1- مقدمه

امروزه شبكه‌هاي عمومي به دلايل متفاوتي ناهمگن هستند. مشتريان به خدماتي همانند صوت داده و ويدئو نياز دارند و از وسايل متفاوتي نظير نوت بوك‌ها، PDAها، تلفنهاي سلولار، دوربينهاي ويديويي و غيره استفاده مي‌شود. بنابراين رنج وسيعي از وسايل سيار و ثابت پديدار مي‌شود.

ازديدگاه مشتري ناهمگن بودن شبكه غيرقابل درك است. درگذشته شبكه‌هاي متفاوتي براي پاسخ به اين نيازهاي متنوع توسط فراهم‌كننده‌هاي سرويس ساخته شده است كه هر يك براي يك نياز ويژه بهينه شده بودند. براي مثال PSTN براي خدمات صوتي، شبكه Ip براي خدمات اينترنت (Web) و شبكه داده مبني بر سوئيچ براي خدمات ATM و Frame relay و هم چنين شبكه‌هاي ويژه‌اي براي يك كاربرد خاص نظير كنفرانس ويديويي طراحي شده بودند [3] [1].

اين گزارش براوردي از شبكه‌هاي نسل آينده، فوايد NGN و همچنين نقش مهم تكنولوژي انتقال فيبر نوري را كه اخيراً توسعه داده شده است را ارائه مي‌كند. تكنولوژي DWDM دسترسي به NGN را ميسر مي‌سازد. خدمات NGN مبني بر سوييچينگ پيشرفته با يك سطح كنترل يكپارچه خواهد بود. در فصل 2 تعريفي از NGN ارائه و معماري و اجزا اصلي آن معرفي مي‌شود در فصل سوم اتصالهاي متقابل نوري و فوتوني بررسي مي‌شود. در فصل چهارم فيبرها و ظرفيت‌ آنها در شبكه NGN، اجزا ارسال سيستم انتقال فيبر نوري و درنهايت برد فيبرهاي موجود بررسي مي شود. انتخاب معماري شبكه عنوان فصل 5 مي‌باشد در اين قسمت سه معماري شبكه مختلف معرفي مي‌شود شبكه Shared Ip-Only ، شبكه مركب و شبكه فيبر. و در فصل 6 به dark fibre ها پرداخته مي‌شود و نگاهي به تكنولوژيهاي موجود و آينده، تكنولوژيهاي فيبر و سوييچينگ نوري آخرين فصل اين گزارش به شمار مي‌آيد.

2- بررسي اجمالي NGN

2-1- NGN چيست؟

تعريف واحد و پذيرفته شده‌ اي از NGN[1] وجود ندارد و در حال حاضر عبارت مبهمي است. تعاريف ارائه شده از NGN نسبتاً گسترده هستند. سازمانهايي مثل ETSI و ITU-T[2] مشخصات اصلي NGN را معرفي كرده اند. به عنوان مثال NGN;ITU-T را به عنوان شبكه‌اي مبتني بر بسته[3] تعريف كرده است، كه خدماتي شامل سرويسهاي ارتباطي، توانايي استفاده از پهناي باند چندگانه[4] و كيفيت سرويس[5] كه براي تكنولوژيهاي انتقال تهيه شده است را فراهم مي‌كند. عموماً NGN به عنوان all IP يا شبكه‌هاي مجتمع مبتني بر بسته با مشخصاتي كه درجدول (2-1) نشان داده شده است بيان مي‌شود. NGN به تنهايي مشخصات شبكه را پوشش نمي‌دهد اما مشخصات سرويس آن فرصتهاي جديدي را براي اپراتورهاي شبكه، فراهم كننده‌هاي سرويس،[6] توليد كننده‌هاي ارتباطات و كاربرها فراهم مي‌كند [1].

جدول (2-1) مشخصات اصلي  NGN[1]

all Ip يا شبكه مبتني بر بسته

بيشتر كارشناسان معمولاً NGN را به عنوان يك شبكه چندسرويسي[7] مبني بر تكنولوژي Ip مي‌شناسند.

NGN مانند يك شبكه Ip مجتمع مي‌تواند براي ارتباطات بي‌سيم و با سيم انواع ترافيك يا برنامه‌هاي كاربردي را روي شبكه‌هاي مبتني بر بسته بكار گيرد. در مجموع، بسياري از كارشناسان استدلال مي‌كنندكه NGN در ده سال آينده جايگزين مدار رايج مبني بر PSTN[8] خواهد شد.

خدمات كاربردي مجزا از شبكه انتقال

NGN يك معماري باز[9] بوسيله برنامه هاي كاربردي و شبكه‌هاي مجزا فراهم مي‌كند و به آنها اجازه مي‌دهد به صورت جداگانه ارائه شوند و برنامه‌هاي كاربردي مي توانند مستقلاً صرف‌نظر از نوع شبكه‌اي كه استفاده مي‌شود توسعه پيدا كنند. با يك معماري باز استانداردسازي به طور فزاينده‌اي اهميت پيدا مي‌كند اما به كاربران شبكه اجازه مي دهد كه بهترين محصولات موجود را انتخاب كنند و يك برنامه كاربردي جديد مي‌تواند در يك مدت زمان خيلي كوتاهتر نسبت به PSTN و ISDN[10] اجرا شود.

شركتهايي كه وسايل يا تجهيزات كامپيوتري را توليد كرده و به فروش مي‌رسانند،[11] مي‌توانند برنامه هاي كاربردي و سرويسها را براي كاربران نهايي توسعه دهند. فراهم‌كننده‌هاي سرويس مي‌توانند يك يا چند برنامه كاربردي را داخل يك سرويس بسته‌بندي كنند يا برنامه‌هاي كاربردي مي‌توانند بوسيله كاربران روي يك پايه نظير به نظير مورد استفاده قرار گيرند.

