وش WDM به عنوان روش اصلی در انتقال اطلاعات در سیستم های نوری از اوایل دهه 1980 مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.
● روش WDM روش WDM به عنوان روش اصلی در انتقال اطلاعات در سیستم های نوری از اوایل دهه 1980 مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. امروزه نیز تلاش های بسیاری برای استفاده بهینه از این روش در کاربردهای مختلف، درحال انجام است. CWDM و DWDM دو روش اصلی مورد استفاده در شبکه های نوری است. متن حاضر در ادامه سلسله مطالب مربوط به شبکه های نوری، به بررسی روش WDM و خصوصیات روش های CWDM و DWDM پرداخته است و آن ها را مورد مقایسه قرار داده است. ● روش WDM اگر نگاهی به مشکلات فعلی صنعت مخابرات، به خصوص در زمینه سرویس دهی به کاربران بیندازیم، به اهمیت WDM بیشتر پی خواهیم برد. اولین چالش پیش روی صنعت مخابرات، افزایش روزافزون تقاضا برای سرعت های بالاتر و در نتیجه پهنای باند بیشتر است؛ به طوری که برخی اعتقاد دارند ظرفیت لازم برای شبکه، هر شش ماه، دو برابر می شود. دومین چالش اساسی موجود، تکنولوژی های گوناگونی است که برای عملیاتی کردن و استفاده از انواع شبکه به کار می روند IP ATM و SONET از جمله این موارد هستند که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و هر یک مزایای خاص خود را دارا هستند؛ اما هر یک به تجهیزاتی برای تبدیل به یکدیگر نیاز دارند. با استفاده از شبکه های نوری و روش WDM می توان تا حد زیادی این مشکلات را برطرف کرد. با استفاده از این روش، می توان به پهنای باندی تا 1600 گیگابیت در ثانیه دست یافت که با استفاده از این پهنای باند، می توان بیش از 30 میلیون تماس تلفنی را فقط با استفاده از یک فیبر منتقل کرد و مشکل تکنولوژی های متفاوت نیز به راحتی حل می شود. با توجه به اینکه اطلاعات بر روی فیبر با استفاده از روش WDM بر روی طول موج های مختلفی ارسال می شود که مستقل از یکدیگر عمل می کنند، لذا می توان 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. ● راه حل های افزایش ظرفیت در شبکه های نوری برای افزایش ظرفیت شبکه، می بایست راه حلی انتخاب شود که اقتصادی باشد و کاربر را برای استفاده از آن ترغیب کند. اولین راه حلی که به ذهن می رسد، استفاده از تعداد بیشتری فیبر برای دسترسی به پهنای باند بالاتر است که این کار اصلاً به صرفه نیست؛ چرا که یک راه حل کاملاً سخت افزاری است که با صرف هزینه و وقت زیاد همراه است. ضمن آنکه استفاده از تعداد فیبر بیشتر، الزاماً امکان ارایه خدمات جدید را برای ISPها فراهم نمی آورد. راه حل دوم افزایش سرعت، استفاده از مالتی پلکسینگ زمانی TDM است که با تقسیم بندی زمانی امکان ارسال اطلاعات بیشتر را بر روی فیبر فراهم می آورد. این روش به طور معمول بر روی شبکه های فعلی مخابرات استفاده می شود؛ اما افزایش ناگهانی سرعت با این روش امکان پذیر است. بنابر استانداردی که تعریف شده است، گام بعدی، دسترسی به سرعت 40 Gbs پس از 10 Gbs است که دستیابی به آن تنها با روش TDM و در آینده نزدیک امکان پذیر نخواهد بود و مستلزم پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات الکترونیکی است. روش TDM هم اکنون در شبکه های انتقال براساس SONET که استاندارد آمریکای شمالی و SDH که استاندارد بین المللی