100 گیگابیت بر ثانیه ، افقی تازه در شبکه

[MAHDIAR]

http://www.rayanehmag.net/images/article/article_5107.gif




شبکه های 10 گیگابیتی در برخی کاربردها همین امروز به مرز پایانی خود رسیده اند. اما برای دستیابی به سرعت های بالاتر برخی موانع فنی و غیر فنی وجود دارد. البته در هر صورت شبکه های 100 گیگابیتی باید طبق برنامه تا سال 2010 در حا کار باشند.

ضرب المثل وقت طلاست در بازار اقتصاد نمود بهتری دارد. هر روز و هر لحظه در بازارهای بورس در سراسر دنیا داده های بسیار زیادی پردازش می شود و هر تاخیر در بدست آمدن نتایج و پردازش داده ها اثرات مهمی روی قیمت ها می گذارد. این تأخیرها معمولا از عدم اطمینان نسبت به پایان گرفتن Transactionها ناشی می شود. از همین رو، بانک ها و بورس ها پیو.سته در حال سرمایه گذاری برای بالاتر بردن سرعت شبکه های شان هستند تا Transactionهای مالی، روان تر اجرا شوند. از همین رو، بزرگترین بازار بورس دنیا یعنی NYSE Euronext تصمیم گرفته که تا سال 2010 یک شبکه 100 گیگابیتی راه اندازی کند. قرار است روی این شبکه روزانه بیش از یک میلیارد Transaction با حجم چندین پتابایت داده جابجا شود. این نخستین نمونه از کاربرد شبکه های 100 گیگابیتی در بازار اقتصاد است. شرکت (www.ciena.com)Ciena با تخصص در زمینه شبکه، اجزای اصلی این شبکه پرسرعت را می سازد. البته این تنها بانک ها نیستند که پیوسته تجهیزات و شبکه هایی با سرعت های بالاتر را درخواست می کنند. چندسالی است که از سازمان های بزرگ و مهم گرفته تا حتی کاربران شخصی به دنبال سرعت بیشتر هستند. این روند به گونه ای در جریان است که هیچ توقف یا حتی کاهش سرعتی برای آن پیش بینی نمی شود. بر پایه اعلام مراکز نظرسنجی اگر طراحان از حالا به فکر روش های تازه تر نباشند، تا سال 2012 پهنای باند موجود از نیازها عقب خواهد ماند.



به سوی استانداردهای 100 گیگابیتی

نیاز روز افزون به سرعت های بالاتر باعث شد تا در سال های پایانی 90 یک استاندارد Transport با سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه طراحی گردد. سپس در سال 2004 نخستین نمونه ها از مسیریاب هایی با سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه و DWDM یا Dens Wavelength Division Multiplexing ساخته شدند. اما همین سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه نیز نتوانست مدت زیادی پاسخگوی نیازها باشد. از هیمن رو شرکت های سازنده و طراحان تصمیم گرفتند تا سرعت انتقال را برای شبکه های آینده به 100 گیگابیت بر ثانیه برسانند. از آن پس، این فناوری 100 گیگابیتی توان خوبی در مقیاس پذیری (Scalability ) و همگرایی داده ها از خود نشان داد. در جولای سال 2006 گروه کاری 802.3 در IEEE، کمیته HSSG یا High Speed Study Group را در پاسخ به نیاز فزاینده به سرعت های ارتباطی بالاتر پایه گذاری کرد تا در قالب یک گروه پژوهشی روی استانداردهای نوین برای شبکه های پرسرعت کار کنند. این کمیته که ترکیبی از طراحان، شرکت های سازنده و فراهم سازهای خدمات اینترنتی است رابط های لازم را برای این شبکه پرسرعت تعریف می کنند. این گروه در جولای 2007 دو MAC یا Media Access Control را با سرعت های متفاوت پیش بینی کرد : یکی 40 گیگابیتی برای ارتباطهای سرور به سرور و دیگری 100 گیگابیتی برای ارتباطهای سوئیچ به سوئیچ.



سپس هدف های زیر تعریف شد :

* پشتیبانی از حالت Duplex

* حفظ سازگاری با بافت Frame در 802.3 با استفاده از 802.3 MAC

* پیروی از بزرگترین و کوچکترین اندازه Frame مطابق با استانداردهای 802.3

* پشتیبانی از BER یا Bit Error Rate که کارکردی بهتر یا دست کم برابر با روش 10-12 MAC/PLS دارد.

* پشتیبانی از OTN یا Optical Transport Network



افزون بر این ، گروه مطالعاتی 15(Study Group 15,SG15) در Internation Communication Union (www.itu.int) روی آهنگ انتقال بیش از 40 گیگابیت بر ثانیه برای نسل بعدی شبکه ها تحقیق می کند. در مارس 2007، SG15 استانداردهای G.809-OTN را برای افزایش سرعت به بیش از 43 گیگابیت بر ثانیه گسترش داده و استاندارد OUT-4 را عرضه کرد. از این گذشته با انجام برخی بهینه سازی ها، سرعت 3xODU-3 به 130 گیگابیت بر ثانیه و سرعت 100GbE به 112 گیگابیت بر ثانیه رسید.



پیش نیازهای شبکه برای انتقال 100 گیگابیتی

طراحان و سازندگان تجهیزات شبکه باید همزمان با تلاش در بالا بردن سرعت، کاهش هزینه ها و سازگاری با سیستم های پیشین را برای سرمایه گذاری های انجام گرفته در نظر داشته باشند. هر روش تازه ای باید بتواند بسادگی با دیگر استانداردهای پر سرعت موجود ارتباط برقرار کند.