شبكه‌هاي مجتمع يا همگرا شده

شبكه‌هاي مجزا وسايل مورد نياز جداگانه‌اي را براي خدمات ويدئو، داده و صوت استفاده مي‌كنند. NGN انواع متفاوتي از برنامه‌ها را درون بسته‌ها تغيير شكل داده و بطور همزمان تحويل مي‌دهد. ارتباط بين NGN و شبكه‌هاي موجود از قبيل PSTN، ISDN و GSM[12] مي‌تواند بوسيله پل‌هاي ارتباطي[13] فراهم شود.

شبكه موجود در همه جا

NGN به كاربران اجازه تحرك گسترده و دستيابي يكپارچه به انواع برنامه‌هاي كاربردي با كيفيت يكسان را در هر ناحيه جغرافيايي مي‌دهد. ارتباطات كشتيراني و برج مراقبت امكان پشتيباني از انتقال، تجارت و نيازهاي اوقات فراغت را در هر وضعيت كه كاربر انتخاب مي‌كند، امكانپذير مي‌كند.

توزيع هوشمندي شبكه

در صورتيكه PSTN رايج، مبني برشبكه هوشمند و پايانه‌هاي نامفهوم (پايانه‌اي كه شامل ريز پردازنده داخلي نباشد) است، NGN شبكه‌اي هوشمند و پايانه‌هاي هوشمند دارد. در اين محيط شبكه، فراهم‌كننده‌هاي سرويس به آساني انواع متفاوتي از سرويسها را بدون نياز به تجهيزات سنگين شبكه فراهم مي‌كنند.

2-2- معماري NGN

يك نمايش از معماري شبكه NGN مي‌تواند به روشن شدن ساختار واجزا آن كمك كند. شكل (2-1) يك تصوير كلي از معماري NGN را نشان مي‌دهد. در اين شكل پايانه‌هاي بي‌سيم و با سيم با back bone شبكه انتقال از طريق سطح[14] دسترسي متصل هستند و ديگر سطوح از قبيل سرويس، انتقال و شبكه‌هاي دسترسي بوسيله سطح كنترل، كنترل مي‌شوند.

چنانكه در شكل مشاهده مي‌كنيد سطح سرويس مي‌تواند بوسيله واسطه‌هاي استاندارد شده و باز از سطح دسترسي و انتقال جدا باشد. NGN مي‌تواند با شبكه‌هاي ديگر از قبيل PSTN از طريق پلهاي ارتباطي كه اجازه گرفتن گردش هر نوع داده را به طور يكپارچه از ميان شبكه‌هاي متفاوت مي‌دهند، متصل شود [1].

شكل (2-1) معماري NGN [1]

2-3- اجزا اصلي NGN

معماري NGN علاوه بر تجهيزات صوتي و داده‌اي قديمي شامل انواع تجهيزات شبكه همگرا شده از قبيل كنترل‌كننده‌هاي تماس/ مدت زمان ارتباط دو كامپيوتر،[15] پل‌هاي ارتباطي رسانه،[16] پل‌هاي ارتباطي سيگنالينگ،[17] سرويس‌دهنده‌هاي ويژگي،[18] سرويس‌دهنده‌هاي برنامه،[19] سرويس‌دهنده‌هاي رسانه،[20] سرويس‌دهنده‌هاي مديريت[21] و واسطه‌هاي صدور صورتحساب و عرضه نمودن سرويس مخابرات به يك كاربر كه شامل وسايل انتقال و كابل كشي نيز مي‌باشد، است. تكنولوژيهاي هسته شامل تكنولوژي انتقال بسته، پروتكل كنترل مهندسي ترافيك، تكنولوژي كه كيفيت سرويس را ضمانت مي‌كند از قبيل MpLs[22]، تكنولوژي ارتباطات چند قسمتي از قبيل پخش بلادرنگ چند مقصدي پيام،[23] تكنولوژي كنترل جلسه و غيره است.

Soft Switch

Soft Switch يك كنترل كننده  تماس/ مدت زمان ارتباط دو كامپيوتر، نيز ناميده مي‌شود و يكي از اجزا هسته NGN است. بدليل اينكه انواع كاربردها از قبيل صوت و سرويس‌هاي ديگري كه اضافه مي‌شوند تا  ارزش انتقال افزايش يابد را كنترل مي‌كند. Soft Switch يك وسيله كنترل مبني بر نرم افزار است كه كنترل تماس بين پروتكلهاي NGN از قيبل MGCP[24]، SIP[25]، H.232 و پروتكلهاي تكنولوژي قديمي مانند ISDN و SS7 را ميسر مي‌سازد. هم چنين با سرويس‌دهنده‌هاي برنامه براي تهيه، توابع / برنامه‌هاي كاربردي كه مستقيماً روي Soft Switch وجود ندارد در ارتباط است. يكي از نقش‌هاي Softswitch، واسطه PSTN است كه بوسيله سيستمهاي سيگنالينگ انجام مي‌شود [1] [3].

Gateway 

يك پل ارتباطي يك نقطه شبكه است كه به عنوان يك دروازة دخول در شبكه ديگر عمل‌ مي‌كند. براي ارتباط با شبكه‌هاي ديگر سه نوع پل ارتباطي وجود دارد:Signalling gateway , Access gateway, Trunking gatewayكه در شبكه فراهم كننده سرويس قرار داده مي‌شوند.

