پروتکل های انتقال داده با فیبرنوری

توضیح درباره ی فیبر نوری:

فیبر نوری یا fiber optic به رسانه و فناوری مرتبط با انتقال اطلاعات به وسیله پالسهای

نوری در امتداد یک امتداد شیشه ای یا رشته پلاستیکی یا فیبر اشاره دارد. فیبر نوری در

شبکه های داده با مسافت طولانی و با کارایی بالا استفاده می شود.

فیبر نوری

فیبر نوری معمولاً در خدمات ارتباطی از جمله اینترنت ، تلویزیون و تلفن استفاده می شود. به عنوان نمونه ،

شرکت هایی مانند Verizon و Google از خدمات فیبر نوری در Verizon FIOS و خدمات Google Fiber استفاده می کنند

و سرعت اینترنت گیگابیت را در اختیار کاربران قرار می دهند.

کابل های فیبر نوری از آنجا که دارای مزایایی نسبت به کابل های مسی ، مانند پهنای باند بالاتر و سرعت انتقال هستند ،

مورد استفاده قرار می گیرند.(درباره ی مزایای فیبر نوری بعد ها بیشتر توضیح داده می شود)

یک کابل فیبر نوری می تواند تعداد متفاوتی از این فیبر های شیشه ای را داشته باشد – از تعداد کمی تا چند صد.

اطراف هسته فیبر شیشه یکی دیگر از لایه های شیشه ای به نام روکش فلزی است. لایه ای که به عنوان لوله بافر شناخته می شود

از روکش محافظت می کند و یک لایه ژاکت به عنوان لایه محافظ نهایی برای رشته فردی عمل می کند.

در تصویر زیر قسمت های مختلف یک کابل فیبر نوری مشخص شده است.

قسمت های مختلف یک کابل فیبر نوری

فیبر نوری چگونه کار میکند؟

فیبر نوری داده ها را به صورت ذرات نور – یا فوتون – که از طریق کابل فیبر نوری انتقال می دهند ، منتقل می کند.

هسته فیبر شیشه ای و روکش فلزی هر کدام دارای ضریب شکست متفاوت هستند که نور ورودی را از زاویه خاصی

خم می کند. هنگامی که سیگنال های نوری از طریق کابل فیبر نوری ارسال می شوند ، هسته و روکش فلزی را در

یک سری از پرش های زیگ–زاگ منعکس می کنند و به فرایندی به نام بازتاب کل داخلی پیوند می خورند. سیگنالهای نوری

به دلیل تراکم لایه های شیشه ای با سرعت نور تردد نمی کنند ، درعوض حدود 30٪ کندتر از سرعت نور حرکت می کند.

برای تجدید یا تقویت سیگنال در طول سفر ، انتقال فیبر نوری گاهی اوقات به فواصل دور نیاز به تکرار کننده دارد

تا با تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی ، با تبدیل آن به سیگنال نوری ، سیگنال نوری را احیا کند و آن سیگنال

الکتریکی را پردازش و دوباره سیگنال نوری را پردازش کند.

کابل های فیبر نوری به سمت پشتیبانی از سیگنال های 10 گیگابیت

بر ثانیه حرکت می کنند. به طور معمول ، با افزایش پهنای باند

یک کابل فیبر نوری ، گران تر می شود.

فیبر نوری

انواع فیبر نوری:

فیبر چند حالته و فیبر تک حالته دو نوع اصلی کابل فیبر نوری هستند. فیبر یک حالته به

دلیل قطر کوچکتر هسته فیبر شیشه ای ، برای مسافت های طولانی تر استفاده می شود ،

که این امکان تضعیف ((attenuation را کاهش می دهد – کاهش قدرت سیگنال. دهانه کوچکتر نور

را در یک پرتو منفرد جدا می کند ، که مسیری مستقیم تر را ارائه می دهد و به سیگنال اجازه می دهد

مسافت طولانی تری را طی کند. فیبر یک حالت نیز از پهنای باند قابل توجهی بالاتر از فیبر چند حالته

برخوردار است. منبع نور مورد استفاده برای فیبر تک حالته معمولاً لیزر است. فیبر تک حالته

معمولاً گرانتر است زیرا برای تولید نور لیزر در بازتری کوچکتر نیاز به محاسبات دقیق دارد.

فیبر چند حالته برای مسافت های کوتاهتر استفاده می شود زیرا باز شدن هسته بزرگتر اجازه می دهد

تا سیگنال های نور بزرگتر و بازتاب بیشتری در طول مسیر داشته باشند. قطر بزرگتر اجازه می دهد

تا چندین پالس نوری از طریق کابل به یکباره ارسال شود ، که منجر به انتقال اطلاعات بیشتر, می شود.

