstream همان طول موج بکارمی رود. بنابراین برای انتقال مستقل بایستی N گیرنده در OLT و یک گیرنده در هر واحد نوری ONU داشته باشیم. در تغییری دیگر ONU‌ها از LED‌های ارزان در باند طیفی پهن انشعابی از AWG در مسیر Upstream استفاده می‌کند ولی همچنان نیاز به چندین گیرنده در OLT بر جای می‌ماند.

WDM POL

معماری WDM POL اوایل سال ۱۹۹۰ میلادی معرف شد. در معماری فوق از چندین طول موج با استفاده از فناوری WDM استفاده شده‌،  اما هنوز به شکل گسترده و تجاری استفاده نشده و و هم‌بندی‌های دیگری همچون E-PON و G-PON استفاده می‌شوند. از جمله این دلایل می‌توان به فقدان یک مارکت قابل دسترسی که نیاز به پهنای باند بالا داشته باشد، فناوری ابزاری نه چندان کاربردی و فقدان یک شبکه مناسب و همگام با پروتکل‌ها و نرم‌افزارهای کاربردی اشاره کرد. در طی سال‌های اخیر عوامل بالا تعدیل یافته، با این حال هنوز مشکلاتی وجود دارد. یک ساختار WDM PON با پشتیبانی چندین طول موج بر روی یک فیبر نوری زیرساخت نمی‌تواند تلفات قدرتی اسپلیترهای مورد استفاده در ساختارهای TDMA PON را تحمل کند. در WDM PON هر واحد نوری (ONU) می‌تواند در یک نرخ بالا بسوی بیت ریت کامل یک کانال طول موجی عمل نماید وعلاوه بر این اختلاف طول موجها ممکن است در بیت ریت‌های مختلفی در صورت نیاز عمل نماید، به همین دلیل گونه‌های متفاوتی از سرویس‌ها می‌تواند بر روی همان شبکه پشتیبانی شود. به عبارت دیگر تنظیمات مختلف طول موجها می‌تواند برای پشتیبانی از مشترکین PON‌های مستقل و متمایز بر روی همان قیبر زیرساخت عمل نماید. در مسیر پائین رونده یک WDM PON کانالهای طول موجی عبوری از لاین ترمینال نوری به واحد نوری توسط یک روتر AWG پسیو که در RN مستقر شده، جمع می‌شود. AWG که یک ابزار نوری پسیواست با یک حالت دنباله‌دار و دوره ای چندین طیف نوری حاصل از ورودی را در پورت خروجی جمع می‌کند. برای فواصل دوباره استفاده شده در کانال‌های طول موجی لازم است که برای انتقال چندین طول موج به واحدهای نوری یک منبع چند طول موج درلاین ترمینال نوری استفاده شود. برای مسیر بالارونده، در لاین ترمینال نوری از یک دمالتی پلکسر WDM موازی با یک گیرنده آرایه‌ای برای دریافت سیگنال‌های Upstream استفاده می‌شود. به علت اینکه ارسال‌های بالارونده و پائین رونده در پنجره‌های طول موجی مختلف اتفاق می افتد، هر واحد نوری به یک فرستنده-گیرنده برای ارسال و دریافت روی طول موجهای مخصوص به خود مجهز می‌شود.

این نوع شبکه‌های نوری پسیو Passive Optical LAN که همان در تقسیم‌بندی WDMA PON می‌باشد چندین طول موج در یک رشته از فیبر برای افزایش ظرفیت شبکه بدون افزایش نرخ دیتا بکار می‌رود. طرح‌های مختلفی پیشنهاد شده‌است ولی کانون اکثریت معماری شبکه آن‌ها به شیوه‌هایی است که در آن یک روتر نوری پسیو جایگزین اسپلیتر نوری مورد استفاده در PON‌های دیگر شده‌است. در این طرح هر جفت لاین ترمینال و واحد نوری یک طول موج اختصاصی دارند و بنابراین دو واحد ارسال ودریافت در لینک نقطه به نقطه خود لازم دارند. یک روتر شبکه‌های نوری پسیو Passive Optical LAN در محل گره دور قرارداده می‌شود و توسط AWG یا یک مجموعه ای از فیلترهای فیلم باریک (TFFs) تحقق می یابد. یک AWG می‌تواند بر روی چندین رنج طیفی آزاد عمل نماید و اجازه دارد درهر دو مسیر بالارونده و پائین رونده مورد استفاده قرار گیرد. برای بکارگیری AWG در محیط بیرونی نیاز به طراحی خاصی است زیرا یک AWG در حدود ۵dB تلفات نوری دارد که این ۱۲dB کمتر از آنچه است که در یک Power Splitter از نوع ۱:۳۲ بکار میرود. یک طراح WDM PON باید روی اختصاص طول موج‌ها و نیز فاصله آن‌ها مبتنی بر مشخصات مورد نیاز تصمیم بگیرد. در این راستا دو نوع گزینه عمده CWDM-PON و DWDM-PON وجود دارد. تمامی خط‌ها ترمینال‌ها و واحدهای نوری شامل فرستنده و گیرنده و مالتی پلکسر نوری هستند و قسمت‌های گیرنده و فرستنده به تلفات و پروتکلهای مربوطه وابستگی دارند و مالتی پلکسرها و دمالتی پلکسرها که در RN گسترش یافته‌اند متغیر هستند.