Application Server

سرويس دهنده برنامه كاربردي در شبكه فراهم‌كننده سرويس قرار داده مي‌شود و سرويس منطقي و اجرايي براي سرويسها و برنامه‌هاي كاربردي كه مستقيماً روي Soft Switch وجود ندارند فراهم مي‌كند. به طور برجسته SoftSwitch تماسهاي سرويس‌دهنده برنامه مناسب را زماني كه يك برنامه كاربردي تقاضا مي‌شود مسيريابي مي‌كند. در مجموع كارگزار سرويس در لبه شبكه فراهم‌كننده سرويس قرار داده مي‌شود و توزيع سرويس و كنترل بين سرويس‌دهنده‌هاي برنامه كاربردي و Soft Switch را فراهم مي‌كند. در شكل (2-2) اجزا اصلي NGN و نقش‌آنها خصوصاً نقش Softswitch را در اين شبكه مشاهده مي‌كنيد.

شكل (2-2) نقش soft Switch در  NGN[3]

3- تجهيزات سوييچينگ

بعضي از مهمترين شبكه‌هاي باند پهن[26] جديد اتصالهاي متقابل[27] هستند و اغلب اوقات به سوييچها منصوب مي‌شوند.

كار اصلي اتصالهاي متقابل تهيه پهناي باند انعطاف پذير و مديريت اتصال براي فراهم‌كننده‌هاي شبكه مي‌باشد.

اتصالهاي متقابل به سه دسته تقسيم مي‌شوند.

1- اتصالهاي متقابل ديجيتالي / الكتريكي (DXC/EXC)

وسايلي كه براي دريافت، پردازش و ارسال داده در حوزه الكتريكي عمل مي‌كنند كه همان اتصالهاي متقابل SDH[28]/SONET[29] قديمي با واسطه‌هاي مسي هستند.

2- اتصالهاي متقابل نوري (OXC)

اتصالهاي متقابل ديجيتالي مجهز شده با واسطه‌هاي نوري هستند و بيشتر اوقات به عنوان سوييچهاي
O-E-O  (Optical – Electrical- Optical) استفاده مي‌شوند. اين اتصالها براي بيشتر مشتريها بطور گسترده موجود مي‌باشند. شكل (3-1) اتصالهاي متقابل الكتريكي و نوري را نشان مي‌دهد.

شكل (3-1) اتصالهاي متقابل الكتريكي و نوري [4]

3- اتصالهاي متقابل فوتوني (PXC)

تجهيزاتي كه براي دريافت، پردازش و ارسال داده در حوزه نوري عمل كرده و اغلب اوقات به عنوان سوييچهاي O-O-O(Optical – Optical – Optical) استفاده مي‌شوند. تعداد كمي از فروشنده‌ها اين اتصالها را توليد مي‌كنند.

3-1- اتصال هاي متقابل نوري

اكثر OXC ها وسايلي پيچيده هستند كه توانايي كاركردن مثل اتصالهاي متقابل SONET/SOH، بعلاوه سوييچهاي ATM[30] و اترنت،[31] گيگابيت اترنت با VLAN[32]ها، Cos[33] و ديگر پروتكلهاي خاص را دارند.به دليل اينكه واسطهاي باند پهن نوري هستند به اين دليل به اين اتصالهاي متقابل نوري مي‌گوئيم بدين معني كه اتصال به وسايل ديگر از طريق فيبر نوري مي‌باشد اما پردازش اصلي در حوزه الكتريكي انجام مي‌‌شود. براي توسعه، OXC ها مي‌توانند چندين واسطه الكتريكي (‌مسي ) شامل فست اترنت[34] و گيگابيت اترنت روي مس داشته باشند.اتصالهاي متقابل نوري براي پردازش سريع سيگنالهاي دريافتي با نرخ بيت بالا، سوييچينگ پرسرعت تا 640 گيگابايت برثانيه و بالاتر ASIC[35] هاي توسعه داده نشده را استفاده مي‌كنند.

3-2- اتصالهاي متقابل فوتوني

PXC ها بطور كلي با OXC ها متفاوت هستند. مهمترين تفاوت بين يك OXC و يك PXC در پردازش داده در حوزه الكتريكي و تبديل آن به حوزه نوري در خروجي واسطه هنگاميكه در PXC ها سيگنال در حوزه نوري است مي‌باشد. مبدلهاي چندگانه براي PXC ها: بيشتر وسايل با تجهيزات انتقال مجتمع نيستند و بنابراين به يك سيستم DWDM[36] در انتهاي فيبر نياز دارند كه سبب برگشت طول موجهاي مختلف توسط فرستنده/ گيرنده به حوزه الكتريكي مي‌شود در ساير PXC ها هر پورت معين روي سوييچ به يك زوج فيبر وصل مي‌شود اين اتصالهاي متقابل طول موجهاي موجود در فيبر را به صورت نوري از هم جدا كرده و به يك پورت خروجي مطلوب سوييچ مي‌كند. سپس آنها دوباره دسته بندي شده و روي فيبر خروجي مربوط به آن پورت فرستاده مي‌شوند. بنابراين پايانه‌هاي DWDM و الكترونيكي در مسير وجود ندارد در نتيجه سگينالها هميشه درحوزه نوري باقي مي‌مانند. يك سري مشكلات در استفاده از PXC ها در شبكه‌هاي نوري چند لا مبدا[37] وجود دارد در اين گزارش چند لامبدا يعني شبكه‌اي كه با تجهيزات DWDM ساخته شده و روي هر اتصال كانالهاي نوري موازي چند گانه وجود دارد. در بعضي از نقاط شبكه براي مسيريابي طول موج به منظور تهيه انعطاف پذيري بهتر بايد از PXC ها استفاده شود [2].

