روند روبه توسعه فناوری های DWDM در شبكه های گسترده فیبرنوری، انتقال ظرفیت فشرده شده را ازطریق شبكه های كابل زیردریایی ممكن ساخته است. در حال حاضر، سیستم های كابل زیر دریایی اقیانوس گستر 96WOM با ظرفیت 10GBPSبه بهره برداری رسیده است وسیستم 200WDMاقیانوس گستر با همین ظرفیت مراحل تست آزمایشگاهی خود را می گذراند. علاوه بر این، افزایش تعداد زوج های فیبر در كابل زیر دریایی به 4و12زوج سبب شده است كه ظرفیت این كابل ها به حدود 10ترابیت/ثانیه ارتقاء یابد. این قابلیت نیازفزاینده آتی پهنای باند ترافیك داده بین المللی را بر آورده می كند.
یكی دیگر از نیازهایی كه نسل بعد كابل های زیر دریایی باید به آن پاسخ دهد، اتصال كابل زیر دریایی به خود مراكز مخابراتی به جای ایستگاه های زمینی (Land Station)می باشد.این امر سبب می شود كه سیستم های زمینی كلان شهرها، مستقیما به ظرفیت كابل زیر دریایی متصل و از مزایای آن بهره مند شوند. در این حالت، در صورتی كه بخواهیم با استفاده از ساختار شبكه حلقه ایی مبتنی بر SDH، شبكه یكپارچه DWDM زمینی وزیردریایی ایجاد كنیم، مشكلاتی از قبیل توسعه ناپذیری شبكه، عدم مدیریت و كنترل شبكه وهمچنین محدویت فضا و قیمت بوجود می آید.
اعتقادبر این است كه بكارگیری فناوری های سوددهی نوری (Optical-Switching)یكی از راه حل های اساسی حل چنین مشكلات می باشد.
در این مقاله، راجع به ساختارهای شبكه زیردریایی نسل بعد و پاسخ گویی آنها به نیازهای جدید و پیش رو-مطالبی ذكر خواهد شد. در ساختار پیشنهادی، از طول موج های شبكه اتصال متقابل نوری موسوم بهOXC (Optical cross)در گره های شبكه هردوایستگاه كابلی (Cable Station)و مركز تلفن كلان شهرها استفاده می شود. در این ساختار، شبكه های مبتنی بر OXC، با استفاده از آرایش و همبندی (Topology)شبكه نوری (Mesh Network) سبب ساده تر شدن ساختار شبكه اصلی، قابلیت توسعه و كارایی و بهره برداری بهتر از پهنای باند می شوند.
شبكه های حلقه ای زیر دریایی مبتنی بر SDHشبكه های حلقه ای زیر دریایی اقیانوس گستر، ابتدا در سال 1995 در شبكه های كابل زیر دریایی TAD12و13وTPT-5استفاده شدند.
این شبكه ها با استفاده از تجهیزات حلقه تسهیمی و ساز و كار رفع خرابی خود كار عمل و برای پشتیبانی شبكه حلقه SDH، به هنگام بروز خرابی ها، از پروتكل APSكه استاندارد ITU است، استفاده می كنند.
تجهیزات پشتیبانی یا حفاظت شبكه (NPE)، كه شبكه حلقه 4 فیبره را پشتیبانی می كند، به نحوی تعریف شده است كه با Aاستاندارد جی 841 ITUهمخوانی داشته باشد. در حال حاضر، این ساختار عمدتا ًبرای شبكه های زیر دریایی منطقه ایی و اقیانوس گستر پذیرفته شده است.
NPE،كه در واقع وظیفه پشتیبانی شبكه را به عهده دارد، در ایستگاه كابلی نصب می شود. عمل افزودن یا پیاده سازی ظرفیت NPE را سیستم های پشتیبانی زمینی بر فناوری SONET/SDH در مراكز عمده مخابراتی تبادل ترافیكی، انجام می دهد.
دراین ساختار، هر یك از سیستم ها، ساختار مدیریتی خاص خود را دارد. مسئله مدیریت مختلف از نظر بهره برداری، وجود سكوی انحصاری متمركز بهتر است، در مدیریت های انحصاری و تك قطبی ،سیستم های زمینی و زیر دریایی، مسائلی چون خودكار سازی(Economies of Scale)باید در نظر گرفته شود.
