شبکه هاي انتقال و دسترسي نوري-روش wdm

روش WDM به عنوان روش اصلي در انتقال اطلاعات در سيستم‌هاي نوري از اوايل دهة 1980 مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. امروزه نيز تلاشهاي بسياري براي استفادة بهينه از اين روش در کاربردهاي مختلف، در حال انجام است. CWDM و DWDM دو روش اصلي مورد استفاده در شبکه‌هاي نوري است. متن حاضر در ادامة سلسله مطالب مربوط به شبکه‌هاي نوري، به بررسي روش WDM و خصوصيات روش‌هاي CWDM و DWDM پرداخته است و آنها را مورد مقايسه قرار داده است.

روش WDM
اگر نگاهي به مشکلات فعلي صنعت مخابرات، به خصوص در زمينة سرويس‌دهي به کابران بيندازيم، به اهميت WDM[1] بيشتر پي خواهيم برد. اولين چالش پيش روي صنعت مخابرات، افزايش روز افزون تقاضا براي سرعت‌هاي بالاتر و در نتيجه پهناي باند بيشتر است؛ به طوري که برخي اعتقاد دارند ظرفيت لازم براي شبکه، هر شش ماه، دو برابر مي‌شود. دومين چالش اساسي موجود، تکنولوژي‌هاي گوناگوني است که براي عملياتي كردن و استفاده از انواع شبکه به کار مي‌روند IP[2]، ATM[3] و SONET[4] از جملة اين موارد هستند که به طور گسترده‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرند و هر يک مزاياي خاص خود را دارا هستند؛ اما هر يک به تجهيزاتي براي تبديل به يکديگر نياز دارند.
با استفاده از شبکه‌هاي نوري و روش WDM مي‌توان تا حد زيادي اين مشکلات را برطرف كرد. با استفاده از اين روش، مي‌توان به پهناي باندي تا1600 گيگابيت در ثانيه دست يافت که با استفاده از اين پهناي باند، مي‌توان بيش از 30ميليون تماس تلفني را فقط با استفاده از يک فيبر منتقل کرد و مشکل تکنولوژي‌هاي متفاوت نيز به راحتي حل مي‌شود. با توجه به اينکه اطلاعات بر روي فيبر با استفاده از روش WDM بر روي طول موج‌هاي مختلفي ارسال مي‌شود که مستقل از يکديگر عمل مي‌کنند، لذا مي‌توان به راحتي انواع مختلف تکنولوژي را در اين زمينه مورد استفاده قرار داد و خدمات مختلفي نظير صوت، تصوير، اطلاعات و مولتي مديا را به کاربران ارايه كرد.
راه‌حل‌هاي افزايش ظرفيت در شبکه‌هاي نوري
براي افزايش ظرفيت شبکه، مي‌بايست راه حلي انتخاب شود که اقتصادي باشد و کاربر را براي استفاده از آن ترغيب كند. اولين راه‌حلي که به ذهن مي‌رسد، استفاده از تعداد بيشتري فيبر براي دسترسي به پهناي باند بالاتر است که اين كار اصلاً به صرفه نيست؛ چرا که يک راه‌حل کاملاً سخت افزاري است که با صرف هزينه و وقت زياد همراه است. ضمن آنکه استفاده از تعداد فيبر بيشتر، الزاماً امکان ارايه خدمات جديد را براي ISPها[5] فراهم نمي‌آورد. راه‌حل دوم افزايش سرعت، استفاده از مالتي پلکسينگ زماني TDM[6] است که با تقسيم‌بندي زماني‏ امکان ارسال اطلاعات بيشتر را بر روي فيبر فراهم مي‌آورد. اين روش به‌طور معمول بر روي شبکه‌هاي فعلي مخابرات استفاده مي‌شود؛ اما امکان افزايش ناگهاني سرعت با اين روش امکان‌پذير است. بنابر استانداردي كه تعريف شده است، گام بعدي، دسترسي به سرعتGbs 40 پس از Gbs10 است که دستيابي به آن تنها با روش TDM و در آيندة نزديک امکان‌پذير نخواهد بود و مستلزم پيشرفت تکنولوژي ساخت قطعات الکترونيکي است. روش TDM هم اکنون در شبکه‌هاي انتقال بر اساس SONET که استاندارد امريکاي شمالي و SDH[7] که استاندارد بين‌المللي است به‌کار مي‌رود. قابل ذکر است که SONET و SDH استانداردهايي هستند که براي سيگنالهاي ديجيتالي تعريف شده‌اند و سرعت ارتباطات، ساختار بسته‌ها و رابط‌هاي نوري را استاندارد مي‌کنند.