4- فيبرها و تجهيزات انتقال

4-1- انواع فيبر و ظرفيت آنها

در يك سيستم انتقال نوري، اطلاعات روي فيبر به روش زير منتقل مي شود سيگنالهاي الكتريكي به سيگنالهاي نوري تبديل شده و در طول فيبر حركت مي‌كنند تا زمانيكه به يك آشكارساز[38]كه سيگنالهاي نوري را به سيگنالهاي الكتريكي تبديل مي‌كنند مي‌رسند. منبع نور پالسهاي نوري را در طول موجهاي خاص منتشر مي‌كند. يك طول موج به يك لامبدا (lambda) يا كانال اشاره مي‌كند عبارتهاي لامبدا، طول موج و كانال اغلب به صورت معادل استفاده مي‌شوند اگر چه طول موجها با چشم قابل روييت نيستند با اين وجود اغلب به صورت رنگ نمايش داده مي‌شوند. ظرفيت فيبر خيلي بالا است. تجهيزات انتقال نرخ داده از 10 گيگا بيت بر ثانيه در يك لامبدا و 128 لامبدا كه معادل با 28/1 ترابيت بر ثانيه كه ظرفيت يك فيبر تنها است را پشتيباني مي‌كند هر مسير فيبر مي‌تواند هشت كانال كه هر يك، داراي كابل نوري شامل 192 زوج فيبر است را داشته باشد. پس اين ظرفيت مي‌تواند بيشتر از يك پتابيت بر ثانيه را حمل كند. ولي در عمل از ظرفيت پايين‌تري استفاده مي‌شود و كابلهايي با 6 فيبر مشاهده مي‌شود كه براي انتقال تك رنگ با نرخ 10 مگا بيت بر ثانيه استفاده مي‌شود [2].

روش رايج در سيستمهاي حامل براي انتقال نوري در مسافتهاي طولاني[39] نرخ بيت بالاتري را در هر لامبدا فراهم مي‌كند. آن هم چنين تعداد لامبداهاي پشتيباني شده در يك فيبر نوري را افزايش مي‌دهد. ظرفيت 2/10 ترا بيت بر ثانيه روي يك فيبر واحد در آزمايشگاه اثبات شده است. بنابراين زماني كه سيستم درچنين محدوده اي عمل مي‌كند بسياري از مشكلهاي غيرخطي اتفاق مي افتد كه به فيبرهاي نسل آينده با مشخصات كيفيت بالا نياز است. مشخصات نسل اول فيبرهاي تك مد(SFM)[40] بوسيله پيشنهاد ITU ، G.652 تعيين شده است كه به عنوان استاندارد فيبرتك مد شناخته مي‌شود. امروزه بيشتر فيبرهاي تك مد در اروپا مطابق پيشنهاد G.652 استفاده مي شوند. كه اين در مورد كابلهاي نوري زير دريا نيز صادق است. شكل (4-1) فيبر نوري را در شبكه‌هاي باند پهن نشان مي‌دهد. مسيرهاي فيبري جديد معمولاً با فيبرهاي G.655 مجهز شده اند كه بيشتر براي نرخهاي اتصال 10 گيگابيت بر ثانيه و بالاتر مناسب هستند. G.655 يك استاندارد براي NZDSF[41] مي‌باشد. فيبرنوري G.655 براي استفاده به وسيله سيستمهاي چندكانالي[42]  DWDM طراحي شده است. پيشنهاد ITu,G.692 طرح و تقسيم‌بندي ( به معني 50 هرتز و 100 هرتز و 200 هرتز ) براي DWDM در فيبرها را شرح مي‌دهد.

شكل (4-1) فيبر نوري درشبكه‌هاي باند پهن [6]

ظرفيت بالا و فواصل طولاني اتصالات به بهينه سازي چندين پارامتر شامل تعداد طول موجها و فاصله فركانسي، شكل مدولاسيون، فاصله بين تقويت كننده‌هاي نوري، سطح توان ورودي فيبر، اثرات غيرخطي مانند (SPM)[43] ، (XPM)[44] و [45](FWM)، انتخاب نوع فيبرها، جبرانسازي پراكندگي فيبرها و ترتيب آنها نياز دارد اثر پراكندگي رنگي با مقياس كردن با مربع نرخ بيت شناخته مي‌شود و بايد در سيستمهاي سرعت بالا ( در 10 گيگا بيت بر ثانيه وبالاتر) با دقت جبران شود.

تكنيك كامل شده، استفاده از فيبري است كه پراكندگي آن برخلاف پراكندگي فيبري كه در سيستم انتقال استفاده شده است باشد. DCF[46] ها به طور عادي به صورت ماجولهاي مجزا استفاده شده و در ايستگاههاي تقويت كننده جايگذاري شده و بنابراين سبب بهبود سيستمهاي نصب شده به سمت نرخ بيت بالاتر مي‌شوند.

4-2- اجزا ارسال

اجزا اصلي يك سيستم انتقال فيبر نوري فيبر، فرستنده و گيرنده است.

فرستنده‌ها سيگنالهاي الكترونيكي رمزشده را دريافت و به سيگنالهاي نوري تبديل مي‌كنند (مدولاسيون) و سپس روي فيبر ارسال مي‌كنند. ديودهاي ليزري (LD) نيمه هادي مي‌توانند براي توليد نور استفاده شوند و براي انتقال در مسافتهاي طولاني مناسب هستند. منبع نور پالس‌هاي نوري را در طول موجهاي ويژه منتشر مي‌كند. سپس LDها مي‌توانند آنها را در دامنه 1550 نانومتر انتقال داده و توانايي مدولاسيون تا حدود 10 گيگاهرتز را دارند. مدولاسيون خارجي نور در نرخ بيتهاي 10 گيگابايت بر ثانيه و بالاتر استفاده مي‌شود، LD هاي گران قيمت براي انتقال در مسافتهاي كوتاه ضروري نيستند. گيرنده‌ها در انتهاي ديگر فيبر جايگذاري مي‌شوند و يك آشكارساز نوري را براي تبديل سيگنال نوري وارد شده به سيگنال الكتريكي استفاده مي‌كنند. طول موج سمت گيرنده بايد با سمت فرستنده مطابقت داشته باشد.

