تقنية PON - الشبكات الضوئية السلبية

يتطلب توسيع جمهور مستهلكي خدمة الإنترنت، وبالتالي مستخدمي شبكة النطاق العريض، إدخال تقنيات جديدة. يجب على مرافق نقل البيانات تحديث خطوط الاتصال بانتظام، الأمر الذي يجبر شركات الخدمة على تحديث قنوات معلومات النقل. ولكن، بالإضافة إلى النمو في حجم البيانات المرسلة، هناك مشاكل من نوع مختلف، والتي يتم التعبير عنها في التكلفة المتزايدة لخدمة شبكات أكثر ضخامة وتوسيع نطاق احتياجات المستخدمين النهائيين. إحدى طرق التحسين الشامل للخصائص هي تقنية PON، والتي تسمح أيضًا بالحفاظ على إمكانات الشبكات لمزيد من التوسع في قوتها ووظائفها.

تقنية الألياف الضوئية وتقنية PON

يسهل التطوير الجديد التنظيم الفني ومواصلة تشغيل شبكات بيانات المعلومات، ولكن يتم تحقيق ذلك إلى حد كبير بسبب مزايا الخطوط الضوئية التقليدية. حتى اليوم، على خلفية إدخال مواد عالية التقنية، يستمر استخدام القنوات المبنية على أزواج الهاتف القديمة ووسائل xDSL. ومن الواضح أن شبكة الوصول القائمة على هذه العناصر أقل كفاءة بكثير من خطوط الألياف المحورية، والتي لا يمكن اعتبارها أيضًا شيئًا منتجًا وفقًا لمعايير اليوم.

لطالما كانت الألياف الضوئية بديلاً للشبكات التقليدية واللاسلكية. ولكن إذا كان وضع مثل هذه الكابلات في السابق مهمة مستحيلة بالنسبة للعديد من المؤسسات، فقد أصبحت المكونات الضوئية اليوم أكثر بأسعار معقولة. في الواقع، في السابق، كانت الألياف الضوئية تستخدم لخدمة المشتركين العاديين، بما في ذلك ما يلي. وكانت المرحلة التالية من التطوير عبارة عن شبكة اتصالات مبنية على بنية Micro-SDH، والتي فتحت حلولاً جديدة بشكل أساسي. في هذا النظام وجد مفهوم شبكات PON تطبيقه.

توحيد الشبكة

جرت المحاولات الأولى لتوحيد التكنولوجيا في التسعينيات، عندما شرعت مجموعة من شركات الاتصالات في تطبيق فكرة الوصول المتعدد عبر ألياف ضوئية سلبية واحدة. ونتيجة لذلك، حصلت المنظمة على اسم FSAN، لتوحيد كل من المشغلين ومصنعي معدات الشبكات. كان الهدف الرئيسي لـ FSAN هو إنشاء حزمة تحتوي على توصيات ومتطلبات عامة لتطوير أجهزة PON، بحيث يمكن لمصنعي المعدات ومقدميها العمل معًا في نفس القطاع. واليوم، يتم تنظيم خطوط الاتصال المنفعلة القائمة على تقنية PON وفقًا لمعايير ITU-T وATM وETSI.

مبدأ تشغيل الشبكة

السمة الرئيسية لفكرة PON هي أن البنية التحتية تعمل على أساس وحدة واحدة مسؤولة عن وظائف استقبال البيانات ونقلها. يقع هذا المكون في العقدة المركزية لنظام OLT ويسمح لك بخدمة العديد من المشتركين من خلال تدفق المعلومات. جهاز الاستقبال النهائي هو جهاز ONT، والذي بدوره يعمل أيضًا كجهاز إرسال. يعتمد عدد نقاط المشترك المتصلة بوحدة الاستقبال والإرسال المركزية فقط على الطاقة والسرعة القصوى لجهاز PON المستخدم. التكنولوجيا، من حيث المبدأ، لا تحد من عدد المشاركين في الشبكة، ولكن من أجل الاستخدام الأمثل للموارد، لا يزال مطورو مشاريع الاتصالات يضعون حواجز معينة وفقًا لتكوين شبكة معينة. يتم إرسال تدفق المعلومات من وحدة الاستقبال والإرسال المركزية إلى جهاز المشترك بطول موجة يبلغ 1550 نانومتر. في المقابل، يتم إرسال تدفقات البيانات المرتجعة من أجهزة المستهلك إلى OLT بطول موجة يبلغ حوالي 1310 نانومتر. يستحق النظر بشكل منفصل.