CWDM-PON

فواصل طول موجی بیشتر از ۲۰ نانو مترعموماً CWDM نامیده می‌شود. اگر محدوده طول موجی کامل ۱۲۷۱-۱۶۱۱ نانو متر که در استاندارد ITU G۶۹۴٫۳ آورده شده‌ به صورت فواصل ۲۰ نانو متر استفاده شوند، پس در مجموع ۱۸ کانال CWDM قابل دسترسی خواهد بود. یک نوع از فیبر نوری که در استاندارد ITU G.۶۵۲ C&D تعریف شده‌است و دارای خاصیت مؤلفه پیک آب پائین است و تلفات توانی آن نیز در رنج ۱۴۱۰-۱۳۷۰ نانو متر حذف شده‌، به عنوان فیبر نوری تک مد برای طیف پهن ارسال (CWDM) می‌تواند بکار برود. پارامتر دیسپرشون به گسترش سیگنال بستگی دارد و این پارامتر ممکن است فاصله انتشار را به‌طوری که نرخ اطلاعات بالاتر شود محدود نماید. از این رو تنظیم محض طول موج‌ها برای شبکه نوری پسیو از نوع CWDM نیاز نیست و قسمت کنترل حرارتی لازم ندارد و ایجاد آن نسبت به DWDM-PON ارزان تر است. از این رو طول موج مالتی پلکسر با کراستاک (همشنوائی ) پائین می‌تواند به‌طور آسان تر برای CWDM انجام وظیفه نماید. با این‌حال بزرگترین عیب CWDM محدودیت تعداد کانال‌های آن است. اشکال دیگر این سیستم این است که کانال‌های طول موج کوتاه تر تلفات بالائی را تحمل می‌کند، در نتیجه محدودیت فاصله ارسال یا محدودیت نرخ انشعاب را به همراه خواهد داشت.

DWDM-PON

این نوع شبکه‌های نوری پسیو Passive Optical LAN با ساختار WDM چگالی بالا، دارای فواصل طول موجی به مراتب کوچک‌تر از CWDM در حد کمتر از ۳ نانو متر است. DWDM برای ارسال طول موج‌های زیادی در یک پهنای باند محدود گسترش یافته‌است و انتظار می‌رود که برای تهیه پهنای باند کافی برای مشترکین زیاد، بسیار مفید باشد و به سیستم نهائی PON بکار رفته وابسته است. رای شبکه لیزری سیستم DWDM از نوع نقطه به نقطه، استاندارد ITU G.۶۰۲ پهنای باند ۱۰۰گیگا هرتز با یک طول موج مرکزی ۱۵۵۳٫۵۲ نانو متر بر روی طول موج ناحیه ای ۱۵۲۸٫۷۷-۱۵۶۳٫۸۶ نانو متر را توصیه می‌کند. این فضای ۱۰۰ گیگا هرتز برای اکثر سیستم‌های DWDM بکار برده شده‌است ولی فضای ۵۰ گیگا هرتز لیزر دیود و فیلترهای نوری بیشتر به صورت تجارتی قابل دسترس هستند و آن‌ها می‌توانند برای افزایش تعداد کانالها و همچنین طول موجهای بدست آمده بالای ۱۶۰۰ نانو متر بکار برده شوند.  برای بهره‌گیری از ویژگی پریودیک AWG، می‌توان با یک AWG در گره ریموت (RN) برای مالتی پلکسینگ و دمالتی پلکسینگ در مسیرهای به ترتیب Downstream و Upstream استفاده نمود. در یک DWDM-PON طول موج هر منبع نوری و طول موج مرکزی فیلت WDM بایستی برای دوری جستن از کراستاک بین کانالهای مجاور کنترل گردد.