ويژگي‌هاي مهم شامل اشباع[47]، حساسيت[48]، و نرخ خطاي بيت (BER)[49] براي سطح ديجيتال و نسبت سيگنال به نويز (SNR)[50] براي سطح آنالوگ است. نرخ خطاي بيت تعداد خطاهايي است كه بين فرستنده‌ها و گيرنده‌ها اتفاق مي‌افتد. اشباع ماكزيمم توان دريافت شده است كه مي‌تواند پذيرفته شود.

اگر توان بيشتري دريافت شود موجب اعوجاج سيگنال و عدم كارآيي مي‌شود. حساسيت، مينيمم تواني است كه بايد از يك سيگنال وارد شده دريافت شود. يك سيگنال ضعيف مي‌تواند موجب نادرست خواندن بيتها يا SNR پايين شود WDM[51] يك روش افزايش ظرفيت يك فيبر نوري است كه از طريق ارسال همزمان بيش از يك پرتو نور در فيبر صورت مي‌گيرد.

OADM[52] تجهيزاتي است كه ترافيك ( تعداد كانالها) را از يك مدار نوري بدون نياز به تبديل سيگنالهاي الكتريكي درج يا رها[53] مي‌سازد. هنگاميكه ترافيك در يك گره شبكه افزايش پيدا مي‌كند OADM مي‌تواند براي انشعاب نوري ترافيك عبوري استفاده شود.

تجهيزات OADM پيشرفته نياز به مهندسي پيچيده را از طريق توانايي درج يا رها سازيش براي هر يا همه كانالهاي نوري حمل شده بوسيله زوج فيبر بدون اثر روي مابقي ترافيك عبوري رفع مي‌كند. تجهيزات OADM مي‌تواند به سوييچهاي نوري براي پشتيباني از مسيرهاي فيبري چندگانه تبديل شوند و كانالهاي نوري را بدون انجام تبديل O-E-O راه گزيني كنند [2].

تقويت نوري[54] در دهه 1980 معرفي شده بود كه با توسعه فاصله بين تقويت‌كننده‌هاي گران قيمت O-E-O براي اقتصاد شبكه نوري دوباره تعريف شد يك شبكه O-E-O بايد تقويت كننده‌هاي نوري را بسته به نوع تجهيزات 100-40 كيلومتر و تقويت‌كننده‌هاي O-E-O را هر 400 تا 500 كيلومتر استفاده كند.

تقويت كننده O-E-O به مبدل و تقويت مجزايي براي هر كانال نياز دارد.

تقويت كننده‌هاي Raman و اربيوم (EDFA)[55] بدون تبديل O-E-O مكرراً‌ براي انتقال نوري دور (‌براي مثال 2000 كيلومتر) و انتقال خيلي دور[56] (براي مثال 4000 كيلومتر) استفاده مي‌شوند. هدف مبدل O-E-O بازگرداندن، بازسازي و تنظيم دوباره سيگنال نوري است. اين امكان با وسايل نوري موجود در بازار امروز كاملاً وجود ندارد. هر چند فعاليتهاي تحقيقي در حال پيشرفت اميد بخش است و ما انتظار تقويت كننده‌هاي نوري خالص را در آينده داريم [2].

يك شبكه فيبر نوري خالص را مي‌توان از طريق خطوط فيبر نقطه به نقطه با طول 4000 كيلومتر بسازيم نور خالص يعني اينكه تبديل O-E-O تنها در واسط كاربر رخ مي‌دهد شبكه فيبر نوري خالص براي فواصل طولاني بايد نسبتاً ارزانتر از شبكه‌هاي قديمي باشد يك نمونه از معماري سيستم انتقال نوري در شكل
(4-2) ‌نشان داده است.

شكل (4-2) معماري سيستم انتقال نوري [2]

بسته به ظرفيت يا تقاضاي اتصال تا 128 طول موج روي يك فيبر تنها ارسال مي‌شود. از ديدگاه اقتصادي عوامل اصلي براي پيكربندي و مقياس پذيري، قيمت و جاي كامپيوتر هستند. به سبب شباهت طبيعي سيستمهاي انتقال چند طول موجي نوري دور و خيلي دور دو به يك اندازه به كار مهندسي مربوط به پارامترهاي فيبر نياز دارند.

4-3- برد[57]

فيبر، به هم تابيدن سيمها[58] ، اتصال دهنده‌ها و ديگر تجهيزات بين فرستنده و گيرنده داراي مشخصات فيزيكي از قبيل تضعيف، پراكندگي و غيره هستند كه سيگنال نوري را از شكل طبيعي خارج مي‌كند. پراكندگي پيش از اندازه به معناي انتقال ناموفق است. در اين مورد وسايلي براي تقوقيت نور، جبران سازي پراكندگي و توليد دوباره مسافتهاي طولاني استفاده مي‌شود.

در شبكه شهري (MAN)[59] كارتهاي واسط يا روترها يا سوييچهاي O-E-O موجود ( با فرستنده‌ها و گيرنده‌ها) مي‌توانند با dark Fiber هاي G.652 براي ماكزيمم فاصله 125 كيلومتر در نرخ ارسال 5/2 گيگابيت بر ثانيه در هر طول موج ( ماكزيمم برد تجهيزات توليد قبلي 80 كيلومتر بود) و ماكزيمم 80 كيلومتر در 10 گيگابيت بر ثانيه در هر طول موج استفاده شوند. ظرفيت انتقال براي سيستمهاي DWDM با استفاده از مالتي پلكسرها و دي مالتي پلكسرها بالاتر مي‌رود. سيستمهاي CWDM[60] ارزانتر با پهناي باند و تراكم كمتر در صورت نياز براي تقويت بيشتر ( با گسترش فاصله) استفاده مي‌شود، فرستنده‌ها و گيرنده‌ها براي انتقال در دو جهت روي يك فيبر با برد حدود 125 كيلومتر و نرخ انتقال تا 1 گيگابيت بر ثانيه قابل استفاده هستند فرستنده ها و گيرنده ها براي نرخ انتقال 40 گيگابايت بر ثانيه يا سرعتهاي بالاتر از لحاظ فني موجود بوده اما هنوز به صورت تجاري گسترش پيدا نكرده‌اند. در اين سيستمهاي انتقال وسايل مياني[61] بين فرستنده وگيرنده وجود ندارد.