التدفقات الأمامية والعكسية

يتم تصنيف الدفق الرئيسي (أي المباشر) من وحدة الشبكة المركزية على أنه بث. وهذا يعني أن الخطوط الضوئية تقوم بتقسيم تدفق البيانات الإجمالي، وتسليط الضوء على حقول العناوين. وبالتالي، فإن كل جهاز مشترك "يقرأ" فقط المعلومات المخصصة له خصيصًا. يمكن تسمية مبدأ توزيع البيانات هذا بمزيل تعدد الإرسال.

وفي المقابل، يستخدم الدفق العكسي خطًا واحدًا لبث البيانات من جميع المشتركين المتصلين بالشبكة. يستخدم هذا نظام الوصول المتعدد بتقسيم الوقت. للتخلص من إمكانية عبور الإشارات من عدة عقد لتلقي المعلومات، يكون لكل جهاز مشترك جدول زمني فردي خاص به لتبادل البيانات، معدل للتأخير. هذا هو المبدأ العام الذي يتم من خلاله تنفيذ تقنية PON من حيث تفاعل وحدة الإرسال والاستقبال مع المستهلكين النهائيين. ومع ذلك، قد يكون لتكوين تخطيط الشبكة طبولوجيا مختلفة.

طوبولوجيا من نقطة إلى نقطة

في هذه الحالة، يتم استخدام نظام P2P، والذي يمكن تنفيذه للمعايير المشتركة وللمشاريع الخاصة التي تتضمن، على سبيل المثال، استخدام الأجهزة البصرية. فيما يتعلق بأمن البيانات لنقاط المشتركين، يوفر اتصال الإنترنت من هذا النوع أقصى قدر ممكن من الأمان لهذه الشبكات. ومع ذلك، يتم تركيب خط بصري لكل مستخدم على حدة، وبالتالي فإن تكلفة تنظيم هذه القنوات تزيد بشكل كبير. بطريقة ما، هذه ليست شبكة عامة، ولكنها شبكة فردية، على الرغم من أن المركز الذي تعمل به عقدة المشترك يمكن أن يخدم أيضًا مستخدمين آخرين. بشكل عام، يعد هذا الأسلوب مناسبًا للاستخدام من قبل كبار المشتركين الذين يعتبر أمان الخط لهم أهمية خاصة.

طوبولوجيا الحلقة

يعتمد هذا المخطط على تكوين SDH ومن الأفضل نشره في الشبكات الأساسية. وعلى العكس من ذلك، تبين أن الخطوط الضوئية من النوع الحلقي أقل كفاءة في تشغيل شبكات الوصول. وبالتالي، عند تنظيم طريق سريع للمدينة، يتم حساب مواقع العقد في مرحلة تطوير المشروع، لكن شبكات الوصول لا تجعل من الممكن تقدير عدد عقد المشتركين مسبقًا.

في ظل حالة الاتصال العشوائي المؤقت والإقليمي للمشتركين، يمكن أن تكون الدائرة الحلقية معقدة بشكل كبير. ومن الناحية العملية، غالبًا ما تتحول هذه التكوينات إلى دوائر مكسورة ذات فروع عديدة. يحدث هذا عندما يتم تقديم مشتركين جدد من خلال استراحة في الشرائح الحالية. على سبيل المثال، يمكن تشكيل حلقات في خط اتصال، والتي يتم دمجها في سلك واحد. ونتيجة لذلك، تظهر الكابلات "المكسورة"، مما يقلل أثناء التشغيل من موثوقية الشبكة.

مميزات معمارية EPON

جرت المحاولات الأولى لبناء شبكة PON، مماثلة من حيث تغطية المستهلك لتكنولوجيا الإيثرنت، في عام 2000. وأصبحت بنية EPON منصة لتطوير مبادئ تكوين الشبكة، وتم تقديم مواصفات IEEE كمعيار رئيسي، في الأساس الذي تقوم عليه الحلول الفردية لتنظيم شبكات PON. على سبيل المثال، قدمت تقنية EFMC طوبولوجيا من نقطة إلى نقطة باستخدام زوج من النحاس الملتوي. لكن هذا النظام لا يستخدم عمليًا اليوم بسبب الانتقال إلى الألياف الضوئية. وكبديل، لا تزال التقنيات المعتمدة على ADSL تمثل مجالات واعدة أكثر.

في شكله الحديث، يتم تنفيذ معيار EPON باستخدام العديد من أنظمة الاتصال، ولكن الشرط الرئيسي لتنفيذه هو استخدام الألياف. بالإضافة إلى استخدام تكوينات مختلفة، تسمح تقنية اتصال EPON PON أيضًا باستخدام بعض خيارات جهاز الإرسال والاستقبال البصري.