در دهه های قبل، شبكه های زیردریایی بر اساس قراردادهای ساخت ونگهداری، بین كنر سیلی مركب از چندین شركت مخابراتی مجاز انجام می شده است ولی با جهانی شدن و مقررات زدایی بخش مخابرات ،شركت های مخابراتی فرابر جهانی (Globel Carrier) ،تجارت جدیدی را آغاز كرده اند به نام تجارت فرابری فرابرهاCarrier`s Carrier) (Business این شركت ها با احداث شبكه های كابل های زیردریایی خصوصی، دسترسی را برای ISPهای كلان شهرها فراهم كرده اند. همان طور كه گفته شد، در شبكه های حلقه ایی مبتنی بر NPE، در زمانی كه قاپ STMسیستم SDH ،توسط خود سیستم SDH ، به سرعت های پایین تری، پیاده سازی می شود، برای نصب پشتیبانی شبكه (NPE)و تجهیزات شبكه زمینی، به ده برابر فضای بیشتر نیاز هست از سوی دیگر وقتی تجهیزات بیشتری مورد استفاده قرار گیرد، مصرف برق نیز بیشتر می شود. از همین رو، به ناچار برای كاهش اندازه و تعداد تجهیزات، باید از فناوری بسته ای استفاده كرد.
در سیستم های زیردریایی DWDM،هزینه عمده، هزینه بخش پایانه (Terminal)است كه هزینه واحدها نیز ممكن است به آن افزوده شود. در اینجا، هزینه تجهیزات پایانه به نسبت تعداد طول موج های سیستم، افزایش می یابد. در سیستم ترابیت، در صورتی كه همین ساختار شبكه مورد استفاده قرار گیرد، هزینه تجهیزات پایانه، به طور قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین كاستن از هزینه های كلی پایانه، اهمیت خاصی دارد.
شواهد وقرائن فعلی، حكایت از رشد ترافیك دنیا، در مقیاسی بیشتر از ترافیك صوتی TDMدارد اخیراً، ترافیك بسته های IP ، با استفاده از تجهیزات مسیریاب واسطه های با سرعت بالای 5/2گیگا هرتز، برقرار شده بر همین اساس ارزش سیستم های SONET/SDH به عنوان لایه همتا و میانی كاهش یافته است. بسیاری از فروشندگان در صدد شكل دهی و توسعه راه حلی هستند كه بتواندترافیكIP را مستقیما از طریق DWDMحمل كنند.
وضعیت فعلی صنعت، استفاده از فناوری هایی است كه طول موج های شبكه ایی را پشتیبانی كنند و بتواند سیگنال نوری را بدون توجه به قالب (Format)اآن حمل كند. تبدیل قالب سیگنال، تجمع سیستم های فرعی و مسائل مربوط به نگهداری و بهره برداری باید در حاشیه شبكه ها قرار گیرند. از آنجایی كه شبكه های مبتنی بر طول موج، قادرند كه قالب های مختلف سیگنال را روی سكوی مشترك قرار دهند و هم چنین با توجه به ساده تر شدن ساختار شبكه های ترابری و به حداقل رسیدن تجهیزات، مدیریت چندگانه از بین می رود. در شبكه های كابلی زیر در یایی مبتنی بر طول موج، بخش عمده ایی از تجهیزات فرعی ومواصلاتی SDH/SONNET تحت الشعاع تجهیزات شبكه های لایه ای نوری قرار می گیرد. حداقل سازی (كمینه سازی)تجهیزات شبكه سبب كاهش عمده هزینه های سیستم خواهد شد.
شبكه نوری مبتنی برOXC
پشتیبانی و حفاظت سریع، از مقوله های مهم واصلی شبكه های زیر دریایی فعلی برای جلوگیری از قطع مكالمات صوتی می باشد.
حفاظت سیستمی حلقه ای تسهیمی، از حالت پشتیبانی و بازگردانی شبكه نوری، سریع تر است.علت این امر، ساده تر بودن ساختار و استفاده از ظرفیت پشتیبانی 1:1 ذخیره (Reserve)می باشد. شایان ذكر است كه پشتیبانی 1+1مطابق با استاندارد پشتیبانی 50 میلی ثانیه می باشد. در مجموع، شبكه نوری، با توجه به مشخص نبودن میزان دقیق زمان قطعی، نسبت به شبكه حلقه ای، قابلیت انعطاف پذیری بیشتری دارد. از سوی دیگر، شبكه های نوری مجهز به شبكه پشتیبانی با كارایی بسیار بالاتری نسبت به شبكه های حلقه ای هستند. در شبكه پشتیبانی نوری، عموما گزینه های زیادی برای مسیر پشتیبانی وجود دارد و قابلیت حفاظت N+1نیز در این سیستم گنجانده شده است. به همین دلیل، شبكه های نوری در سناریو های خرابی و قطعی های مكرر، كارایی بهتر و كاربرد بالاتری دارند. از آن سو، در شبكه های حلقه ای، حالت پشتیبانی N>1 N:1 ،برای هر فیبر به طور جداگانه وجود ندارد. علاوه بر این در شبكه های حلقه ای چندگانه، همان طور كه در شكل 3 نشان داده شده است، به ظرفیت های بیشتر در پیوندهای مواصلاتی (Inter Conneching Rinks)نیاز هست.