با فيبر G.655 و باند باريك برد بالاتري در نرخ انتقال 10 گيگابيت بر ثانيه و (بالاتر) در هر طول موج بدست مي‌آيد. براي مثال فرستنده / گيرنده ها داده اترنت[62] را روي فيبر تا 120 كيلومتر ارسال يا دريافت مي‌كنند. [2] [6].

5- انتخاب معماري شبكه

در اين قسمت ما سه معماري شبكه مختلف را شرح مي دهيم. يك معماري شبكه را كه تقريباً شبيه به شبكه هاي تحقيقي رايج پيشين است را صرف نظر از ظرفيت و تكنولوژي روتر استفاده شده بررسي مي كنيم. اين شبكه shared IP- only ناميده مي شود. شبكه هايي را كه قادر به عرضه اتصلالات نقطه به نقطه سوئيچ شده بعلاوه يك سرويس IP يا شبكه هاي هايبريد هستند را شرح مي دهيم. هم چنين موردي كه NREN[63]ها نقش مستقيم زيادي در تهيه اتصال پايه (جايي كه آنها تمام كنترل زيربنا فيبر را بر عهده دارند) دارد را شرح مي‌دهيم.

5-1- شبكه Shared IP- only

در اين گزارش شبكه Shared IP- only به شبكه اي گفته مي شود كه در آن تمامي اتصالات از طريق به كارگيري روترهاي IP است.

شكل (5-1) نمونه اي از شبكه IP- onlyshared را در تمام اروپا براي اتصال كاربران سنتي، كاربران شبكه و شبكه هاي خصوصي مجازي[64] نشان مي دهد.

در شكل GEANT يك شبكه فيبر نوري سرعت بالاي پيشنهادي جهت پوشش دادن 30 كشور اروپايي با سرعت 5/2 گيگابيت بر ثانيه مي باشد كه در سال 2001 تعريف شده است.

5-2- شبكه مركب[1](IP + switched)

شبكه اي را شبكه مركب مي نامند كه از يك جزء all- IP ساخته شده و بوسيله اتصالات مبني بر سوييچ تكميل شده باشد. همانطور كه در شكل (5-2) نشان داده شده است كاربران عمومي هنوز يك زيربنا به اشتراك گذاشته IP را استفاده مي كنند. زيربنا به اشتراك گذاشته شده IP مي تواند براي پشتيباني كاربراني با نيازهايي براي كيفيت سرويس استفاده شود. براي پشتيباني كاربران شبكه خصوصي مجازي يا شبكه روش متفاوتي مي تواند به كار گرفته شود. تجهيزات سوييچينگ كه خدمات گيگابيت اترنت و يكپارچه سازي يا جداسازي ترافيك براي بازدهي بهتر[65]SDH را فراهم مي كنند قبلا در دسترس بودند (و در حال توسعه هستند) به اين معني كه يك مدار STM-64[66] مي تواند به چندين گيگابيت اترنت و مدارات STM-16 (يا كمتر) تقسيم شود و اينها مي توانند روي يك واسط اختصاصي براي كاربران عرضه شود. اين يك راه حل خيلي ارزان (به سبب هزينه كمتر واسطهاي روي اين نوع از تجهيزات) نسبت به راه حل all- IP  قبلاً ارائه شده است.

در واقع تجهيزات سوييچينگ و روترهاي IP شبيه تجهيزات سوييچينگ و انتقال هستند اما در انتها به ASICها و نرم افزار موردنياز براي خدمات IP پيشرفته نياز ندارند. اين معماري بر حسب مديريت شبكه و تخصيص منابع، موافق و مخالفهاي خودش را دارد. براي تخصيص منابع، بيشتر فروشندگان تجهيزات سوييچينگ در فرايند پشتيباني از G-MPLS[67] فعاليت دارند چون اجراها هميشه مطابق با استانداردها نيست بنابراين فروشنده ها توانايي كار با يكديگر را ندارند.

به اين معني كه منابع اتصال توزيع شده بين تجهيزات سوييچينگ و روترهاي IP عامل لازم براي مديريت و تخصيص مداوم را دارند.

دو گزينه موجود براي مديريت عملكردي اين قبيل معماري شبكه:

        · مديريت NRENها، تجهيزات سوييچينگ و IP

        ·مديريت NRENها، تجهيزات IP و فراهم كردن يك سرويس سوييچينگ مديريت شده از عملگرهاي قديمي

در هر يك از اين موارد يك علامت شفاف بين تهيه كننده هاي اتصال و عناصر سوييچينگ / روتينگ وجود دارد. مانند شبكه Shared IP- only تهيه كننده اتصال يك سرويس طول موج چندگانه را عرضه مي‌كند.

چون طول موجهاي تنها مي توانند به طور جداگانه به كاربران پروژه عرضه شوند از ديدگاه NREN يك امتياز شفاف به حساب مي آيد. اين خصوصاً در مواردي است كه عناصر سوييچينگ نوري هستند. بنابراين در اين مورد معماري شبكه مي تواند هم چنين به عنوان يك شبكه با طول موج چندگانه[68] تعريف شود.

