سويچينگ نوري در شبكه‌هاي كابل زير دريايي

بكارگيري تجهيزات سويچينگ نوري Coptical Switchinglدرنسل بعد شبكه‌هاي كابل زيردريايي

خلاصه مقاله: ماهنامه دنیای مخابرات و ارتباطات – روند روبه توسعه فناوري‌هاي DWDM در شبكه‌هاي گسترده فيبرنوري، انتقال ظرفيت فشرده شده را ازطريق شبكه‌هاي كابل زيردريايي ممكن ساخته است. در حال حاضر، سيستم‌هاي كابل زير دريايي اقيانوس گستر 96WOM با ظرفيت 10GBPSبه بهره برداري رسيده است وسيستم 200WDMاقيانوس گستر با همين ظرفيت مراحل تست آزمايشگاهي خود را مي‌گذراند. علاوه بر اين، افزايش تعداد زوج‌هاي فيبر در كابل زير دريايي به 4و12زوج سبب شده است كه ظرفيت اين كابل‌ها به حدود 10ترابيت/ثانيه ارتقاء يابد. اين قابليت نيازفزاينده آتي پهناي باند ترافيك داده بين‌المللي را بر آورده مي‌كند.

يكي ديگر از نيازهايي كه نسل بعد كابل‌هاي زير دريايي بايد به‌آن پاسخ دهد، اتصال كابل زير دريايي به خود مراكز مخابراتي به جاي ايستگاه‌هاي زميني (Land Station)مي‌باشد.اين امر سبب مي‌شود كه سيستم‌هاي زميني كلان شهرها، مستقيما به ظرفيت كابل زير دريايي متصل و از مزاياي آن بهره‌مند شوند. در اين حالت، در صورتي كه بخواهيم با استفاده از ساختار شبكه حلقه‌ايي مبتني بر SDH، شبكه يكپارچه DWDM زميني وزيردريايي ايجاد كنيم، مشكلاتي از قبيل توسعه ناپذيري شبكه، عدم مديريت و كنترل شبكه وهمچنين محدويت فضا و قيمت بوجود مي آيد.

اعتقادبر اين است كه بكارگيري فناوري‌هاي سوددهي نوري (Optical-Switching)يكي از راه حل‌هاي اساسي حل چنين مشكلات مي‌باشد.

در اين مقاله، راجع به ساختارهاي شبكه زيردريايي نسل بعد و پاسخ گويي آنها به نيازهاي جديد و پيش رو-مطالبي ذكر خواهد شد. در ساختار پيشنهادي، از طول موج‌هاي شبكه  اتصال متقابل نوري موسوم بهOXC (Optical cross)در گره‌هاي شبكه هردوايستگاه كابلي (Cable Station)و مركز تلفن كلان شهرها استفاده مي‌شود. در اين ساختار، شبكه‌هاي مبتني بر OXC، با استفاده از آرايش و همبندي (Topology)شبكه نوري (Mesh Network) سبب ساده‌تر شدن ساختار شبكه اصلي، قابليت توسعه و كارايي و بهره‌برداري بهتر از پهناي باند مي‌شوند.

شبكه‌هاي حلقه‌اي زير دريايي مبتني بر SDHشبكه‌هاي حلقه‌اي زير دريايي اقيانوس گستر، ابتدا در سال 1995 در شبكه‌هاي كابل زير دريايي TAD12و13وTPT-5استفاده شدند.

اين شبكه‌ها با استفاده از تجهيزات حلقه تسهيمي و ساز و كار رفع خرابي خود كار عمل و براي پشتيباني شبكه حلقه SDH، به هنگام بروز خرابي‌ها، از پروتكل APSكه استاندارد ITU است، استفاده مي‌كنند.

تجهيزات پشتيباني يا حفاظت شبكه (NPE)، كه شبكه حلقه 4 فيبره را پشتيباني مي‌كند، به نحوي تعريف شده است كه با Aاستاندارد جي 841 ITUهمخواني داشته باشد. در حال حاضر، اين ساختار عمدتا ًبراي شبكه‌هاي زير دريايي منطقه‌ايي و اقيانوس گستر پذيرفته شده است.

