جایگاه فیبر و ادوات نوری در NGN شبکه نسل آینده مخابراتی

در این گزارش جایگاه فیبر و ادوات نوری را در شبکه‌های مخابراتی نسل آینده بررسی می‌کنیم. ابتدا شبکه‌های نسل آینده، معماری، مشخصات و اجزا آن را شرح می‌دهیم سپس تجهیزات NGN و نقش مهم تکنولوژی فیبر نوری را در این شبکه‌ها عنوان می‌کنیم.

کلمات کلیدی:

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

– مقدمه

امروزه شبکه‌های عمومی به دلایل متفاوتی ناهمگن هستند. مشتریان به خدماتی همانند صوت داده و ویدئو نیاز دارند و از وسایل متفاوتی نظیر نوت بوک‌ها، PDAها، تلفنهای سلولار، دوربینهای ویدیویی و غیره استفاده می‌شود. بنابراین رنج وسیعی از وسایل سیار و ثابت پدیدار می‌شود.

ازدیدگاه مشتری ناهمگن بودن شبکه غیرقابل درک است. درگذشته شبکه‌های متفاوتی برای پاسخ به این نیازهای متنوع توسط فراهم‌کننده‌های سرویس ساخته شده است که هر یک برای یک نیاز ویژه بهینه شده بودند. برای مثال PSTN برای خدمات صوتی، شبکه Ip برای خدمات اینترنت (Web) و شبکه داده مبنی بر سوئیچ برای خدمات ATM و Frame relay و هم چنین شبکه‌های ویژه‌ای برای یک کاربرد خاص نظیر کنفرانس ویدیویی طراحی شده بودند [3] [1].

این گزارش براوردی از شبکه‌های نسل آینده، فواید NGN و همچنین نقش مهم تکنولوژی انتقال فیبر نوری را که اخیراً توسعه داده شده است را ارائه می‌کند. تکنولوژی DWDM دسترسی به NGN را میسر می‌سازد. خدمات NGN مبنی بر سوییچینگ پیشرفته با یک سطح کنترل یکپارچه خواهد بود. در فصل 2 تعریفی از NGN ارائه و معماری و اجزا اصلی آن معرفی می‌شود در فصل سوم اتصالهای متقابل نوری و فوتونی بررسی می‌شود. در فصل چهارم فیبرها و ظرفیت‌ آنها در شبکه NGN، اجزا ارسال سیستم انتقال فیبر نوری و درنهایت برد فیبرهای موجود بررسی می شود. انتخاب معماری شبکه عنوان فصل 5 می‌باشد در این قسمت سه معماری شبکه مختلف معرفی می‌شود شبکه Shared Ip-Only ، شبکه مرکب و شبکه فیبر. و در فصل 6 به dark fibre ها پرداخته می‌شود و نگاهی به تکنولوژیهای موجود و آینده، تکنولوژیهای فیبر و سوییچینگ نوری آخرین فصل این گزارش به شمار می‌آید.

2-1- NGN چیست؟

تعریف واحد و پذیرفته شده‌ ای از NGN[1] وجود ندارد و در حال حاضر عبارت مبهمی است. تعاریف ارائه شده از NGN نسبتاً گسترده هستند. سازمانهایی مثل ETSI و ITU-T[2] مشخصات اصلی NGN را معرفی کرده اند. به عنوان مثال NGN;ITU-T را به عنوان شبکه‌ای مبتنی بر بسته[3] تعریف کرده است، که خدماتی شامل سرویسهای ارتباطی، توانایی استفاده از پهنای باند چندگانه[4] و کیفیت سرویس[5] که برای تکنولوژیهای انتقال تهیه شده است را فراهم می‌کند. عموماً NGN به عنوان all IP یا شبکه‌های مجتمع مبتنی بر بسته با مشخصاتی که درجدول (2-1) نشان داده شده است بیان می‌شود. NGN به تنهایی مشخصات شبکه را پوشش نمی‌دهد اما مشخصات سرویس آن فرصتهای جدیدی را برای اپراتورهای شبکه، فراهم کننده‌های سرویس،[6] تولید کننده‌های ارتباطات و کاربرها فراهم می‌کند [1].

all Ip یا شبکه مبتنی بر بسته

بیشتر کارشناسان معمولاً NGN را به عنوان یک شبکه چندسرویسی[7] مبنی بر تکنولوژی Ip می‌شناسند.

