شبکه نوری چیست؟

شبکه نوری فناوری است که از نور برای انتقال داده ها بین دستگاه ها استفاده می کند. پهنای باند بالا و تأخیر کم را ارائه می‌کند و سال‌هاست که استاندارد واقعی برای ارتباطات داده از راه دور بوده است. فیبر نوری برای اکثر ارتباطات صوتی و داده ای در مسافت های طولانی در سراسر جهان استفاده می شود.

شبکه نوری مهم است زیرا امکان انتقال داده با سرعت بالا را در فواصل طولانی فراهم می کند. به عنوان مثال، شبکه نوری تضمین می کند که کاربران در نیویورک می توانند به سرورهای نایروبی با همان سرعتی که قوانین فیزیک اجازه می دهد دسترسی داشته باشند.

فناوری پشت شبکه های نوری بر اساس اصل بازتاب داخلی کامل است. هنگامی که نور به سطح یک رسانه مانند کابل فیبر نوری برخورد می کند، مقداری از نور توسط سطح منعکس می شود. زاویه انعکاس نور به ویژگی های محیط و زاویه تابش (زاویه برخورد نور به سطح) بستگی دارد.

اگر زاویه تابش بزرگتر از زاویه بحرانی باشد، تمام نور منعکس می شود. به این انعکاس داخلی کل می گویند. بازتاب کامل داخلی را می توان برای ساخت فیبرهای نوری، نوعی شیشه یا پلاستیک که نور را در طول آن هدایت می کند، استفاده کرد.

همانطور که نور از فیبر عبور می کند، تحت بازتاب های داخلی متعدد قرار می گیرد و باعث می شود که از دیواره فیبر جهش کند. این اثر جهشی باعث می شود نور در طول فیبر به صورت زیگزاگی حرکت کند.

با کنترل دقیق خواص فیبر، مهندسان می توانند میزان بازتاب نور و مسافتی را که قبل از بازتاب مجدد آن طی می کند، کنترل کنند. این به آنها اجازه داد تا فیبرهای نوری را طراحی کنند که می توانند داده ها را در فواصل طولانی بدون از دست دادن اطلاعات ارسال کنند.

شبکه های نوری از چندین جزء تشکیل شده اند: فیبرهای نوری، فرستنده گیرنده، تقویت کننده ها، مالتی پلکسرها و سوئیچ های نوری.

فیبر نوری

فیبر نوری رسانه ای است که سیگنال نوری را حمل می کند. از مواد مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از:

① هسته: مرکزی که نور را حمل می کند.

②Clad: ماده ای که هسته را احاطه کرده و به حفظ سیگنال نوری کمک می کند.

③پوشش بافر: ماده ای که از فیبر نوری در برابر آسیب محافظت می کند.

هسته و روکش معمولاً از شیشه ساخته شده است، در حالی که پوشش بافر معمولاً از پلاستیک ساخته شده است.

فرستنده گیرنده

فرستنده و گیرنده دستگاه هایی هستند که سیگنال های الکتریکی را به سیگنال های نوری و بالعکس تبدیل می کنند که معمولاً در آخرین مایل اتصال پیاده سازی می شوند. این رابط بین یک شبکه نوری و دستگاه های الکترونیکی است که از آن استفاده می کنند، مانند رایانه ها و روترها.

تقویت کننده

همانطور که از نام آن پیداست، تقویت کننده وسیله ای است که سیگنال های نور را تقویت می کند تا بتوانند مسافت های طولانی را بدون از دست دادن قدرت طی کنند. تقویت کننده ها در امتداد فیبر در فواصل زمانی معین قرار می گیرند تا سیگنال را تقویت کنند.

مولتی پلکسر

مالتی پلکسر فقط دستگاهی است که چندین سیگنال را می گیرد و آنها را در یک سیگنال واحد ترکیب می کند. این کار با اختصاص دادن طول موج متفاوت نور به هر سیگنال انجام می شود و به مالتی پلکسر اجازه می دهد تا چندین سیگنال را به طور همزمان در طول یک فیبر واحد بدون تداخل ارسال کند.