NPE،كه در واقع وظيفه پشتيباني شبكه را به عهده دارد، در ايستگاه كابلي نصب مي‌شود. عمل افزودن يا پياده‌سازي ظرفيت NPE را سيستم‌هاي پشتيباني زميني بر فناوري SONET/SDH  در مراكز عمده مخابراتي تبادل ترافيكي، انجام مي‌دهد.

دراين ساختار، هر يك از سيستم‌ها، ساختار مديريتي خاص خود را دارد. مسئله مديريت مختلف از نظر بهره‌برداري، وجود سكوي انحصاري متمركز بهتر است، در مديريت‌هاي انحصاري و تك قطبي ،سيستم‌هاي زميني و زير دريايي، مسائلي چون خودكار سازي(Economies of Scale)بايد در نظر گرفته شود.

در دهه‌هاي قبل، شبكه‌هاي زيردريايي بر اساس قراردادهاي ساخت ونگهداري، بين كنر سيلي مركب از چندين شركت مخابراتي مجاز انجام مي‌شده است ولي با جهاني شدن و مقررات زدايي بخش مخابرات ،شركت هاي مخابراتي فرابر جهاني (Globel Carrier) ،تجارت جديدي را آغاز كرده‌اند به نام تجارت فرابري فرابرهاCarrier`s Carrier) (Business اين شركت‌ها با احداث شبكه‌هاي كابل‌هاي زيردريايي خصوصي، دسترسي را براي ISPهاي كلان شهرها فراهم كرده‌اند. همان طور كه گفته شد، در شبكه‌هاي حلقه‌ايي مبتني بر NPE، در زماني كه قاپ  STMسيستم SDH ،توسط خود سيستم SDH ، به سرعت‌هاي پايين‌تري، پياده‌سازي مي‌شود، براي نصب پشتيباني شبكه (NPE)و تجهيزات شبكه زميني، به ده برابر فضاي بيشتر نياز هست از سوي ديگر وقتي تجهيزات بيشتري مورد استفاده قرار گيرد، مصرف برق نيز بيشتر مي‌شود. از همين رو، به ناچار براي كاهش اندازه و تعداد تجهيزات، بايد از فناوري بسته‌اي استفاده كرد.

در سيستم‌هاي زيردريايي DWDM،هزينه عمده، هزينه بخش پايانه (Terminal)است كه هزينه واحدها نيز ممكن است به آن افزوده شود. در اينجا، هزينه تجهيزات پايانه به نسبت تعداد طول موج‌هاي سيستم، افزايش مي‌يابد. در سيستم ترابيت، در صورتي كه همين ساختار شبكه مورد استفاده قرار گيرد، هزينه تجهيزات پايانه، به طور قابل توجهي افزايش مي‌يابد. بنابراين كاستن از هزينه‌هاي كلي پايانه، اهميت خاصي دارد.

شواهد وقرائن فعلي، حكايت از رشد ترافيك دنيا، در مقياسي بيشتر از ترافيك صوتي TDMدارد اخيراً، ترافيك بسته‌هاي IP ، با استفاده از تجهيزات مسيرياب واسطه‌هاي با سرعت بالاي 5/2گيگا هرتز، برقرار شده بر همين اساس ارزش سيستم‌هاي SONET/SDH به عنوان لايه همتا و مياني كاهش يافته است. بسياري از فروشندگان در صدد شكل دهي و توسعه راه حلي هستند كه بتواندترافيكIP  را مستقيما از طريق DWDMحمل كنند.

وضعيت فعلي صنعت، استفاده از فناوري‌هايي است كه طول موج‌هاي شبكه‌ايي را پشتيباني كنند و بتواند سيگنال نوري را بدون توجه به قالب (Format)اآن حمل كند. تبديل قالب سيگنال، تجمع سيستم‌هاي فرعي و مسائل مربوط به نگهداري و بهره‌برداري بايد در حاشيه شبكه‌ها قرار گيرند. از آنجايي كه شبكه‌هاي مبتني بر طول موج، قادرند كه قالب‌هاي مختلف سيگنال را روي سكوي مشترك قرار دهند و هم چنين با توجه به ساده‌تر شدن ساختار شبكه‌هاي ترابري و به حداقل رسيدن تجهيزات، مديريت چندگانه از بين مي‌رود. در شبكه‌هاي كابلي زير در يايي مبتني بر طول موج، بخش عمده‌ايي از تجهيزات فرعي ومواصلاتي SDH/SONNET  تحت‌الشعاع تجهيزات شبكه‌هاي لايه‌اي نوري قرار مي گيرد. حداقل سازي (كمينه سازي)تجهيزات شبكه سبب كاهش عمده هزينه‌هاي سيستم خواهد شد.