NGN مانند یک شبکه Ip مجتمع می‌تواند برای ارتباطات بی‌سیم و با سیم انواع ترافیک یا برنامه‌های کاربردی را روی شبکه‌های مبتنی بر بسته بکار گیرد. در مجموع، بسیاری از کارشناسان استدلال می‌کنندکه NGN در ده سال آینده جایگزین مدار رایج مبنی بر PSTN[8] خواهد شد.

خدمات کاربردی مجزا از شبکه انتقال

NGN یک معماری باز[9] بوسیله برنامه های کاربردی و شبکه‌های مجزا فراهم می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد به صورت جداگانه ارائه شوند و برنامه‌های کاربردی می توانند مستقلاً صرف‌نظر از نوع شبکه‌ای که استفاده می‌شود توسعه پیدا کنند. با یک معماری باز استانداردسازی به طور فزاینده‌ای اهمیت پیدا می‌کند اما به کاربران شبکه اجازه می دهد که بهترین محصولات موجود را انتخاب کنند و یک برنامه کاربردی جدید می‌تواند در یک مدت زمان خیلی کوتاهتر نسبت به PSTN و ISDN[10] اجرا شود.

شرکتهایی که وسایل یا تجهیزات کامپیوتری را تولید کرده و به فروش می‌رسانند،[11] می‌توانند برنامه های کاربردی و سرویسها را برای کاربران نهایی توسعه دهند. فراهم‌کننده‌های سرویس می‌توانند یک یا چند برنامه کاربردی را داخل یک سرویس بسته‌بندی کنند یا برنامه‌های کاربردی می‌توانند بوسیله کاربران روی یک پایه نظیر به نظیر مورد استفاده قرار گیرند.

شبکه‌های مجتمع یا همگرا شده

شبکه‌های مجزا وسایل مورد نیاز جداگانه‌ای را برای خدمات ویدئو، داده و صوت استفاده می‌کنند. NGN انواع متفاوتی از برنامه‌ها را درون بسته‌ها تغییر شکل داده و بطور همزمان تحویل می‌دهد. ارتباط بین NGN و شبکه‌های موجود از قبیل PSTN، ISDN و GSM[12] می‌تواند بوسیله پل‌های ارتباطی[13] فراهم شود.

شبکه موجود در همه جا

NGN به کاربران اجازه تحرک گسترده و دستیابی یکپارچه به انواع برنامه‌های کاربردی با کیفیت یکسان را در هر ناحیه جغرافیایی می‌دهد. ارتباطات کشتیرانی و برج مراقبت امکان پشتیبانی از انتقال، تجارت و نیازهای اوقات فراغت را در هر وضعیت که کاربر انتخاب می‌کند، امکانپذیر می‌کند.

توزیع هوشمندی شبکه

در صورتیکه PSTN رایج، مبنی برشبکه هوشمند و پایانه‌های نامفهوم (پایانه‌ای که شامل ریز پردازنده داخلی نباشد) است، NGN شبکه‌ای هوشمند و پایانه‌های هوشمند دارد. در این محیط شبکه، فراهم‌کننده‌های سرویس به آسانی انواع متفاوتی از سرویسها را بدون نیاز به تجهیزات سنگین شبکه فراهم می‌کنند.

2-2- معماری NGN

یک نمایش از معماری شبکه NGN می‌تواند به روشن شدن ساختار واجزا آن کمک کند. شکل (2-1) یک تصویر کلی از معماری NGN را نشان می‌دهد. در این شکل پایانه‌های بی‌سیم و با سیم با back bone شبکه انتقال از طریق سطح[14] دسترسی متصل هستند و دیگر سطوح از قبیل سرویس، انتقال و شبکه‌های دسترسی بوسیله سطح کنترل، کنترل می‌شوند.

چنانکه در شکل مشاهده می‌کنید سطح سرویس می‌تواند بوسیله واسطه‌های استاندارد شده و باز از سطح دسترسی و انتقال جدا باشد. NGN می‌تواند با شبکه‌های دیگر از قبیل PSTN از طریق پلهای ارتباطی که اجازه گرفتن گردش هر نوع داده را به طور یکپارچه از میان شبکه‌های متفاوت می‌دهند، متصل شود [1].