این همچنین بدان معنی است که احتمال بیشتری برای از بین رفتن سیگنال ،

کاهش یا تداخل وجود دارد. فیبر نوری چند حالته معمولاً از LED برای ایجاد پالس نور استفاده می کند.

در حالی که کابلهای مسی سالها انتخاب سنتی برای ارتباط از راه دور ، ارتباطات شبکه و کابل بودند ،

فیبر نوری به یک جایگزین رایج تبدیل شده است. اکثر خطوط مسافت دور در شرکت ها اکنون از

کابلهای فیبر نوری ساخته شده اند. فیبر نوری به دلیل پهنای باند بالاتر و سرعت بیشتر ،

اطلاعات بیشتری نسبت به سیم مسی معمولی دارد. از آنجا که شیشه برق ندارد ،

فیبر نوری در معرض تداخل الکترومغناطیسی قرار نمی گیرد و تلفات سیگنال به حداقل می رسد.

مزایا و معایب:

کابل های فیبر نوری عمدتا به دلیل مزایایی بیشتر از کابل های مسی استفاده می شوند. مزایای آن شامل:

• پشتیبانی از ظرفیت پهنای باند بالاتر.

• نور می تواند بیشتر بدون نیاز به تقویت سیگنال سفر کند.

• تداخل در فیبر نوری کمتر اتفاق می افتد.

• آنها می توانند در محیط های آبی زیر آب استفاده شوند و در محیط های در معرض خطر بیشتری از کابل های فیبر نوری استفاده می شود.

• کابلهای فیبر نوری نیز نسبت به کابلهای مسی قوی تر ، باریک تر و سبک تر هستند

• آنها نیازی به نگهداری یا جایگزینی ندارند که در کابل های مسی به طور مکرر انجام می شود.

با این حال ، توجه به این نکته مهم است که فیبر نوری دارای مضراتی است که کاربران باید قبل از استفاده از آنها بدانند.

این معایب عبارتند از:

• سیم مس اغلب ارزان تر از فیبر نوری است.

• فیبر نوری همچنین نسبت به مس نیاز به محافظت بیشتری دارد.

• نصب کابل کشی های جدید کار سخت تری است.

• کابل های فیبر نوری اغلب شکننده تر هستند. به عنوان مثال ، اگر کابل خم یا منحنی در اطراف شعاع چند سانتی متر باشد ، می توان الیاف را شکسته یا سیگنال را از دست داد.

موارد استفاده از فیبر نوری:

شبکه های کامپیوتری به دلیل توانایی فیبر نوری در انتقال داده ها و ارائه پهنای باند بالا ، یک مورد متداول برای استفاده

از فیبر نوری است. به طور مشابه ، فیبر نوری غالباً در پخش و الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد

تا اتصالات و عملکرد بهتری داشته باشد. اینترنت و تلویزیون کابلی دو مورد متداول در استفاده از فیبر

نوری هستند. فیبر نوری را می توان برای پشتیبانی از اتصالات از راه دور بین شبکه های رایانه ای در مکان های مختلف نصب کرد.

صنایع نظامی و فضایی علاوه بر توانایی در ارائه سنجش دما ، از فیبر نوری به عنوان وسیله ارتباط

و انتقال سیگنال نیز استفاده می کنند. کابل های فیبر نوری به دلیل سبک تر بودن و اندازه کوچکتر می توانند مفید باشند.

فیبر نوری غالباً در انواع ابزارهای پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد تا نورپردازی دقیقی انجام شود.

همچنین سنسورهای زیست پزشکی را که به روشهای پزشکی کم تهاجمی کمک می کنند ،

به طور فزاینده ای قادر می سازد. از آنجا که فیبر نوری در معرض تداخل الکترومغناطیسی نیست ،

برای تست های مختلف مانند اسکن های MRI ایده آل است.

سایر کاربردهای پزشکی برای فیبر نوری شامل تصویربرداری با اشعه ایکس ، آندوسکوپی ، نور درمانی و میکروسکوپ جراحی است.

پروتکل های انتقال داده با فیبر نوری:

شبکه نوری همزمان (SONET-Synchronous Optical Networking) و سلسله مراتب دیجیتال همزمان

(SDH- Synchronous Digital Hierarchy) به عنوان متداول ترین پروتکل های شبکه های نوری تکامل یافته اند.