شبكه نوري مبتني برOXC

پشتيباني و حفاظت سريع، از مقوله‌هاي مهم واصلي شبكه‌هاي زير دريايي فعلي براي جلوگيري از قطع مكالمات صوتي مي‌باشد.

حفاظت سيستمي حلقه‌اي تسهيمي، از حالت پشتيباني و بازگرداني شبكه نوري، سريع‌تر است.علت اين امر، ساده‌تر بودن ساختار و استفاده از ظرفيت پشتيباني 1:1 ذخيره (Reserve)مي‌باشد. شايان ذكر است كه پشتيباني 1+1مطابق با استاندارد پشتيباني 50 ميلي ثانيه مي‌باشد. در مجموع، شبكه نوري، با توجه به مشخص نبودن ميزان دقيق زمان قطعي، نسبت به شبكه حلقه‌اي، قابليت انعطاف‌پذيري بيشتري دارد. از سوي ديگر، شبكه‌هاي نوري مجهز به شبكه پشتيباني با كارايي بسيار بالاتري نسبت به شبكه‌هاي حلقه‌اي هستند. در شبكه پشتيباني نوري، عموما گزينه‌هاي زيادي براي مسير پشتيباني وجود دارد و قابليت حفاظت N+1نيز در اين سيستم گنجانده شده است. به همين دليل، شبكه‌هاي نوري در سناريو‌هاي خرابي و قطعي‌هاي مكرر، كارايي بهتر و كاربرد بالاتري دارند. از آن سو، در شبكه‌هاي حلقه‌اي، حالت پشتيباني N>1   N:1 ،براي هر فيبر به طور جداگانه وجود ندارد.  علاوه بر اين در شبكه‌هاي حلقه‌اي چندگانه، همان طور كه در شكل 3 نشان داده شده است، به ظرفيت‌هاي بيشتر در پيوندهاي مواصلاتي (Inter Conneching Rinks)نياز هست.

در شبكه‌هاي سراسري انتها به انتها، شبكه نوري يكپارچه، مزاياي بسيار زيادي دارند. ارائه بلادرنگ خدمات باند عريض، يكي از ابزارهاي مهم در افزايش تقاضاي ناگهاني پهناي باند به شمار مي‌آيد. در ساختار حلقه كه ذاتاً چندين حوزه مديريتي دارد، ارائه چنين خدماتي، زمان طولاني‌تري را به خود اختصاص مي‌دهد.

فناوري شبكه نوري مبتني بر طول موج نوري (Optical Switching)استفاده مي‌كند، نسل بعد شبكه‌هاي زيردريايي را محقق مي‌كند. با استفاده از سيستم‌هاي OXC،قابليت‌هاي چون افزايش پياده‌سازي و اتصال متقابل طول موج‌هاي مبتني بر كانال، كه كليد كاربري مؤثر شبكه نوري محسوب مي‌شود، ميسر مي‌گردد.

با استفاده از سيستم‌هاي OXCو فناوريDWDM،لايه ترابري نوري مبتني بر طول موج تعريف مي‌شود كه بر اساس آن زير ساخت فيبر به صورتي پويا تسهيم مي‌شود. در نتيجه اين قابليت به وجود مي‌آيد كه بتوان به صورت پويا، كانال‌هاي طول موجي انتها به انتها را واگذار كرد. براي مديريت و كنترل شبكه  نوري مبتني برOXCدر مقياس بزرگ، توانايي و اجراي خودكار تشخيص پيونده(Link)و گره الزامي است. براي ايجاد چنين كاركردهايي فناوري MPLSبه اضافه سيستم‌هاي پايگاه داده، مثل پيونده شبكه و وضعيت گره‌ها بايد در حوزه نوري مورد استفاده قرار گيرند.