است به کار می رود. قابل ذکر است که SONET و SDH استانداردهایی هستند که برای سیگنال های دیجیتالی تعریف شده اند و سرعت ارتباطات، ساختار بسته ها و رابط های نوری را استاندارد می کنند. راه حل سومی نیز برای ISPها وجود دارد و آن استفاده از روش WDM است. در این روش، به هر یک از سیگنال های نوری ورودی، یک طول موج و یا یک فرکانس خاص داده می شود و سپس تمام سیگنال ها بر روی یک فیبر ارسال می شوند. از آنجا که هر یک از این طول موج ها مستقل از یکدیگر هستند و بر روی هم هیچ گونه تاثیری ندارند، این امکان را به ISPها می دهند تا از امکانات موجود شبکه به طور بهینه بهره بگیرند و بتوانند از تکنولوژی های مختلف استفاده کنند. در واقع، WDM چندین سیگنال نوری را ترکیب می کند و آن ها را به صورت یک مجموعه، تقویت و ارسال می کند که این امر موجب افزایش ظرفیت خواهد شد. هر یک از این سیگنال ها می توانند سرعت های مختلف نظیر OC 24- ، 12-، -3 و فرمت های گوناگون ATM، IP و SONET را داشته باشند. اما آنچه که WDM را این چنین پرارزش و مفید ساخته است، تقویت کننده هایی هستند که سیگنال نوری را بدون تبدیل به سیگنال الکتریکی تقویت می کنند. این تقویت کننده ها پهنای باند مشخصی دارند و در این پهنای باند می توانند تا 100 طول موج را تقویت کنند. تقویت کننده های EDFA و DBFA از جمله این تقویت کننده ها هستند که به ترتیب در باند طول موجی 1560 1530 و 1610 1528 نانومتر استفاده می شوند. به طور کلی می توان خصوصیات روش WDM را به صورت زیر برشمرد: ▪ فراهم آوردن سرعت های بالا بر روی یک فیبر تکی ▪ امکان استفاده از تجهیزات فعلی شبکه ▪ امکان استفاده از فرمت های متفاوت نظیر SONET، IP و ATM با سرعت های متفاوت ▪ ارایه خدمات جدید به کاربران براساس اختصاص طول موج که روشی کاملاً نرم افزاری است. گام بعدی افزایش ظرفیت، استفاده همزمان از دو روش WDM و TDM است. در روش TDM، افزایش ظرفیت با افزایش سرعت بر روی یک خط ارتباطی انجام می شود. در حالی که در روش WDM، این کار با استفاده از طول موج های مختلف و در واقع افزایش خطوط ارتباطی صورت می گیرد. بنابراین با ترکیب این دو روش، می توان به ظرفیت بالاتر بر روی یک فیبر دست یافت و این امکان را همواره فراهم آورد تا با پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات الکترونیکی، آن را به طور موثری در افزایش سرعت شبکه های نوری به کار گرفت. ● DWDM و CWDM محیط انتقال در شبکه های نوری، فیبر نوری است و باند طول موجی که می توان برای ارسال اطلاعات استفاده کرد بین 1260 تا 1625 نانومتر، یعنی پنجره های دوم و سوم مخابرات نوری است. لازم به ذکر است که پنجره اول مخابرات نوری در طول موج 850 نانومتر و پنجره های دوم و سوم به ترتیب در طول موج های 1300 نانومتر با کمترین پاشندگی و 1550 نانومتر با کمترین تلفات هستند. این باند طول موجی که از آن برای انتقال اطلاعات بر روی فیبر استفاده می شود، به 5 باند (جدول 1)، تقسیم می شود که در روش های مختلف WDM به کار گرفته می شوند. جدول 1 باندهای طول موجی انتقال اطلاعات بر روی فیبر نام باند/محدوده طول موج برحسب نانومتر O-Band/1360-1260 E-Band/1460-1360 S-Band/1530-1460 C-Band/1565-1530 L-Band/1625-1565 برای استفاده حداکثری از ظرفیت فیبر در روش WDM، باید