پروتکل شبکه حمل و نقل نوریOTN-Optical Transport Network) توسط اتحادیه بین المللی ارتباطات

به عنوان جانشین توسعه داده شده است و امکان همکاری در سراسر شبکه را فراهم می کند.

هر دو پروتکل امکان تحویل انواع پروتکل ها مانند حالت انتقال آسنکرون (ATM) ، اترنت ، TCP / IP و سایر موارد را فراهم می کنند.

در ادامه به توضیح این پروتکل ها می پردازیم.

SONET-Synchronous Optical Networking:

SONET مخفف Synchronous Optical Network است. SONET یک پروتکل ارتباطی است که توسط Bellcore

ساخته شده است – که برای انتقال مقدار زیادی از داده ها از مسافت های نسبتاً بزرگ با استفاده از فیبر نوری

استفاده می شود. با SONET ، چندین جریان داده دیجیتالی همزمان بر روی فیبر نوری منتقل می شوند.

نکات کلیدی:

• طراحی شده توسط Bellcore

• در آمریکای شمالی استفاده می شود

• استاندارد شده توسط ANSI (موسسه استاندارد ملی آمریکا)

• مشابه SDH (سلسله مراتب دیجیتالی همزمان) که در اروپا و ژاپن مورد استفاده قرار می گیرد.

دلیل نامگذاری:

یک ساعت واحد (ساعت مرجع اولیه ، PRC) زمان انتقال سیگنال ها و تجهیزات را در کل شبکه کنترل می کند.

اجزا و المنت های شبکه SONET:

اجزا و المنت های شبکه SONET در انتقال داده

:STS Multiplexer

• multiplexing سیگنال ها را انجام می دهد.

• سیگنال الکتریکی را به سیگنال نوری تبدیل می کند.

:STS Demultiplexer

• demultiplexing سیگنال ها را انجام می دهد

• سیگنال نوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند

:Regenerator

• این یک تکرار کننده است که سیگنال نوری را می گیرد و آن را احیا می کند (قدرت را افزایش می دهد).

:Add/Drop Multiplexer

• این اجازه می دهد تا سیگنال هایی را که از منابع مختلف به مسیر مشخصی منتقل می شوند اضافه کنید یا سیگنال را حذف کنید.

چرا از sonnet استفاده می شود؟

SONET برای تبدیل سیگنال الکتریکی به سیگنال نوری مورد استفاده قرار می گیرد تا بتواند مسافت های طولانی تری را طی کند.

لایه های sonnet :

لایه های sonnet

Path Layer

• این مسئول حرکت سیگنال از منبع نوری خود به مقصد نوری خود است.

• STS Mux / Demux توابع لایه مسیر را فراهم می کند.

Line Layer

• STS Mux / Demux و Add / Drop Mux توابع لایه Line را فراهم می کند.

• این مسئول حرکت سیگنال در یک خط فیزیکی است.

Section Layer

• این مسئول حرکت سیگنال در یک بخش فیزیکی است.

• هر دستگاه شبکه توابع لایه بخش را ارائه می دهد.

Photonic Layer

• با لایه فیزیکی مدل OSI مطابقت دارد.

• این شامل مشخصات فیزیکی برای کانال فیبر نوری (حضور نور = 1 و عدم وجود نور = 0) است.

برتری های sonnet:

• داده ها را به مسافت های بزرگ منتقل می کند

• تداخل الکترومغناطیسی کم

• نرخ بالای داده

• پهنای باند بزرگ

Optical Transport Network:

OTN چیست؟

همچنین معمولاً “بسته بندی دیجیتال” ، “OTN” یا “شبکه نوری حمل و نقل نوری” نامیده می شود ، یک پروتکل استاندارد

با نسل بعدی است که روشی کارآمد و پذیرفته شده در سطح جهانی برای چند برابر کردن سرویس های مختلف

بر روی مسیرهای نوری در فیبر نوری ارائه می دهد.

شبکه های ارائه دهنده خدمات و ارتباطات صنعت ارتباطات باید به سرعت تکامل یابند تا با انفجار پیشرفتی

ترافیک دیجیتال ناشی از خدمات چندرسانه ای ، برنامه های تلفن همراه ، رسانه های اجتماعی ، VoIP و

رایانش ابری مقابله کنند. بعلاوه ، برنامه های فزاینده ای از برنامه های خواستار پهنای باند وجود دارد.

ترافیک شبکه در مورد تماسهای صوتی که از طریق شبکه های مستقر در مدار در یک شبکه ارتباطی قابل

پیش بینی بین جفت های نقاط پایانی انجام می شد ، وجود داشت. امروزه بیشتر ترافیک شبکه مبتنی بر بسته است.