شبكه نوري كه توسط سطح كنترلي G-MPLSمديريت مي‌شود، داراي اين قابليت است كه بلادرنگ خود را بر اساس سطوح سرويس مورد نظر مشتري، آرايش مجدد كند.

در اينجا اين خود شبكه است كه در هنگام اضافه شدن گره‌هاي جديد، مسيرهاي جديد را به طور خود كار شناسايي مي‌كند. در واقع اين عمل، نوعي شبكه نوري هوشمند را ايجاد مي‌كند. علاوه بر اين ترافيك IP نيز از طريق صفحه كنترلي مشابه و از طريق واسطه‌هاي UNI،ترابري مي‌شود. مشخصات اين صفحه كنترلي جديد در ITU، در حال استاندارد شدن است.

ارزش شبكه‌هاي جديد زير دريايي

يكي از نيازهاي شبكه‌هاي فرابر جهاني و فرابرهايي كه ارائه دهنده ظرفيت به ساير فرابرها مي‌باشند

(Carrier`sCarrier) اتصال دهندگي شهر به شهر در شبكه‌هاي داده‌هاي جهاني خود مي‌باشد. آنها بايد داراي اين توانايي باشند كه باند عريض را حداقل در سطح STM16 و به روش مقرون به صرفه و اقتصادي واگذار كنند.

هدف اصلي، واگذاري اتصالات طول موجي است كه در كل شبكه يكپارچه زيردريايي و زميني از فناوري لايه نوري استفاده كند. به كارگيري شبكه‌هاي داده براي اتصال مراكز حضور يا POP، در طول شبكه‌هاي زيردريايي جهاني، از نظر دسترسي جهاني به خدمات ISPها و همچنين توسعه تجارت الكترونيك ISPبسيار مهم تلقي مي‌شوند. اتصال دهندگي مبتني بر طول موج، منجر به ساده شدن ساختار شبكه مي‌شود. مراكز دنيا، معمولاًدر ناحيه  شهري قرار داده مي‌شود كه از طريق اتصال طول موج مستقيم به ساير مراكز داده‌اي متصل مي شود. اين طرح در مقايسه با وضعيتي كه ترافيك داده از طريق تعداد زيادي هاپ و مسيرياب IPو تجهيزات STM/SDHترابري مي‌شود، خيلي ساده‌تر است. صرفه اقتصادي، به سبب كم شدن هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و بهره‌برداري، يكي ديگر از مزاياي اتصال مستقيم مي‌باشد. از سوي ديگر اتصال انتها به انتها و مستقيم، ارائه سريع پهناي باند را فراهم مي‌آورد. در واقع واگذاري طول موج انتها به انتها، پهناي باند را تبديل به يك كالا مي‌كند و ظرفيت بر مبناي در خواست مشتري، به عنوان يك كالا به فروش مي‌رسد.

از همين رو، فروش ظرفيت بر اساس IRU ارزش كمتري خواهد شد. در اتصالات طول موج، تجهيزات مشتري نياز به واسطه ندارد و دسترسي با هزينه كم و آسان، اتصالات اينترنت را امكان پذير مي‌كند. شبكه مبتني بر طول موج ساز و كارهاي مختلف پشتيباني شبكه را پوشش و خدمات متنوعي را به انضمام مهندسي ترافيك ارائه مي‌دهد.

اعتبار شبكه يكپارچه زميني و زيردريايي مبتني بر OXC

براي اعتبار دهي به مفاهيم گفته شده، آزمايشگاه (KDD-SCS)KDDI با همكاري شركت لوسنت تكنولژيا، آزمون شبكه‌سازي زيردريايي را انجام داده است كه مفهوم تكامل و كاربرد شبكه‌هاي نوري زميني و زير دريايي يكپارچه را ارائه مي دهد. در اين آزمون فناوري زيردريايي KDD-SCS و فناوري ترابري زميني لوسنت تكنولژيا آميخته شده است. مؤلفه‌هاي سخت‌افزاري اصلي اين آزمون عبارتند از:

– سيستم KDD-SCS كه شبكه‌سازي زير دريايي با ظرفيت 10Gbpsبه انضمام ارتقاءكاربرد FECجديد را ارائه مي‌دهد.