در شبكه های سراسری انتها به انتها، شبكه نوری یكپارچه، مزایای بسیار زیادی دارند. ارائه بلادرنگ خدمات باند عریض، یكی از ابزارهای مهم در افزایش تقاضای ناگهانی پهنای باند به شمار می آید. در ساختار حلقه كه ذاتاً چندین حوزه مدیریتی دارد، ارائه چنین خدماتی، زمان طولانی تری را به خود اختصاص می دهد.
فناوری شبكه نوری مبتنی بر طول موج نوری (Optical Switching) استفاده می كند، نسل بعد شبكه های زیردریایی را محقق می كند. با استفاده از سیستم های OXC،قابلیت های چون افزایش پیاده سازی و اتصال متقابل طول موج های مبتنی بر كانال، كه كلید كاربری مؤثر شبكه نوری محسوب می شود، میسر می گردد.
با استفاده از سیستم های OXCو فناوریDWDM، لایه ترابری نوری مبتنی بر طول موج تعریف می شود كه بر اساس آن زیر ساخت فیبر به صورتی پویا تسهیم می شود. در نتیجه این قابلیت به وجود می آید كه بتوان به صورت پویا، كانال های طول موجی انتها به انتها را واگذار كرد. برای مدیریت و كنترل شبكه نوری مبتنی برOXCدر مقیاس بزرگ، توانایی و اجرای خودكار تشخیص پیونده(Link)و گره الزامی است. برای ایجاد چنین كاركردهایی فناوری MPLSبه اضافه سیستم های پایگاه داده، مثل پیونده شبكه و وضعیت گره ها باید در حوزه نوری مورد استفاده قرار گیرند.
شبكه نوری كه توسط سطح كنترلی G-MPLSمدیریت می شود، دارای این قابلیت است كه بلادرنگ خود را بر اساس سطوح سرویس مورد نظر مشتری، آرایش مجدد كند.
در اینجا این خود شبكه است كه در هنگام اضافه شدن گره های جدید، مسیرهای جدید را به طور خود كار شناسایی می كند. در واقع این عمل، نوعی شبكه نوری هوشمند را ایجاد می كند. علاوه بر این ترافیك IP نیز از طریق صفحه كنترلی مشابه و از طریق واسطه های UNI،ترابری می شود. مشخصات این صفحه كنترلی جدید در ITU، در حال استاندارد شدن است.
ارزش شبكه های جدید زیر دریایی
یكی از نیازهای شبكه های فرابر جهانی و فرابرهایی كه ارائه دهنده ظرفیت به سایر فرابرها می باشند
(Carrier`sCarrier) اتصال دهندگی شهر به شهر در شبكه های داده های جهانی خود می باشد. آنها باید دارای این توانایی باشند كه باند عریض را حداقل در سطح STM16 و به روش مقرون به صرفه و اقتصادی واگذار كنند.
هدف اصلی، واگذاری اتصالات طول موجی است كه در كل شبكه یكپارچه زیردریایی و زمینی از فناوری لایه نوری استفاده كند. به كارگیری شبكه های داده برای اتصال مراكز حضور یا POP، در طول شبكه های زیردریایی جهانی، از نظر دسترسی جهانی به خدمات ISPها و همچنین توسعه تجارت الكترونیک ISPبسیار مهم تلقی می شوند. اتصال دهندگی مبتنی بر طول موج، منجر به ساده شدن ساختار شبكه می شود. مراكز دنیا، معمولاً در ناحیه شهری قرار داده می شود كه از طریق اتصال طول موج مستقیم به سایر مراكز داده ای متصل می شود. این طرح در مقایسه با وضعیتی كه ترافیک داده از طریق تعداد زیادی هاپ و مسیریاب IP و تجهیزات STM/SDH ترابری می شود، خیلی ساده تر است. صرفه اقتصادی، به سبب كم شدن هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری، یكی دیگر از مزایای اتصال مستقیم می باشد. از سوی دیگر اتصال انتها به انتها و مستقیم، ارائه سریع پهنای باند را فراهم می آورد. در واقع واگذاری طول موج انتها به انتها، پهنای باند را تبدیل به یک كالا می كند و ظرفیت بر مبنای در خواست مشتری، به عنوان یک كالا به فروش می رسد.
از همین رو، فروش ظرفیت بر اساس IRU ارزش كمتری خواهد شد. در اتصالات طول موج، تجهیزات مشتری نیاز به واسطه ندارد و دسترسی با هزینه كم و آسان، اتصالات اینترنت را امكان پذیر می كند. شبكه مبتنی بر طول موج ساز و كارهای مختلف پشتیبانی شبكه را پوشش و خدمات متنوعی را به انضمام مهندسی ترافیک ارائه می دهد.
