مخابرات فیبر نوری و FTTX چیست؟

مخابرات فیبرنوری چیست؟

مخابرات فیبر نوری یک روش انتقال اطلاعات از یک مکان به مکان دیگر با ارسال پالس‌های نور از طریق یک فیبر نوری است. نور، یک موج الکترومغناطیسی حامل که مدوله شده است را برای حمل اطلاعات تغییر شکل می‌دهد. توسعه سیستم‌های ارتباطی فیبر نوری در دهه 70 میلادی، انقلابی در صنعت ارتباطات داشته و همچنین نقش عمده‌ای در ظهور عصر اطلاعات بازی کرده‌اند. به خاطر مزایای بیشتر ارتباطات فیبر نوری نسبت به سامانه‌های انتقال اطلاعات از زیر ساخت‌های برقی (مثل زوج سیم‌های به هم تابیده، کابل‌های کواکسیال و…)، فیبرهای نوری عمدتاً جایگزین سیم‌های مسی در هسته اصلی شبکه‌ها در جهان توسعه یافته شده‌اند. فیبر نوری در بسیاری از شرکت‌های مخابراتی برای انتقال سیگنال‌های تلفن، ارتباط اینترنتی و سیگنال‌های تلویزیون کابلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. محققان با استفاده از ارتباط فیبر نوری در آزمایشگاه‌های بل به سرعت اینترنتی بیش از ۱۰۰ petabit × کیلومتر بر ثانیه رسیده‌اند. فرایند ارتباط با استفاده از فیبر نوری شامل مراحل اساسی زیر است: ایجاد سیگنال‌های نوری توسط یک فرستنده، رله کردن سیگنال در امتداد فیبر (در کل عمل تکرار سیگنال و تقویت آن را رله کردن گویند)، تضمین این که سیگنال بیش از حد تحریف یا ضعیف نمی‌شود، دریافت سیگنال نوری، و تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی. فیبر نوری در بسیاری از شرکت‌های مخابراتی برای انتقال سیگنال‌های تلفن، ارتباط اینترنتی و سیگنال‌های تلویزیون کابلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به پایین‌تر بودن میزان میرایی (از بین رفتن سیگنال‌ها) و تداخل (که توسط نویزهای موجود در محیط ایجاد می‌شود)، فیبر نوری دارای مزایای بسیار زیادی نسبت به سیم مسی، در فواصل بسیار دور (ارتباط بین شهرها، استان‌ها، کشوری با کشورهای دیگر و ارتباط بین قاره‌ای) یا تقاضای بالا جهت دسترسی به اطلاعات (مثل اینترنت که نیازمند پهنای باند بسیار بالا به همراه پایین‌ترین حد از خطا در سیگنال‌های ارسالی و دریافتی است) می‌باشد. با این حال، توسعه زیرساخت‌ها بین شهرها نسبتاً دشوار و وقت گیر بود و سیستم‌های فیبر نوری برای نصب و اجرا، پیچیده و گران‌قیمت بودند. با توجه به این مشکلات، سیستم ارتباطی فیبر نوری در درجه اول در پروژه‌های با فواصل بسیار دور نصب و راه‌اندازی شد، یعنی جایی که از حداکثر ظرفیت انتقال اطلاعات بر روی این بستر می‌توانستند استفاده کنند و این کار موجب جبران هزینه‌های افزایش یافته شد. از سال ۲۰۰۰ قیمت تجهیزات مخابرات فیبر نوری به طور قابل توجهی کاهش یافت. در حال حاضر هزینه انتقال، نصب و راه‌اندازی فیبر نوری تا منازل، نسبت به کابل‌های مسی جهت بستر ارتباطات مخابراتی، اینترنتی و تلویزیونی مقرون به صرفه تر است.