– امكانات آزمون براي شبيه سازي تقويت كننده‌هاي نوري انتقال در عرض اقيانوس DWDM

– سيستم نوري OLSموسوم بهWave Streamمتعلق به لوسنت تكنولژيا فراهم‌كننده  انتقال DWDM   10 مگابات ثانيه زميني

مسئله اصلي در يكپارچه‌سازي شبكه‌هاي زيردريايي، تامين تجهيزات تبديل سيگنال دهي و همچنين وفق دادن مشخصات تجهيزات واسطه‌اي است.

ميان كاري بين تجهيزات OXC,SLTEاز جمله تلاش‌هاي عمده‌اي است كه در تامين خدمات جديد مبتني بر طول موج صورت گرفته‌است. در عين حال، اتصال دهندگي شبكه يكپارچه بين تجهيزات زميني وزيردريايي منجر به سيستم‌هاي مديريتي شبكه يكنواخت جهاني مي‌شود. نتايج آزمون شبكه سازي حاكي از تامين سريع طول موج انتها به انتها، مسير پشتيباني نوري متشكل از عناصر شبكه زميني و زيردريايي و همچنين ترابري ترافيك IP ازطريق اتصال دهندگي طول موج كانال شبكه زميني مي‌باشد.

الگوهاي شبكه سيستم زير دريايي نسل جديد

شبكه مبتني بر OXC به سادگي با قرار دادن OXC در هر گره در شبكه جهاني فرابر خصوصي قابل اجرا واستفاده است. از سوي ديگر، بكارگيري شبكه جهاني OXCدر شبكه زير دريايي مشترك متعلق به كنسرسيومي متشكل از چند فرابر، مقداري پيچيده است چرا كه هر شركت فرابر بايد يحتمل از OXCهاي ساخت شركت خاصي در شبكه زميني خود استفاده وبه همان صورتي كه ساير شركت‌هاي فرابر اتصال انتها به انتها را بر قرار مي كنند، عمل كنند.

يكي از روش‌ها، استفاده ازBGPنظير به نظير حوزه‌هاي شبكه‌هاي مختلف است كه در شكل شماره 7 نشان داده شده است. هر شركت فرابر از طريق تجهيزات موسوم بهNNIو با همبندي نظير به نظيرBGP به شبكه زيردريايي متصل مي‌شود و به صورت تسهيمي از اين شبكه استفاده مي‌كند. سهم هر فرابر به منزله شبكه خصوصي VPN آنها مي‌باشد.

روش ديگر، تسهيم شبكه مبتني بر زوج‌هاي فيبر مي‌باشد. با بخش كردن شبكه نوري به زوج‌هاي فيبر، هر شركت فرابر قادر است سهمي از ساختار شبكه زيردريايي را به خود اختصاص دهد. شبكه هر فرابر(Carrier)، يك سيستم OXC است كه ساخت فروشنده خاصي مي‌باشد كه به ايستگاه زميني متصل شوند. اين مسئله در شكل 8 نشان داده شده است.

در اين ساختار، اين شركت‌ها قادرند هر يك بطور مستقل، شبكه‌اي را شكل دهند و مسائل مربوط به ميان كاري تجهيزات ساخت فروشنده‌هاي مختلف را رفع كنند.

نتيجه گيري: در اين مقاله نشان داده است كه ساختار شبكه نوري كه از تجهيزات مبتني بر طول موج و همبندي سوددهي نوري استفاده مي‌كند. قادر است شبكه زير دريايي نسل جديد را متحقق كند و قابليت‌هاي زير را ارائه دهد:

– يكپارچگي شبكه‌هاي زميني و زير دريايي، ارتقاء مسائل اقتصادي، قابليت توسعه و انعطاف و مديريت شبكه

– ترابري كارا و مؤثر ترانك داده و IPجهاني انتها به انتها.

نويسنده:شو يا ما مو تو

آزمايشگاهKDDI-آمريكا

برگردان :پيمان رضايي

ماهنامه دنیای مخابرات و ارتباطات
TELECOMUNICATIONS  WORLD  MAGAZINE
THE  FIRST  IRANIAN  TELECOMUNICATIONS  MAGAZINE

www.ml.blogfa.com