سوئیچ نور

سوئیچ نوری وسیله ای است که سیگنال های نوری را از یک فیبر به فیبر دیگر هدایت می کند. سوئیچ های نوری برای کنترل ترافیک در شبکه های نوری استفاده می شوند و معمولاً در شبکه های با ظرفیت بالا استفاده می شوند.

تاریخچه شبکه های نوری

تاریخچه شبکه های نوری در دهه 1790 زمانی آغاز شد که مخترع فرانسوی کلود شاپ تلگراف سیگنال نوری را اختراع کرد که یکی از اولین نمونه های یک سیستم ارتباط نوری بود.

نزدیک به یک قرن بعد، در سال 1880، الکساندر گراهام بل ثبت اختراع تلفن الکترواپتیکال، یک سیستم تلفن نوری را به ثبت رساند. در حالی که فوتوفون پیشگامانه بود، اختراع قبلی بل از تلفن کاربردی تر بود و شکل ملموسی به خود گرفت. بنابراین، Photophone هرگز مرحله آزمایشی را ترک نکرد.

تا دهه 1920، جان لوگی برد در انگلستان و کلارنس دبلیو هانسل فقط ایده استفاده از مجموعه ای از لوله های توخالی یا میله های شفاف را برای انتقال تصاویر برای سیستم های تلویزیون یا فکس ثبت کردند.

در سال 1954، دانشمند هلندی، آبراهام ون هیل و دانشمند بریتانیایی هارولد اچ. هاپکینز، هر یک مقالات علمی در مورد تراکتوگرافی منتشر کردند. هاپکینز بر روی الیاف بدون روکش تمرکز کرد، در حالی که ون هل فقط بر روی بسته‌های الیاف روکش‌دار ساده تمرکز کرد - روکشی شفاف با ضریب شکست کمتر در اطراف الیاف لخت.

این سطح بازتابنده فیبر را از تغییر شکل های خارجی محافظت می کند و تداخل بین الیاف را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. توسعه پرتوهای تصویربرداری گام مهمی در توسعه فیبرهای نوری بود. محافظت از سطح فیبر در برابر تداخل خارجی امکان انتقال دقیق سیگنال های نوری را از طریق فیبر فراهم می کند.

تا سال 1960، الیاف شیشه ای دارای تلفات حدود 1 دسی بل (dB) در هر متر بودند که برای تصویربرداری پزشکی مناسب بود، اما برای ارتباطات بسیار زیاد بود. در سال 1961، الیاس اسنیتزر از شرکت نوری آمریکا توصیفی نظری از یک فیبر نوری با هسته کوچکی منتشر کرد که می توانست نور را تنها از طریق یک حالت موجبر منتقل کند.

در سال 1964 دکتر کائو افت نور 10 یا 20 دسی بل را در هر کیلومتر پیشنهاد کرد. این استاندارد به بهبود برد و قابلیت اطمینان سیستم های مخابراتی کمک می کند. دکتر گائو علاوه بر کار خود بر روی میزان تلفات، نیاز به شیشه خالص‌تر را برای کمک به کاهش اتلاف نور نشان داد.

در تابستان سال 1970، گروهی از محققان در کارخانه شیشه کورنینگ شروع به آزمایش با ماده جدیدی به نام سیلیس ذوب شده کردند. این ماده به دلیل خلوص بسیار بالا، نقطه ذوب بالا و ضریب شکست پایین شناخته شده است.

این تیم متشکل از رابرت ماورر، دونالد کک و پیتر شولتز به زودی متوجه شدند که سیلیس ذوب شده را می توان برای ساخت نوع جدیدی از سیم به نام "فیبر موجبر نوری" استفاده کرد. این سیم فیبر نوری می تواند 65،{1}} برابر بیشتر از سیم مسی معمولی اطلاعات داشته باشد. علاوه بر این، امواج نوری که برای حمل اطلاعات استفاده می شود را می توان در مقاصدی حتی هزاران مایل دورتر رمزگشایی کرد.

این اختراع ارتباطات از راه دور را متحول کرد و راه را برای فناوری فیبر نوری امروزی هموار کرد. این تیم مشکل از دست دادن دسیبل تعریف شده توسط دکتر گائو را حل کرد و در سال 1973 جان مک چسنی در آزمایشگاه بل فرآیند رسوب شیمیایی بخار را برای تولید فیبر بهبود بخشید. در نتیجه تولید تجاری کابل های فیبر نوری امکان پذیر شده است.