و توسط تعداد زیادی از خدمات و برنامه های کاربردی در الگوهای ترافیکی پراکنده و غیرقابل پیش بینی

و با تقاضای بسیار متفاوت و دقیق تر در مورد پهنای باند و عملکرد انتقال داده ایجاد می شود.

OTN هر بار مشتری را با شفافیت درون یک ظرف برای حمل و نقل از طریق شبکه های نوری ،

حفظ ساختار بومی مشتری ، اطلاعات زمانبندی و اطلاعات مدیریتی بسته می کند. قابلیت Multiplexing

پیشرفته OTN اجازه می دهد تا انواع ترافیک مختلف از جمله اترنت ، ذخیره سازی و فیلم دیجیتال

و همچنین SONET / SDH over از طریق یک واحد واحد حمل و نقل نوری انجام شود.

برتری های OTN :

• کاهش در هزینه های حمل و نقل: با انتقال چندین مشتری به طول موج واحد ، OTN یک مکانیسم اقتصادی برای پر کردن طول موج های نوری شبکه فراهم می کند.

• استفاده کارآمد از طیف نوری: OTN استفاده از کارایی ظرفیت DWDM را با تضمین نرخ پرشدن مداوم در شبکه با استفاده از کلیدهای OTN در اتصالات فیبر ، تسهیل می کند.

• تعیین کننده: OTN پهنای باند خاص و قابل تنظیم را به هر سرویس ، گروهی از خدمات یا پارتیشن شبکه اختصاص می دهد ، ظرفیت شبکه و عملکرد مدیریت شده را برای هر مشتری تضمین می کند و هیچ مشکلی بین سرویس های همزمان یا کاربران ندارد.

• عملیات شبکه مجازی: تکنیک های جدید مجازی سازی مانند شبکه های خصوصی مجازی نوری O-VPN) مجموعه ای اختصاصی از منابع شبکه را مستقل از بقیه شبکه به مشتری ارائه می دهد.

• انعطاف پذیری: شبکه های OTN به اپراتورها این امکان را می دهند تا فن آوری های مورد نیاز خود را بکار گیرند ، در حالی که امکان پذیرش فن آوری های جدید را همانطور که الزامات تجاری بیان می کنند ، به کار گیرند.

• ایمن سازی با طراحی: شبکه های OTN از طریق تقسیم سخت ترافیک بر روی مدارهای اختصاصی ، سطح بالایی از حریم خصوصی و امنیت را تضمین می کنند.

• عملیات قوی و در عین حال ساده: داده های مدیریت شبکه OTN بر روی یک کانال جداگانه انجام می شود ، کاملاً جدا از داده های برنامه کاربر ، بنابراین دسترسی و تغییر از طریق درگاه رابط مشتری بسیار سخت تر است.

SDH :

(Synchronous Digital Hierarchy)Sdhمخفف سلسله مراتب دیجیتال است و به عنوان یک فناوری چند برابر کننده

استفاده می شود که در ارتباطات از راه دور استفاده می شود. SDH به جریانهای داده با نرخ بیت کم اجازه می دهد

تا در جریان داده های پر سرعت ترکیب شوند. از آنجا که کل شبکه هماهنگ است ، جریانهای بیت جداگانه می توانند

از جریانهای داده با سرعت بالا نسبتاً راحت جاسازی شوند.

مشخصات اولیه در سال 1985 در ایالات متحده تحت عنوان SONET توسعه یافت. به عنوان یک سیستم انتقال

نوری دیجیتال جدید ، SONET این بود که مزایای کلیدی در مورد سلسله مراتب دیجیتال (PDH) ، در حالی

که هنوز قادر به انتقال PDH است PDH. استاندارد SDU ITU-T بر اساس SONET. SONET و SDH با

هم قابل استفاده هستند. SDH به عنوان یک سیستم انتقال برای ISDN پهنای باند و برای

حمل و نقل سلولهای ATM ، سیگنال های PDH ، تجمع اترنت ، سیگنال های SAN و سایر سیگنال های ارتباطی مناسب است.

برتری های SDH :

• یک تکنیک ساده و چند برابر کننده .

• شبکه همزمان و SDH از شبکه های چند منظوره پشتیبانی می کند.

• قابلیت حمل سیگنالهای PDH موجود.

• رشد آسان به نرخ بیت بالاتر که روند مدیریت و نگهداری را تقویت می کند.

• قابلیت حمل سیگنالهای پهنای باند را دارد.