شكل (5-2) معماري شبكه مركب [2]

5-3- شبكه فيبر

در اين معماري يك NREN روي يك زيربنا شبكه فيبر كنترل دارد.

NREN مي تواند طول موجهاي زيادي (با محدوديتهاي تكنولوژي استفاده شده) به اندازه موردنياز تهيه كند. روي هم رفته NREN مي تواند شبكه Shared IP- only يا hybrid را از شبكه فيبر بسازد و خدماتي به كاربرانش عرضه كند.

اين معماري شبكه خيلي شبيه معماري شبكه hybrid است با اين تفاوت كليدي كه NREN زير بنا فيبر را نيز كنترل مي كند. يك نكته بنيادي براي ساختن اين است كه: شبكه چطور به كار انداخته مي شود؟

دو گزينه وجود دارد:

    ·شبكه فيبر بوسيله يك حامل سنتي از طرف NREN به كار انداخته مي شود. اين يك مدل جديد از همكاري بين NRENها و حامل ها را نشان مي دهد تجهيزات in-line و line–Termination بوسيله مالك انتخاب و بكار انداخته مي شود. در اين مورد شخص ثالث توابع مبني بر فيبر را از طرف NREN اجرا خواهد كرد.

        ·شبكه فيبر كاملاً بوسيله NREN به كار انداخته مي شود.

پيشرفتهاي تخصصي در تجهيزات انتقال حتي روي يك مقياس بين المللي اين گزينه را امكان پذير مي‌سازد. شكل (5-3) معماري شبكه فيبر را نشان مي دهد.

شكل (5-3)- معماري شبكه فيبر [2]

6- Dark Fibre

dark fibre، فيبر نوري اختصاصي يك مشتري تنها (يا يك گروه از مشتريان) است. جائيكه مشتري مسئول متصل كردن تجهيزات انتقال به آن است.

پياده سازي شبكه نوري مبني بر dark fibre، بر طبق محدوده جغرافيايي تاسيسات به معني زمين دانشكده و محوطة كالج، مترو، منطقه اي و قاره اي يا بين قاره اي طبقه بندي شده است. تفاوت اصلي موارد بالا در موارد زير است:

        ·مسافتي كه سيگنالها بايد منتقل شود.

        ·تراكم، به معني تعداد طول موجها (سيگنالها، رنگها) در يك dark fibre تنها است.

هر يك از اين پارامترها مفهوم متفاوتي براي تجهيزات انتقال دارد.

معمولاً و در آينده قابل پيش بيني تراكم موردنياز اتصالات، بوسيله NRENها (64-1) كمتر از برخي dark fibreهاي استفاده شده بوسيله حاملها (256-32) است. در هر دو مورد تراكم موردنياز در لبه شبكه ها كمتر از هسته است. درخواستها براي مسافت انتقال در هر دو مورد يكسان است اما براي مسافتهاي طولاني تر (2000 كيلومتر و بيشتر) خريد خدمات لامبدا از حاملها نسبت به استفاده از dark fibreها مي تواند ارزانتر باشد.

شركتهاي حرفه اي كه به سيستمهاي dark fibre تخصيص پيدا كرده اند نصب فيبر و هم چنين نگهداري آن را به نيابت از طرف مشتري تامين مي كنند. در بسياري موارد مديريت پيچيده اضافي يا منابع انساني و اقتصادي در پشتيباني از مشتري dark fibre وجود ندارد و اين مورد نسبت به خدمات مخابراتي قديمي قابليت اطمينان بيشتري دارد. مديريت پيچيده اضافي تنها در خطوط فيبر مسافت طولاني (طولاني تر از 250 كيلومتر) زمانيكه سيگنال نوري در خطوط ارتباطي نياز به تقويت يا توليد دوباره دارد آشكار مي شود. در چنين مواردي مشتري مسئوليت مديريت تجهيزات بين دو خط ارتباطي را بر عهده مي گيرد و شركت نگهداري فيبر بعضي از كمكهاي محلي را عرضه مي كند.

7- تكنولوژيهاي موجود و آينده

هدف از اين قسمت شرح تكنولوژيهاي موجود و آينده است كه ممكن است تاثير مثبتي روي توسعه بيشتر خدمات شبكه سازي پيشرفته داشته باشد.

7-1- تكنولوژيهاي فيبر

كابلهاي فيبر نوري از سال 1970 استفاده شده و متضمن تكنولوژي فيزيكي هستند كه سبب افزايش دسترس پذيري به پهناي باند ارتباطات مي شوند. تكنولوژي فيبر در حال حاضر روند خوبي دارد و تكنيكهاي ساخت بطور اساسي در حال بهبود است. در نتيجه فيبرها امروزه با مشخصات پراكندگي بهتري نسبت به روزهاي اول نصب مي شوند. فيبر نصب شده تا قبل از سال 1992 توانايي پشتيباني از سيستمهاي WDM با تراكم بالا در مسافتهاي طولاني را بدون نياز به تجهيزات گران قيمت جبران سازي پراكندگي نداشت.

فيبرهاي قديمي DWDM را در 40 گيگا بيت بر ثانيه و بالاتر در مسافتهاي طولاني پشتيباني نخواهد كرد. تقريباً جدا از نياز به تجهيزات انتهايي جديد براي پشتيباني 40 گيگا بيت بر ثانيه فيبرهاي قديمي نيز نياز به جايگزين شدن خواهند داشت. فيبرهاي ساخته شده مطابق پيشنهاد ITU، G.652 (براي فيبرهاي استاندارد تك مد) و G.655 (براي NZDSF) بايد توانايي پشتيباني چنين اتصالاتي را داشته باشند. شركتهايي كه در توسعه فيبرهاي كريستال فوتوني ميان تهي[69] پيشگام هستند ممكن است پهناي باند و طول اتصال را بيشتر كنند. مطابق معمول كابل فيبر نوري، نور را از فرستنده تا گيرنده بوسيله پردازش جمع انعكاسات داخلي هدايت مي‌كند.