در آوریل 1977، شرکت جنرال تلفن و الکترونیک برای اولین بار از شبکه فیبر نوری برای ارتباطات تلفنی بلادرنگ در لانگ بیچ کالیفرنیا استفاده کرد. در ماه مه 1977، آزمایشگاه های بل به زودی از این روش پیروی کردند و یک سیستم ارتباط تلفنی نوری به طول 1.5 مایل در منطقه مرکز شهر شیکاگو ساختند. هر جفت فیبر می تواند 672 کانال صوتی، معادل یک مدار DS3 را منتقل کند.

در اوایل دهه 1980، نسل دوم ارتباطات فیبر نوری برای استفاده تجاری با استفاده از یک لیزر نیمه هادی InGaAsP 1.{3}}میکرون طراحی شد. این سیستم ها در سال 1987 با نرخ بیت 1.7 گیگابیت بر ثانیه کار می کردند و تکرار کننده ها تا 50 کیلومتر از هم فاصله داشتند.

سیستم‌های مورد استفاده در شبکه‌های فیبر نوری نسل سوم با 1.55 میکرون کار می‌کنند و حدود 0.2 دسی‌بل در هر کیلومتر تلفات دارند.

سیستم‌های ارتباطی فیبر نوری نسل چهارم به تقویت نوری برای کاهش تعداد تکرارکننده‌های مورد نیاز و بر مالتی پلکسی تقسیم طول موج (WDM) برای افزایش ظرفیت داده تکیه می‌کنند.

در سال 2006، نرخ بیت 14 ترابیت (Tb) در ثانیه در یک خط 160- کیلومتری با استفاده از تقویت‌کننده‌های نوری به دست آمد. تا سال 2021، دانشمندان ژاپنی می توانند با استفاده از یک کابل فیبر نوری چهار هسته ای، 319 ترابیت بر ثانیه را در طول 3،000 کیلومتر ارسال کنند.

در حالی که این نسل چهارم سیستم های ارتباطی فیبر نوری ظرفیت بسیار بیشتری نسبت به نسل های قبلی دارند، اصل اساسی یکسان است: تبدیل سیگنال های الکتریکی به پالس های نوری، ارسال آنها از طریق فیبر نوری و سپس تبدیل آنها به سیگنال های الکتریکی در گیرنده. پایان

با این حال، اجزای هر نسل کوچکتر، قابل اطمینان تر و ارزان تر شده اند. در نتیجه، ارتباطات فیبر نوری به بخش مهمی از زیرساخت های مخابراتی جهانی تبدیل شده است.

روندهای کلیدی در شبکه های نوری

روی لبه شبکه تمرکز کنید

لبه شبکه نوری جایی است که ترافیک در داخل و خارج از شبکه جریان می یابد. برای برآورده کردن نیازهای برنامه‌های کاربردی مبتنی بر ابر، شبکه‌های نوری به کاربران نهایی نزدیک‌تر می‌شوند. این اجازه می دهد تا تاخیر کمتر و عملکرد سازگارتر.

رمزگذاری لایه

همانطور که حملات سایبری رایج تر می شوند، حفاظت از داده ها در حال حرکت همچنان یک نگرانی اصلی خواهد بود. SASE (Secure Access Service Edge)، استفاده از ویژگی‌های امنیتی بومی ابری در نقاط پایانی سرویس، اخیراً مورد توجه قرار گرفته است. حفاظت نقطه پایانی می تواند کنترل های امنیتی در شبکه های متصل را غیر ضروری کند.

اگرچه این ممکن است نیاز به رمزگذاری را برطرف نکند، اما از داده ها و برنامه های کاربردی حساس محافظت می کند. بدون یک کنترل امنیتی واحد، حفاظت از لایه 1 به طور فزاینده ای دشوار می شود.

ما می توانیم با رمزگذاری کنترل، مدیریت و ترافیک کاربر، از منابع خود بهتر محافظت کنیم. این امر باعث می شود نفوذ هکرها به سیستم تقریباً غیرممکن باشد و شانس یک حمله سایبری موفقیت آمیز را تا حد زیادی کاهش دهد. همانطور که مشاغل بیشتر به داده ها و اتصالات متکی می شوند، راه حل های امنیتی قوی تنها آشکارتر می شوند.