نو شدن پی در پی ساختار شبکه های Overlay برای دست اندرکاران شبکه چیز جالبی نیست. از همین رو ترجیح می دهند از شبکه های بی سیم با سرعت 100 گیگابیتی استفاده کنند. این کار بدون تغییر روی شبکه های موجود بر پایه فیبر نوری انجام می گیرد که تاکنون با سرعت های 10 و 40 گیگابیتی استفاده می شدند.

برای بالا بردن بازدهی شبکه، باید نسبت میان آهنگ انتقال و پهنای باند سیگنال افزایش یابد. تنها با این کار است که می توان سرعت شبکه های موجود را بالاتر برد. 100 گیگابیت داده بر ثانیه باید به جای استفاده از چندکانال(Invers-Multiplexing) هرکدام با پهنای باند 10 یا 25 گیگابیت، با یک طول موج منتقل شود. Invers-Multiplexing به دلیل پردازش سنگین برای یافتن چهار یا 10 موج کنار هم، شبکه را پیچیده می کند. اگر گروه های طول موج ها کنار هم نباشند، مدیریت و طراحی شبکه نیز پیچیده می شود.

[MAHDIAR]

فناوری انتقال 100 گیگابیتی

تعریف پروتکل ها و روش های مدولاسیون نوری 100 گیگابیتی به گونه ای که بتوانند با هزینه معقول روی کابل های موجود کار کنند و با اصول طراحی استانداردهای کندتر سازگار باشند، اصلاً کار ساده ای نیست. تا پیش از این برای هر افزایش آهنگ بیتی در (Dense Wavelength Division Multiplex)DWDM وجود یک روش تازه برای انتقال داده ها برای هریک از طول موج ها لازم بود. اما این کار به دلیل پیچیدگی های فنی، دیگر بسادگی قابل انجام نیست.

با پیشرفت فناوری های شبکه ، هزینه ها در ازای هر بیت کاهش و پهنای باند افزایش یافته. در این میان نقش پیشرفت های زیر خیلی پر رنگ تر بوده :

* اختراع Erbium Doped Fibre Amplifier که سیگنال را با پهنای باند زیاد، تقویت کرده و به فاصله های دور می فرستد.

* استفاده از Forward Error Correction که ارتباط های DWDM را با سرعت 5/2 گیگابیت بر ثانیه امکانپذیر ساخته و در نتیجه هزینه های شبکه را پائین آورده.

* فیبرهای نوری Dispersion Compensating ، Gain Equalization و FEC تصحیح شده، همگی در تقویت ارتباط های 10 گیگابیتی نقش داشته اند.

* استفاده از Dispersion-Compensation قابل تنظیم، Polarization Mode Dispersion و روش های تازه برای مدولاسیون، توان مصرفی DWDM های 40 گیگابیتی را در حد سیستم های 10 گیگابیتی کاهش داد.



نقش مدولاسیون پیشرفته در ارتباط های 100 گیگابیتی

روش پیشرفته مدولاسیون در شبکه های 40 و 100 گیگابیتی نقشی بسیار بنیادین دارد. در شبکه های 10 گیگابیتی و پائین تر تا پیش از این از روش ها کدگذاری دیجیتال مانند NRZ یا Non Return to Zero استفاده می شد.

Phase Shaped Binary Transmission و Shift Keying Different Phase روش های برای مدولاسیون بودند که در نخستین نسل شبکه های 40 گیگابیتی به کار می رفتند و پایه ای برای شبکه های 100 گیگابیتی هستند.

همانگونه که در شکل زیر می بینید داده ها روی یک موج حامل قرار داده شده و فاز موج تغییر می کند. DPSK پایه روش Differential Quadrature Phase shift keying است.

DQPSL برای سیگنال های 100 گیگابیتی، جریان داده ها را به دو کانال تقسیم می کند که آهنگ انتقال هر کدام 50 گیگابیت بر ثانیه است. این آهنگ انتقال در مقایسه با شبکه های 40 گیگابیتی حدود 25 درصد بیشتر است اما توان این روش مدولاسیون تا جایی است که انتقال داده ها را با سرعت 100 گیگابیت بر ثانیه روی فیبر نوری امکانپذیر می سازد.

در DQPSK به کمک (PM-RQPSK)Polarization Multiplexing می توان انرژی سیگنال های 40 یا 100 گیگابیتی را برای حرکت روی ارتباط های فییر نوری افزایش داد. موج های مدولاسیون یافته با روش DQPSK در مقایسه با روش DPSK در شبکه های 40 گیگابیتی بازدهی بهتری دارند.

اگر چه PMD با این کار 5/2 برابر افزایش می یابد اما بسیاری از کابل های فیبر نوری که از نیمه های سال 90 میلادی ساخته شده اند می توانند باز هم پهنای باند 40 گیگابیتی و در فاصله های کوتاه تر حتی پهنای باند 100 گیگابیتی را فراهم کنند.



نتیجه

از امروز باید آینده شبکه ها را با سرعت 100 گیگابیت بر ثانیه، ببینیم. ورود شبکه های 100 گیگابیتی به بازار بورس آغاز راه آن در بخش هایی است که به سرعت های بالاتر نیاز دارند.

انتقال داده و فراهم کردن سرویس ها با بالاترین سرعت ممکن نه تنها تجملی نیست بلکه ضروری است. محدودیت پهنای باند در Backbone ها باعث شده تا عرضه سرویس های تازه و پر سرعت به تاخیر بیفتد.