7-2-سوييچينگ نوري

همانطور كه در قسمت قبل اشاره شده مبدلهاي نوري به الكتريكي در سرعتهاي 40 گيگا بيت بر ثانيه و بالاتر از طريق محدوديتهاي اعمال شده بوسيله قوانين فيزيكي دچار مشكل خواهند شد.

سوييچينگ نوري در سرعتهاي بالا، پردازش سيگنال مورد نياز را تماماً در حوزه نوري بر عهده خواهد داشت. OXCها معمولاً در دسترس هستند اما به تجهيزات الكترونيكي خارجي براي سوييچينگ نياز دارند.

با دسترس پذيري كامل MPLS و G-MPLS انگيزه براي سوييچنگ كاملاً نوري تقويت خواهد شد. به اين دليل كه تركيبي از بسته هاي IP پيوسته شده با G-MPLS مي‎تواند بدون نياز به لايه هاي مياني اضافي كه هر يك به كنترل و مديريت خودشان نياز دارند مستقيماً روي زير بنا DWDM منتقل شوند. مفهوم OPS[70] در بسياري از محافل مطرح مي‎شود و ممكن است درمدل slotted براي بسته هايي با طول ثابت يا در مدل un-slotted براي بسته هايي با طول متغير اجرا شود. يك احتياج بحراني مورد نياز براي پياده سازي ops  دسترس پذيري بافرهاي تأخير نوري خواهد بود . اين بافرهاي براي ذخيره موقتي بار داده[71] هنگاميكه سرايند[72] بسته نوري پردازش مي‎شود و مسير نوري مناسب داخل ساختار فيزيكي سوييچ برقرار مي‎شود مورد نياز هستند. يك روش معروف به OBS[73]پيشنهاد شده است. در يك سيستم انتقال OBS بار داده نوري جدا از سيگنال كنترل كه خودش  مي‎تواند در حوزه نوري وجود اشته باشد نگهداري مي‎شود. سطح كنترل اغلب به آساني روي يك مسير يا طول موج جدا از بار داده منتقل مي‎شود. سيگنال كنترل از منبع سوييچ به مقصد سوئيچ فرستاده مي‎شود. اين سيگنال اندكي جلوتر از بار داده براي برقراري مسير نوري مورد نياز از طريق سوييچ قبل از ارسال بار داده فرستاده مي‎شود [2]. در شكل (7-1) تكنولوژيهاي پيشنهادي براي NGN مشاهده مي‎شود.

شكل (7-1)تكنولوژيهاي پيشنهادي براي NGN [5]

نتيجه گيري

تكنولوژي فيبر در حال حاضر روند خوبي دارد و تكنيكهاي ساخت آن در حال بهبود است. فيبرها رشد دسترس پذيري پهناي باند ارتباطي را پشتيباني مي‌كنند با تكنولوژي فيبرو تقويت كننده ها (EDFA) سيستمهاي انتقال مي‎توانند براي سرعتهاي 5/2 گيگا بيت بر ثانيه و 10 گيگا بيت بر ثانيه بدون نياز به توليد دوباره، بردهاي 1500-1000 كيلومتر (فواصل دور) و 4000-3000 كيلومتر (فواصل خيلي دور )را پوشش دهند.

با فعاليتهاي تحقيقاتي در حال پيشرفت ما انتظار تقويت كننده هاي نوري خالص را در آينده داريم با شبكه فيبر نوري خالص مي توان نسبتاً ارزانتر از شبكه هاي قديمي فواصل طولاني را پوشش داد.

فرهنگ لغات و اصطلاحات

چكيده

در اين گزارش جايگاه فيبر و ادوات نوري را در شبكه‌هاي مخابراتي نسل آينده بررسي مي‌كنيم. ابتدا شبكه‌هاي نسل آينده، معماري، مشخصات و اجزا آن را شرح مي‌دهيم سپس تجهيزات NGN و نقش مهم تكنولوژي فيبر نوري را در اين شبكه‌ها عنوان مي‌كنيم.

كلمات كليدي:

NGN, Optical Fibre, Gateway, Switching, WDM, DWDM, PSTN

فهرست مطالب

عنوان ........................................................................................................................ صفحه

1- مقدمه .......................................................................................................................... 1

2- بررسي اجمالي NGN.................................................................................................... 2

         2-1- NGN چيست؟ ................................................................................................ 2

         2-2- معماري NGN................................................................................................. 4

         2-3- اجزا اصلي NGN............................................................................................. 5

3- تجهيزات سوييچينگ .................................................................................................... 8

         3-1- اتصالهاي متقابل نوري ...................................................................................... 9

         3-2- اتصالهاي متقابل فوتوني .................................................................................... 10

4- فيبرها و تجهيزات انتقال ................................................................................................. 11

         4-1- انواع فيبر و ظرفيت آنها ..................................................................................... 11

         4-2- اجزا ارسال ...................................................................................................... 13

         4-3- برد ................................................................................................................. 16

5- انتخاب معماري شبكه .................................................................................................... 17

         5-1- شبكه Shared Ip-only...................................................................................... 18

         5-2- شبكه مركب ................................................................................................... 18

         5-3- شبكه فيبر ........................................................................................................ 22

6- Dark Fibre.................................................................................................................. 23

7- تكنولوژي‌هاي موجود و آينده ........................................................................................ 24

         7-1- تكنولوژيهاي فيبر ............................................................................................. 25

         7-2- سوييچينگ نوري ............................................................................................. 25

نتيجه گيري ....................................................................................................................... 27

فرهنگ لغت و اصلاحات.................................................................................................... 28

چكيده ............................................................................................................................. 31