شبکه نوری را باز کنید

یک شبکه نوری باز یک شبکه نوری است که از رابط های استاندارد و باز استفاده می کند تا امکان ادغام تجهیزات از فروشندگان مختلف را فراهم کند. این انتخاب و انعطاف پذیری بیشتری را برای اجزای شبکه نوری فراهم می کند. علاوه بر این، افزودن ویژگی‌ها و خدمات جدید به محض در دسترس شدن، آسان‌تر می‌شود.

رشد خدمات طیف

همانطور که ترافیک داده همچنان در حال رشد است، نیاز به پهنای باند و ظرفیت بالاتر نیز افزایش می یابد. خدمات طیفی این را با استفاده از طیف برای افزایش ظرفیت شبکه های فیبر نوری موجود فراهم می کند. محبوبیت این خدمات در حال افزایش است زیرا روشی مقرون به صرفه برای برآوردن تقاضاهای رو به رشد داده ارائه می دهند.

استقرار بیشتر در فضای باز

استقرار در فضای باز در کابینت های خیابانی با افزایش تقاضا برای پهنای باند و ظرفیت بالاتر رایج تر می شود. فیبر فضای باز می تواند مستقیماً به محل مشتری اجرا شود و اتصال مستقیم تر و تأخیر کمتری را فراهم کند.

فشرده و مدولاتور

همانطور که شبکه های نوری به تکامل خود ادامه می دهند، نیاز به اجزای کوچکتر و فشرده تر به طور فزاینده ای آشکار می شود. این به این دلیل است که فضا در یک محیط مرکز داده اغلب محدود است. اپتیک ماژولار جمع و جور رویکرد صرفه جویی در فضا را ارائه می دهد و در عین حال عملکرد بالایی را ارائه می دهد.

آینده شبکه های نوری

شبکه نوری هوشمند

شبکه های نوری هوشمند شبکه های نوری هستند که از هوش مصنوعی (AI) برای بهینه سازی عملکرد استفاده می کنند. از هوش مصنوعی می توان برای شناسایی و تصحیح خودکار مشکلات در شبکه استفاده کرد. این امکان ایجاد یک شبکه کارآمدتر و قابل اعتمادتر را فراهم می کند.

علاوه بر این، هوش مصنوعی می تواند برای پیش بینی الگوها و تقاضاهای ترافیک آینده استفاده شود. از این اطلاعات می توان برای تامین ظرفیت از قبل استفاده کرد و اطمینان حاصل کرد که شبکه می تواند نیازهای آینده را برآورده کند.

معماری شبکه انعطاف پذیر

معماری های مش انعطاف پذیر در حال محبوب شدن هستند زیرا راهی برای افزایش ظرفیت الیاف موجود ارائه می دهند. شبکه منعطف اجازه می دهد تا طول موج های مختلف نور را روی یک فیبر مضاعف کند. این اجازه می دهد تا داده های بیشتری روی هر فیبر حمل شود و ظرفیت شبکه افزایش یابد.

مالتی پلکسی تقسیم طول موج بر اساس تقاضا

مالتی پلکس تقسیم طول موج تکنیکی است که اجازه می دهد چندین طول موج نور روی یک فیبر منفرد منتقل شود. WDM درخواستی نوعی از WDM است که ظرفیت بر حسب تقاضا را امکان پذیر می کند. این بدان معناست که بدون نصب فیبر جدید می توان در صورت نیاز ظرفیت اضافه کرد.

شبکه های نوری در دنیای دیجیتالی فزاینده

شبکه های نوری در تاریخ نسبتا کوتاه خود راه طولانی را پیموده اند. از ابتدایی ساده، اکنون بخش اساسی بسیاری از زیرساخت‌های شبکه بزرگ است. این یک ستون کلیدی اینترنت است که انقلابی در نحوه برقراری ارتباط ما ایجاد کرده و عصر پیشرفت تکنولوژیکی بی‌سابقه را آغاز می‌کند.

با رشد روندهایی مانند 5G، به نظر می رسد که شبکه های نوری همچنان نقش مهمی را در دنیای دیجیتالی شدن روزافزون ما ایفا می کنند.