شبکه نوری فعال

AONها برای توزیع سیگنال از تجهیزات شبکه فعال (برقی)، مانند سوئیچ یا روتر استفاده می‌کنند. معمولاً سیگنال‌ها نیاز به تبدیل نوری-الکتریکی-نوری دارند. سیگنال‌های ورودی دچار تداخل نمی‌شوند، چون تجهیزات امکان bufferingرا برای ترافیک تأمین می‌کند. اترنت فعال (Active Ethernet) یک AONمعمول است که از سوئیچ‌های نوری اترنت برای توزیع سیگنال استفاده می‌کند و محل مشتری و دفتر مرکزی را در یک سیستم اترنت بزرگ جای می‌دهد. این شبکه‌ها مشابه شبکه‌های اترنت مورد استفاده در کسب‌وکارها و مکان‌های آموزشی هستند، با این تفاوت که هدف‌شان اتصال خانه‌ها و ساختمان‌ها به دفتر مرکزی است، نه اتصال کامپیوترها و پرینترها در یک مکان. هر کابینت سوئیچ توانایی مدیریت حداکثر ۱۰۰۰مشتری را دارد، اما ۴۰۰–۵۰۰مشتری معمول‌تر است.

GPON چیست؟

فناوری جی‌پان نقطه به چند نقطه (GPON) سرنام Point-to-Multi point یکی از فناوری‌های PON سرنام Passive optical news است که یک مکانیزم دسترسی سریع به اطلاعات را با اتکا بر ویژگی زیربنایی به‌کارگیری تقسیم‌کنندهای غیرفعال (Passive) در شبکه‌های توزیع فیبرنوری به کار می‌گیرد. به عبارت دقیق‌تر در این شبکه دسترسی فیبرنوری تنها یک فیبر از مرکز ارائه‌دهنده دریافت شده و به چند مصرف‌کننده در مشاغل کوچک یا کاربران خانگی ارسال می‌شود. در فناوری جی‌پان سرعت دانلود برابر با 2.488 گیگابیت بر ثانیه و سرعت بارگذاری برابر با 1.244 گیگابیت بر ثانیه است. در فناوری فوق سیگنال‌های دانلود برای مشترکان به صورت پخشی (broadcast) و به شکل رمزنگاری شده ارسال می‌شوند. شبکه‌های نقطه به چند نقطه از دو بخش اصلی پایانه خطی نوری (Optical Line Terminal) با ظرفیت خدمت‌رسانی به حداقل 1000 مشترک شبکه و واحد پایانه شبکه نوری (Optical Network Terminal-Unit) که درون دفاتر یا منازل نصب می‌شوند ساخته شده‌اند. به نظر می‌رسد که آینده به سمت به‌کارگیری PON در حال حرکت است، زیرا هزینه نگه‌داری آن کم و پایداری آن بالا است، مشکل تضعیف سیگنال در آن‌ کمتر از نمونه‌های مشابه است و قابلیت افزایش پهنای باند دسترسی شبکه ارائه می‌کند.

FTTX چیست؟

اف تی تی ایکس (FTTX) سرنام Fiber to the x اصطلاحی کلی برای هر ساختار شبکه پهن‌باند است که از فیبر نوری برای تأمین تمام یا بخشی از اتصال مورد نیاز در ارتباطات نهایی (last mile) مخابراتی استفاده می‌کند. به دلیل ظرفیت بیش‌تر کابل‌های نوری در حمل دیتا نسبت به کابل‌های مسی به خصوص در مسافت‌های طولانی‌تر، شبکه‌های تلفنی مسی در حال جایگزین شدن با فیبر هستند. FTTX اصطلاحی کلی برای تمامی پیکربندی‌های مبتنی بر فیبر می‌باشد که به دو گروه FTTP/FTTH/FTTB و FTTC/N تقسیم می‌شود. در صنعت مخابرات انواع متفاوتی از پیکربندی‌های FTTX وجود دارد. اصطلاحات مختلفی در ارتباط با FTTX وجود دارد که از ‌مهم‌ترین آن‌ها به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