فاصله بین طول موج هایی را که برای انتقال اطلاعات استفاده می شود، کم کرد تا اطلاعات بیشتری را بر روی یک فیبر ارسال کرد. لذا روش DWDM در اوایل دهه 1990 مطرح شد تا از فیبر برای انتقال اطلاعات در فواصل دور و شبکه های گسترده بهره گرفته شود. در روش DWDM فاصله بین کانال ها که برای ارسال اطلاعات استفاده می شود، 4/0 نانومتر است و هر کانال پهنای باندی تا 10 گیگابیت در ثانیه را برای کاربران فراهم می آورد. این روش در باند C و L به کار می رود و بین 32 تا 160 کانال ایجاد می شود که با این تعداد کانال، به پهنای باند 1600 100 گیگابیت در ثانیه می توان دست یافت. اما لازم به ذکر است که این روش فقط برای ارسال اطلاعات برای فواصل دور مناسب است، زیرا تجهیزات جانبی این روش مانند نوع فیبر، لیزر، تکرارکننده ها و... از خصوصیاتی برخوردار هستند که میزان هزینه را به شدت افزایش می دهند، به طوری که قیمت تمام شده برای هر کانال، فقط برای ارسال اطلاعات به فواصل دور و شبکه های WAN به صرفه خواهد بود. اگر بخواهیم این روش را در مناطق شهری و شبکه های Metropolitan و LAN به کار ببریم، هزینه تمام شده برای هر کاربر بسیار زیاد خواهد بود و به تبع آن تقاضای استفاده از آن نیز کاهش می یابد. این مشکلی بود که در اواخر دهه 1990 و سال 2000 بسیاری از شرکت های ارایه دهنده خدمات با آن روبه رو بودند. در این زمان روش CWDM که در ابتداء دهه 1980 مطرح شده بود، مجدداً مورد توجه قرار گرفت. تفاوت اساسی CWDM با DWDM در فاصله بین کانال ها است. در روش CWDM فاصله بین کانال ها 20 نانومتر است و در باندها O , E , S , C و L به کار گرفته می شود. در این محدوده، طول موجی با 8 تا 16 کانال که هر یک پهنای باندی تا 2.5 گیگابیت در ثانیه (مطابق با 16STM) دارند، فراهم می آورند و می توان به پهنای باندی تا 40 گیگابیت در ثانیه بر روی یک فیبر تکی دست یافت. اما آنچه که امروزه باعث شده است تا CWDM بسیار مورد توجه قرار گیرد، هزینه بسیار کم آن نسبت به DWDM است. روش CWDM که به طور گسترده در راه اندازی شبکه های FTTH و FTTC به کار گرفته می شود، تا فاصله 70 کیلومتری به هیچ تکرار کننده ای برای ارسال اطلاعات با کیفیت مناسب نیاز ندارد و تا فاصله 200 کیلومتری که فاصله مناسب برای استفاده از روش CWDM است، فقط به دو تکرار کننده در فواصل 70 و 140 کیلومتری نیاز است که مزیت بزرگی نسبت به DWDM محسوب می شود. می توان در این روش از تقویت کننده های EDFA در طول موج 16101530 نانومتر بهره برد. همچنین قیمت فرستنده گیرنده و فیلتر در CWDM به ترتیب حدود 25 درصد و 50 درصد قیمت آن ها در DWDM است. از دیگر مزیات روش CWDM می توان به قیمت کم لیزر تا یک سوم لیزرهای DWDM و قابلیت مجتمع سازی تجهیزات آن اشاره کرد (شکل 3). با توجه به خصوصیاتی که ذکر شد، هزینه تمام شده برای هر کانال در CWDM بین 40 تا 50 درصد ارزانتر از هزینه تمام شده برای هر کانال در روش DWDM است و راه حل مناسبی برای کاربردهایی با تعداد کانال کم است و برای تبدیل آن از یک سیستم تک کانال به چند کانال، هزینه کمی را باید پرداخت. مجید رسولی دیسفانی مینا فلاحی مراجع: www.iec.org, Jun 2005 V.Alwayn, Optical Network Design and implementation, Cisco Press, Mar. 2004 فصلنامه علمی تحلیلی مهندسی برق |