2-3- اجزا اصلی NGN

معماری NGN علاوه بر تجهیزات صوتی و داده‌ای قدیمی شامل انواع تجهیزات شبکه همگرا شده از قبیل کنترل‌کننده‌های تماس/ مدت زمان ارتباط دو کامپیوتر، پل‌های ارتباطی رسانه، پل‌های ارتباطی سیگنالینگ، سرویس‌دهنده‌های ویژگی، سرویس‌دهنده‌های برنامه، سرویس‌دهنده‌های رسانه، سرویس‌دهنده‌های مدیریت و واسطه‌های صدور صورتحساب و عرضه نمودن سرویس مخابرات به یک کاربر که شامل وسایل انتقال و کابل کشی نیز می‌باشد، است. تکنولوژیهای هسته شامل تکنولوژی انتقال بسته، پروتکل کنترل مهندسی ترافیک، تکنولوژی که کیفیت سرویس را ضمانت می‌کند از قبیل MpLs ، تکنولوژی ارتباطات چند قسمتی از قبیل پخش بلادرنگ چند مقصدی پیام، تکنولوژی کنترل جلسه و غیره است.

Soft Switch

Soft Switch یک کنترل کننده تماس/ مدت زمان ارتباط دو کامپیوتر، نیز نامیده می‌شود و یکی از اجزا هسته NGN است. بدلیل اینکه انواع کاربردها از قبیل صوت و سرویس‌های دیگری که اضافه می‌شوند تا ارزش انتقال افزایش یابد را کنترل می‌کند. Soft Switch یک وسیله کنترل مبنی بر نرم افزار است که کنترل تماس بین پروتکلهای NGN از قیبل MGCP ، SIP ، H.232 و پروتکلهای تکنولوژی قدیمی مانند ISDN و SS7 را میسر می‌سازد. هم چنین با سرویس‌دهنده‌های برنامه برای تهیه، توابع / برنامه‌های کاربردی که مستقیماً روی Soft Switch وجود ندارد در ارتباط است. یکی از نقش‌های Softswitch، واسطه PSTN است که بوسیله سیستمهای سیگنالینگ انجام می‌شود [1] [3].

Gateway

یک پل ارتباطی یک نقطه شبکه است که به عنوان یک دروازة دخول در شبکه دیگر عمل‌ می‌کند. برای ارتباط با شبکه‌های دیگر سه نوع پل ارتباطی وجود دارد:Signalling gateway , Access gateway, Trunking gateway که در شبکه فراهم کننده سرویس قرار داده می‌شوند.

Application Server

سرویس دهنده برنامه کاربردی در شبکه فراهم‌کننده سرویس قرار داده می‌شود و سرویس منطقی و اجرایی برای سرویسها و برنامه‌های کاربردی که مستقیماً روی Soft Switch وجود ندارند فراهم می‌کند. به طور برجسته SoftSwitch تماسهای سرویس‌دهنده برنامه مناسب را زمانی که یک برنامه کاربردی تقاضا می‌شود مسیریابی می‌کند. در مجموع کارگزار سرویس در لبه شبکه فراهم‌کننده سرویس قرار داده می‌شود و توزیع سرویس و کنترل بین سرویس‌دهنده‌های برنامه کاربردی و Soft Switch را فراهم می‌کند. در شکل (2-2) اجزا اصلی NGN و نقش‌آنها خصوصاً نقش Softswitch را در این شبکه مشاهده می‌کنید.

[1] – Next Generation Network
[2] – International Telecommunications union
[3] – packet-based network
[4] – multiple broadband
[5] – quality of Service
[6] – Service providers
[7] – multi-service
[8] – public switched Telephone Network
[9] – open Architecture
[10] – Integrated Services Digital Network
[11] – Third parties
[12] – Global System for Mobile Communication
[13] – gateways
[14] – Plane

بعضی از مهمترین شبکه‌های باند پهن[1] جدید اتصالهای متقابل[2] هستند و اغلب اوقات به سوییچها منصوب می‌شوند.

کار اصلی اتصالهای متقابل تهیه پهنای باند انعطاف پذیر و مدیریت اتصال برای فراهم‌کننده‌های شبکه می‌باشد.

اتصالهای متقابل به سه دسته تقسیم می‌شوند.

1- اتصالهای متقابل دیجیتالی / الکتریکی (DXC/EXC)

وسایلی که برای دریافت، پردازش و ارسال داده در حوزه الکتریکی عمل می‌کنند که همان اتصالهای متقابل SDH[3] / SONET[4] قدیمی با واسطه‌های مسی هستند.