• FTTP (فیبر به محل مشتری): از این اصطلاح به عنوان اصطلاحی کلی برای اشاره به FTTHو FTTB، و همین‌طور مواقعی که شبکهٔ فیبر هم شامل خانه و هم کسب‌وکارهای کوچک است استفاده می‌شود.
• FTTH (فیبر به خانه): فیبرکشی تا مرز محل زندگی انجام می‌شود، مثلاً جعبه‌ای بیرون دیوار یک خانه. شبکه‌های نوری پسیو(GPON)و اترنت نقطه به نقطه نمونه‌هایی از FTTHهستند که مستقیماً از دفتر مرکزی اپراتور به ارائه خدمات سه‌گانه (دیتا، صدا و تصویر) می‌پردازند.
• FTTB (فیبر به ساختمان، کسب‌وکار یا زیرزمین): تا مرز ساختمان فیبرکشی انجام شده (مانند زیرزمین یک ساختمان مسکونی) و اتصال نهایی به هر واحد مسکونی با استفاده از روش‌های دیگر انجام می‌گیرد.
• FTTD (فیبر به دسکتاپ): اتصال فیبر از اتاق مرکزی کامپیوتر به یک ترمینال یا مبدل فیبر که نزدیک به میز کاربر قرار دارد برقرار می‌شود.
• FTTO (فیبر به دفتر کار): اتصال فیبر از اتاق مرکزی کامپیوتر/سوئیچ مرکزی به یک سوئیچ کوچک مخصوص (به نام سوئیچ FTTO) که در محل کار کاربر قرار گرفته‌است برقرار می‌شود. این سوئیچ کوچک با استفاده از کابل استاندارد شبکه، سرویس‌های اترنت ارائه می‌دهد. سوئیچ‌ها به‌طور غیرمتمرکز در سراسر ساختمان پخش شده‌اند، اما همه از یک نقطه مرکزی کنترل می‌شوند.
• FTTE/FTTZ (فیبر به کافو یا فیبر به منطقه): نوعی از کابل‌کشی منظم است که معمولاً در شبکه‌های محلی تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این تکنولوژی، از فیبر برای اتصال اتاق مرکزی کامپیوتر به یک جعبه مخابراتی یا کافوی نزدیک به محل‌کار یا میز کاربر استفاده می‌شود. با وجود تشابه نام، FTTEو FTTZجزو تکنولوژی FTTXنیستند.
• FTTF (فیبر به حیاط): بسیار شبیه FTTBاست با این تفاوت که در FTTFهر دستگاه متصل به فیبر برای سرویس‌دهی به یک مشترک در نظر گرفته می‌شود که اجازه سرعت‌های چند گیگابیتی را فراهم می‌نماید.
• FTTdp (فیبر به نقطه توزیع): بسیار شبیه FTTC / FTTNمی‌باشد که در آن فیبر تا نزدیکتر جعبه تقسیم یا نقطه توزیع به مشتری آمده است و اجازه سرعت‌های نزدیک گیگا بیت را فراهم می‌نماید.
• FTTN / FTTLA (فیبر به نود، محله یا آخرین تقویت کننده): فیبرکشی تنها تا یک کابینت خیابانی انجام می‌شود که ممکن است کیلومترها با مکان مشتری فاصله داشته باشد، و اتصال نهایی از طریق سیم تلفن است. FTTN معمولاً گامی موقت به سمت FTTHکامل است و برای ارائه سرویس‌های سه‌گانه پیشرفته مخابراتی استفاده می‌شود.
• FTTC / FTTK (فیبر به کابینت یا جعبه مخابراتی): مشابه FTTNاست، اما کابینت خیابانی یا دکل نزدیک‌تر به محل مشتری (حدود ۳۰۰متر) و در محدوده ارائه تکنولوژی‌های پهن‌باند مسی، مانند اترنت یا وای-فای است. گاهی با نام FTTP (فیبر به دکل) نیز از این تکنولوژی یاد می‌شود که ممکن است باعث اشتباه گرفته شدن آن با سیستم فیبر به محل مشتری شود.