ميزات بنية GPON

تسمح بنية GPON بتنفيذ شبكات الوصول بناءً على معيار APON. في عملية تنظيم البنية التحتية، يتم ممارسة زيادة الشبكة، وكذلك تهيئة الظروف لنقل التطبيقات بشكل أكثر كفاءة. GPON عبارة عن هيكل موظفين قابل للتطوير يسمح لك بخدمة المشتركين بمعدلات تدفق معلومات تصل إلى 2.5 جيجابت/ثانية. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تعمل التدفقات العكسية والأمامية بنفس السرعة أو بأوضاع سرعة مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لشبكة الوصول في تكوين GPON توفير أي تغليف لبروتوكول النقل المتزامن بغض النظر عن الخدمة. إذا كان من الممكن في SDH تنفيذ التقسيم الثابت للنطاقات حصريًا، فإن بروتوكول GFP الجديد في بنية GPON، مع الحفاظ على خصائص إطار SDH، يجعل من الممكن أيضًا توزيع النطاقات ديناميكيًا.

فوائد التكنولوجيا

من بين المزايا الرئيسية في مخطط PON عدم وجود روابط وسيطة بين جهاز الاستقبال والإرسال المركزي والمشتركين والاقتصاد وسهولة الاتصال وسهولة الصيانة. وترجع هذه المزايا إلى حد كبير إلى التنظيم العقلاني للشبكات. على سبيل المثال، يتم توفير الاتصال بالإنترنت بشكل مباشر، وبالتالي فإن تعطل أحد أجهزة المشتركين المجاورة لا يؤثر بأي شكل من الأشكال على أدائه. على الرغم من أن مجموعة المستخدمين متحدة بالطبع من خلال الاتصال بوحدة مركزية واحدة تعتمد عليها جودة الخدمة لجميع المشاركين في البنية التحتية. بشكل منفصل، يجدر النظر في طوبولوجيا شجرة P2MP، التي تعمل على تحسين القنوات الضوئية قدر الإمكان. بفضل التوزيع الاقتصادي لخطوط استقبال ونقل المعلومات، يضمن هذا التكوين التشغيل الفعال للشبكة بغض النظر عن موقع عقد المشترك. وفي الوقت نفسه، من الممكن إدخال مستخدمين جدد دون إجراء تغييرات جوهرية على الهيكل الحالي.

عيوب شبكة PON

لا يزال الاستخدام الواسع النطاق لهذه التكنولوجيا يعوقه عدة عوامل مهمة. بادئ ذي بدء، هذا هو تعقيد النظام. لا يمكن تحقيق الفوائد التشغيلية لهذا النوع من الشبكات إلا إذا تم تنفيذ تصميم عالي الجودة في البداية، مع مراعاة العديد من الفروق الفنية الدقيقة. في بعض الأحيان يكون المخرج هو تقنية الوصول إلى PON، والتي تتضمن تنظيم مخطط تصنيفي بسيط. ولكن في هذه الحالة، يجب عليك الاستعداد لعيب آخر - عدم وجود التكرار.

اختبار الشبكة

عند الانتهاء من جميع مراحل التطوير الأولي لمخطط الشبكة واستكمال التدابير الفنية، يبدأ المتخصصون في اختبار البنية التحتية. أحد المؤشرات الرئيسية لشبكة عالية الجودة هو مؤشر التوهين على الخط. تُستخدم أجهزة الاختبار البصرية لتحليل القناة بحثًا عن مناطق المشاكل. يتم إجراء جميع القياسات على الخط النشط باستخدام أجهزة الإرسال والمرشحات. عادةً ما يتم اختبار شبكة اتصالات واسعة النطاق باستخدام أجهزة قياس الانعكاسات الضوئية. لكن مثل هذه المعدات تتطلب تدريبًا خاصًا من المستخدمين، ناهيك عن حقيقة أن فك تشفير الصور العاكسة يجب أن يتم بواسطة مجموعات من الخبراء.

خاتمة

على الرغم من كل الصعوبات في الانتقال إلى التقنيات الجديدة، فإن الشركات التي تقدم خدمات الاتصالات السلكية واللاسلكية تتقن بسرعة الحلول الفعالة حقًا. كما أن أنظمة الألياف الضوئية، والتي تشمل أيضًا تقنية PON، تنتشر تدريجيًا. على سبيل المثال، بدأت Rostelecom في تقديم خدمات ذات تنسيق جديد في عام 2013. وكان سكان منطقة لينينغراد أول من تمكن من الوصول إلى إمكانيات الشبكات الضوئية PON. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن مزود الخدمة قام بتوفير البنية التحتية للألياف الضوئية للقرى المحلية. من الناحية العملية، سمح هذا للمشتركين باستخدام ليس فقط الاتصالات الهاتفية مع الوصول إلى الإنترنت، ولكن أيضًا الاتصال بالبث التلفزيوني الرقمي.