2- اتصالهای متقابل نوری (OXC)

اتصالهای متقابل دیجیتالی مجهز شده با واسطه‌های نوری هستند و بیشتر اوقات به عنوان سوییچهای
O-E-O  (Optical – Electrical- Optical) استفاده می‌شوند. این اتصالها برای بیشتر مشتریها بطور گسترده موجود می‌باشند. شکل (3-1) اتصالهای متقابل الکتریکی و نوری را نشان می‌دهد.

3- اتصالهای متقابل فوتونی (PXC)

تجهیزاتی که برای دریافت، پردازش و ارسال داده در حوزه نوری عمل کرده و اغلب اوقات به عنوان سوییچهای O-O-O (Optical – Optical – Optical) استفاده می‌شوند. تعداد کمی از فروشنده‌ها این اتصالها را تولید می‌کنند.

[1] – broad band
[2] – Cross connect
[3] – Synchronous Digital Hierarchy
[4] – Synchronous optical Network

• 1- مقدمه
• 2- بررسی اجمالی NGN
• 2-1- NGN چیست؟
• 2-2- معماری NGN
• 2-3- اجزا اصلی NGN
• 3- تجهیزات سوییچینگ
• 3-1- اتصالهای متقابل نوری
• 3-2- اتصالهای متقابل فوتونی
• 4- فیبرها و تجهیزات انتقال
• 4-1- انواع فیبر و ظرفیت آنها
• 4-2- اجزا ارسال
• 4-3- برد
• 5- انتخاب معماری شبکه
• 5-1- شبکه Shared Ip-only
• 5-2- شبکه مرکب
• 5-3- شبکه فیبر
• 6- Dark Fibre
• 7- تکنولوژی‌های موجود و آینده
• 7-1- تکنولوژیهای فیبر
• 7-2- سوییچینگ نوری
• نتیجه گیری
• پیوست

فرهنگ لغات و اصطلاحات

• درج یا رها : Add / Drop
• سرویس دهنده های برنامه : Application Servers
• نرخ خطای بیت : BER
• باند پهن : Broad band
• اتصالهای متقابل : Cross Connects
• آشکارساز : Detector
• ویرایش ظرفیت بالا برای DWM : DWDM
• یک تکنیک که برای تقویت قدرت سیگنال در شبکه انتقال فیبر نوری استفاده می‌شود : EDFA
• یک استاندارد شبکه محلی : Ethernet
• داده اترنت : Ethernet data
• اترنت سریع : Fast Ethernet
• پل ارتباطی : Gateway
• یک توسعه طبیعی از MPLS را ارائه می‌دهد : G-MPLS
• سیستم سراسری برای ارتباطات سیار : GSM
• دور : Haul
• فیبرکریستال فوتونی میان تهی : Hollow-PCF
• شبکه ارتباطات دیجیتالی و جهانی که از سرویسهای تلفنی موجود نشات گرفته است : ISDN
• شبکه شهری : MAN
• روش استاندارد به کار رفته برای اداره و بهینه‌سازی جریان ترافیک برای شبکه‌هایی MPLS با مقیاس بزرگ
• فیبر با پاشندگی غیرصفر : NZDSF
• تسهیم‌کننده‌ای که می‌تواند سیگنالهایی با نرخ پایین از یک سیگنال تسهیم شده با نرخ بالا AODM را بدون دی مالتی پلکسینگ کامل استخراج و اضافه کند
• سوییچینگ بسته نوری : OPS
• بار داده : Payload Data
• شبکه تلفن عمومی : PSTN
• کیفیت سرویس : Quality of Service
• سلسله مراتب دیجیتالی همزمان : SDH
• فیبر تک مد : SFM
• نسبت سیگنال به نویز : SNR
• دسته ای از استانداردهای مخابرات فیبری که امکان انتقال اطلاعات را با سرعت SONET بسیار زیاد ایجاد می‌‌کند
• مدولاسیون تک فاز : SPM
• یک روش حمل و سوییچینگ که براساس اطلاعات در حال وقوع در نقش‌های معمولی STM و ثابت می‌باشد
• شبکه خصوصی مجازی : VPN
• شبکه محلی مجازی : VLAN
• یک روش افزایش ظرفیت یک فیبر نوری از طریق ارسال همزمان بیش از یک WDM پرتو نور در فیبر است