اعتبار شبكه یكپارچه زمینی و زیردریایی مبتنی بر OXC
برای اعتبار دهی به مفاهیم گفته شده، آزمایشگاه (KDD-SCS)KDDI با همكاری شركت لوسنت تكنولژیا، آزمون شبكه سازی زیردریایی را انجام داده است كه مفهوم تكامل و كاربرد شبكه های نوری زمینی و زیر دریایی یكپارچه را ارائه می دهد. در این آزمون فناوری زیردریایی KDD-SCS و فناوری ترابری زمینی لوسنت تكنولژیا آمیخته شده است. مؤلفه های سخت افزاری اصلی این آزمون عبارتند از:
- سیستم KDD-SCS كه شبكه سازی زیر دریایی با ظرفیت 10Gbpsبه انضمام ارتقاءكاربرد FECجدید را ارائه می دهد.
- امكانات آزمون برای شبیه سازی تقویت كننده های نوری انتقال در عرض اقیانوس DWDM
- سیستم نوری OLSموسوم بهWave Streamمتعلق به لوسنت تكنولژیا فراهم كننده انتقال DWDM 10 مگابات ثانیه زمینی
مسئله اصلی در یكپارچه سازی شبكه های زیردریایی، تامین تجهیزات تبدیل سیگنال دهی و همچنین وفق دادن مشخصات تجهیزات واسطه ای است.
میان كاری بین تجهیزات OXC,SLTEاز جمله تلاش های عمده ای است كه در تامین خدمات جدید مبتنی بر طول موج صورت گرفته است. در عین حال، اتصال دهندگی شبكه یكپارچه بین تجهیزات زمینی وزیردریایی منجر به سیستم های مدیریتی شبكه یكنواخت جهانی می شود. نتایج آزمون شبكه سازی حاكی از تامین سریع طول موج انتها به انتها، مسیر پشتیبانی نوری متشكل از عناصر شبكه زمینی و زیردریایی و همچنین ترابری ترافیک IP ازطریق اتصال دهندگی طول موج كانال شبكه زمینی می باشد.
الگوهای شبكه سیستم زیر دریایی نسل جدید
شبكه مبتنی بر OXC به سادگی با قرار دادن OXC در هر گره در شبكه جهانی فرابر خصوصی قابل اجرا واستفاده است. از سوی دیگر، بكارگیری شبكه جهانی OXCدر شبكه زیر دریایی مشترك متعلق به كنسرسیومی متشكل از چند فرابر، مقداری پیچیده است چرا كه هر شركت فرابر باید یحتمل از OXCهای ساخت شركت خاصی در شبكه زمینی خود استفاده وبه همان صورتی كه سایر شركت های فرابر اتصال انتها به انتها را بر قرار می كنند، عمل كنند.
یكی از روش ها، استفاده ازBGPنظیر به نظیر حوزه های شبكه های مختلف است كه در شكل شماره 7 نشان داده شده است. هر شركت فرابر از طریق تجهیزات موسوم بهNNIو با همبندی نظیر به نظیرBGP به شبكه زیردریایی متصل می شود و به صورت تسهیمی از این شبكه استفاده می كند. سهم هر فرابر به منزله شبكه خصوصی VPN آنها می باشد.
روش دیگر، تسهیم شبكه مبتنی بر زوج های فیبر می باشد. با بخش كردن شبكه نوری به زوج های فیبر، هر شركت فرابر قادر است سهمی از ساختار شبكه زیردریایی را به خود اختصاص دهد. شبكه هر فرابر(Carrier)، یک سیستم OXC است كه ساخت فروشنده خاصی می باشد كه به ایستگاه زمینی متصل شوند. این مسئله در شكل 8 نشان داده شده است. در این ساختار، این شركت ها قادرند هر یک بطور مستقل، شبكه ای را شكل دهند و مسائل مربوط به میان كاری تجهیزات ساخت فروشنده های مختلف را رفع كنند.
نتیجه گیری: در این مقاله نشان داده است كه ساختار شبكه نوری كه از تجهیزات مبتنی بر طول موج و همبندی سوددهی نوری استفاده می كند. قادر است شبكه زیر دریایی نسل جدید را متحقق كند و قابلیت های زیر را ارائه دهد:
- یكپارچگی شبكه های زمینی و زیر دریایی، ارتقاء مسائل اقتصادی، قابلیت توسعه و انعطاف و مدیریت شبكه
- ترابری كارا و مؤثر ترانک داده و IPجهانی انتها به انتها.
منبع:
تاریخ:
۱۳۹۲/۱۲/۱۹