کابل‌های فیبر نوری، برخلاف خط تلفن‌های سنتی و ADSL قادر به انتقال دیتا با سرعت بالا در مسافت‌های طولانی هستند. برای مثال، نوع معمول اترنت گیگابیتی (۱گیگابیت/ثانیه) که از کابل‌های مقرون به صرفهٔ cat-5وcat-6استفاده می‌کند تنها قادر به پوشش ۱۰۰متر است، در حالی که اترنت مبتنی بر فیبر به راحتی ده‌ها کیلومتر را پوشش می‌دهد. در نتیجه، همهٔ ارائه‌دهندگان مخابراتی مطرح در سراسر دنیا از FTTPبرای انتقال مستقیم به مشتری با استفاده از اتصالات دوردست متقارن 1Gbit/sبهره می‌گیرند. پیکربندی‌های FTTPکه مستقیم به محل مشتری فیبرکشی می‌کنند دارای بیش‌ترین سرعت هستند، چون بخش‌های باقی‌مانده می‌توانند از کابل کواکسیال یا اترنت استفاده کنند. گوگل فایبر سرعتی معادل 1Gibt/sدارد. به طور معمول اعلام می‌شود که آینده فیبر تضمین شده ‌است، زیرا محدودیت نرخ تبادل اطلاعات، ناشی از تجهیزات مورد استفاده است نه خود فیبر، و این امکان بالا بردن چشم‌گیر سرعت با جایگزینی تجهیزات، بدون تغییر در خود فیبر را فراهم می‌سازد. با این حال، نوع و طول فیبر استفاده‌شده (مثلاً multimodeیا singlemode) تأثیر به‌سزایی در قابلیت‌های آیندهٔ آن برای اتصالات بالای 1Gbit/sدارد. FTTCکه در آن فیبر تا یک کافو در خیابان کشیده شده، معمولاً به اندازه‌ای از کاربران دور است که اجازه استفاده از اترنت بر روی کابل‌های مسی موجود را نمی‌دهد. در چنین شرایطی معمولاً از DSL با نرخ بیت بسیار بالا (VDSL) استفاده می‌شود که پهنای باند دانلود تا 80Mbit/sرا فراهم می‌نماید، اما در فاصله‌های بشتر از ۱۰۰ متر این سرعت شدیداً افت می‌کند.

اسپلیتر فیبر نوری

اسپلیتر فیبر نوری، همچنین به اسپلیتر پرتو نیز معروف است، یک وسیله نوری پسیو است که می تواند یک پرتو نوری را به چند پرتو نوری تقسیم کند. اسپلیتر نوری یک دستگاه پشتیبان فیبر نوری با تعداد زیادی ترمینال های ورودی و خروجی جهت اتصال MDF و تجهیزات ترمینال و شاخه سازی سیگنال نوری به ویژه برای شبکه نوری پسیو است (EPON, GPON, BPON, FTTX, FTTH, etc). اسپلیترهای فیبر نوری را می‌توان به دو دسته FBT (Fused Biconical Taper Splitter) و PLC (Planar Lightwave Circuit splitter) تقسیم کرد.

اسپلیتر FBT

یکی از رایج ترین اسپلیتر ها است. اسپلیترهای FBT به طور کلی به طور گسترده در شبکه های پسیو مورد استفاده قرار می گیرند، به ویژه برای مواردی که پیکربندی تقسیم کوچکتر باشد x2, 1X4, 2x2, etc1.

اسپلیتر PLC

PLC یکی یک فناوری جدیدتری است. اسپلیترهای PLC راه‌حل بهتری برای کاربردهای بزرگتر ارائه می‌دهند. اسپلیتر PLC با استفاده از لیتوگرافی روی بستر شیشه‌ای سیلیکا ساخته می‌شود که امکان درصدهای خاص مسیریابی نوری را فراهم می‌کند. در نتیجه، اسپلیترهای PLC تقسیم‌هایی دقیق و با حداقل تلفات با بسته بندی کوچک فراهم می‌کنند.

اسپلیترهای متعادل

اسپلیترهای متعادل (N*2) از 2 فیبر ورودی و N فیبر خروجی تشکیل شده‌اند که توان سیگنال نوری را به‌طور متناسب تقسیم می‌کنند. آن‌ها عمدتاً برای افزونگی غیر همزمان استفاده می‌شوند.