راه‌حل سومي نيز براي ISPها وجود دارد و آن استفاده از روش WDM است. در اين روش، به هر يک از سيگنالهاي نوري ورودي، يک طول موج و يا يک فرکانس خاص داده مي‌شود و سپس تمام سيگنال‌ها بر روي يک فيبر ارسال مي‌شوند. از آنجا که هر يک از اين طول موج‌ها مستقل از يکديگر هستند و بر روي هم هيچ گونه تأثيري ندارند، اين امکان را به ISPها مي‌دهند تا از امکانات موجود شبکه به طور بهينه بهره بگيرند و بتوانند از تکنولوژي‌هاي مختلف استفاده کنند. در واقع، WDM چندين سيگنال نوري را ترکيب مي‌کند و آنها را به‌صورت يک مجموعه، تقويت و ارسال مي‌کند که اين امر موجب افزايش ظرفيت خواهد شد. هر يک از اين سيگنالها مي‌توانند سرعت‌هاي مختلف نظير OC-3,-12,-24 و فرمت‌هاي گوناگون IP ، ATM و SONET را داشته باشند.
اما آنچه که WDM را اين چنين پرارزش و مفيد ساخته است، تقويت‌کننده‌هايي هستند که سيگنال نوري را بدون تبديل به سيگنال الکتريکي تقويت مي‌کنند. اين تقويت‌کننده‌ها پهناي باند مشخصي دارند و در اين پهناي باند مي‌توانند تا 100 طول موج را تقويت کنند. تقويت‌کننده‌هاي [8]EDFA و [9]DBFA از جملة اين تقويت‌کننده‌ها هستند که به ترتيب در باند طول موجي 1560-1530 و 1610-1528 نانومتر استفاده مي‌شوند.
به طور کلي مي‌توان خصوصيات روش WDM را به صورت زير برشمرد:
فراهم آوردن سرعت‌هاي بالا بر روي يک فيبر تکي

·; قابليت اطمينان و امنيت بالا

گام بعدي افزايش ظرفيت، استفاده همزمان از دو روش WDM و TDM است. در روش TDM، افزايش ظرفيت با افزايش سرعت بر روي يک خط ارتباطي انجام مي‌شود. در حالي که در روش WDM ، اين کار با استفاده از طول موجهاي مختلف و در واقع افزايش خطوط ارتباطي صورت مي‌گيرد. بنابراين با ترکيب اين دو روش، مي‌توان به ظرفيت بالاتر بر روي يک فيبر دست يافت و اين امکان را همواره فراهم آورد تا با پيشرفت تکنولوژي ساخت قطعات الکترونيکي، آن را به طور موثري در افزايش سرعت شبکه هاي نوري به کار گرفت.
محيط انتقال در شبکه‌هاي نوري، فيبر نوري است و باند طول موجي که مي‌توان براي ارسال اطلاعات استفاده کرد بين 1260 تا 1625 نانومتر، يعني پنجره‌هاي دوم و سوم مخابرات نوري است. لازم به ذکر است که پنجره اول مخابرات نوري در طول موج 850 نانومتر و پنجره‌هاي دوم و سوم به ترتيب در طول موجهاي 1300نانومتر با کمترين پاشندگي و 1550 نانومتر با کمترين تلفات هستند. اين باند طول موجي که از آن براي انتقال اطلاعات بر روي فيبر استفاده مي‌شود، به 5 باند (جدول 1)، تقسيم مي‌شود که در روش‌هاي مختلف WDM به کارگرفته مي‌شوند.
جدول 1- باندهاي طول موجي انتقال اطلاعات بر روي فيبر
نام باند محدودة طول موج بر حسب نانومتر O-Band 1360-1260 E-Band 1460-1360 S-Band 1530-1460 C-Band 1565-1530 L-Band 1625-1565
براي استفادة حداکثري از ظرفيت فيبر در روش WDM، بايد فاصله بين طول موج‌هايي را که براي انتقال اطلاعات استفاده مي‌شود، کم کرد تا اطلاعات بيشتري را بر روي يک فيبر ارسال كرد. لذا روش DWDM[10] در اوايل دهة 1990 مطرح شد تا از فيبر براي انتقال اطلاعات در فواصل دور و شبکه‌هاي گسترده بهره گرفته شود. در روش DWDM ;فاصلة بين کانال‌ها که براي ارسال اطلاعات استفاده مي‌شود، 4/0 نانومتر است و هر کانال پهناي باندي تا 10گيگابيت در ثانيه را براي کاربران فراهم مي‌آورد. اين روش در باند C و L به کار مي‌رود و بين 32 تا 160 کانال ايجاد مي‌شود که با اين تعداد کانال، به پهناي باند 1600-100 گيگابيت در ثانيه مي‌توان دست يافت. اما لازم به ذكر است كه اين روش فقط براي ارسال اطلاعات براي فواصل دور مناسب است، زيرا تجهيزات جانبي اين روش مانند نوع فيبر، ليزر، تکرارکننده‌ها و ... از خصوصياتي برخوردار هستند که ميزان هزينه را به شدت افزايش مي‌دهند، به‌طوري که قيمت تمام شده براي هر کانال، فقط براي ارسال اطلاعات به فواصل دور و شبکه‌هاي WAN[11] به صرفه خواهد بود. اگر بخواهيم اين روش را در مناطق شهري و شبکه‌هاي Metropolitan و LAN[12] به کار ببريم، هزينه تمام‌شده براي هر کاربر بسيار زياد خواهد بود و به تبع آن تقاضاي استفاده از آن نيز کاهش مي‌يابد. اين مشکلي بود که در اواخر دهه 1990 و سال 2000 بسياري از شرکت‌هاي ارايه‌دهندة خدمات با آن روبرو بودند. در اين زمان روش CWDM[13] که در ابتداي دهه 1980 مطرح شده بود، مجدداً مورد توجه قرار گرفت. تفاوت اساسي CWDM ;با DWDM در فاصلة بين کانال‌ها است. در روش CWDM ;فاصلة بين کانال‌ها 20 نانومتر است و در باندهاي O، E ، S ، C و L به کار گرفته مي‌شود. در اين محدوده، طول موجي با 8 تا 16 کانال که هر يک پهناي باندي تا 2.5 گيگابيت در ثانيه (مطابق با STM-16) دارند، فراهم مي‌آورند و مي توان به پهناي باندي تا 40 گيگابيت در ثانيه بر روي يک فيبر تکي دست يافت.
اما آنچه که امروزه باعث شده است تا CWDM بسيار مورد توجه قرار گيرد، هزينة بسيار کم آن نسبت بهDWDM است. روش CWDM که به طور گسترده در راه‌اندازي شبکه‌هاي FTTH[14] و FTTC[15] به کار گرفته مي‌شود، تا فاصله 70کيلومتري به هيچ تکرارکننده‌اي براي ارسال اطلاعات با کيفيت مناسب نياز ندارد و تا فاصله 200کيلومتري که فاصله مناسب براي استفاده از روش CWDM است، فقط به دو تکرار‌کننده در فواصل 70 و 140 کيلومتري نياز است که مزيت بزرگي نسبت به DWDM محسوب مي‌شود. مي‌توان در اين روش از تقويت‌کننده‌هايEDFA در طول موج1610-1530 نانومتر بهره برد. همچنين قيمت فرستنده-گيرنده و فيلتر در CWDM