تشبيك ضوئي متزامن

الشبكات الضوئية المتزامنة (SONET) والهرمية الرقمية المتزامنة (SDH) هي بروتوكولات مداولة معيارية لنقل جداول متنوعة من البتات عبر الألياف البصرية (بواسطة ثنائيات ليزر ضوئية LEDs). يمكن أيضا نقل المعدلات الأخفض من البيانات عبر قابلات كهربائية. تم تطوير هذين المعيارين لتحل محل نظام الهرمية الرقمية شبه المتزامنة (PDH)والذي كان مستخدما لنقل كميات أكبر من البيانات والاتصالات الهاتفية على نفس شعيرات الألياف البصرية بدون مشاكل.

معيار SONET

شكل نموذجي للإطار SONET. الرموز الموجودة في الصورة هي:
LO: Line Overhead، SO: Section Overhead, TO: Transport Overhead (SO + LO), PO: Payload Overhead, SPE: Synchronous Payload Envelope (PO + Data).

تم تطوير معيار Synchronous optical networking في أميريكا في الثمانينات بهدف التوجه نحوهيكلية جديدة من الاتصالات تتمتع بالمزايا الاتية:

تقليل متطلبات المعدات وزيادة وثوقية الشبكة.
دعم بايتات إضافية للإدارة وتحليل الأخطاء Payload & overhead bytes
إعادة تعريف المداولة التزأمنية Synchronous multiplexing للإشارات الرقمية الأساسية والتي عهدت مسبقا في أنظمة DS الأميريكية مثل DS1، DS3 (التي تحدثنا عنها سابقا بالتقسيم الزمني لـ24 مشهجر رقمي ومضاعفاته) وبالتالي تسهيل عمليات المداولة في بنية حديثة تعتمد الإضافة والتسليم Add-Drop ومفاتيح الربط المتقاطع الرقمية Cross connect digital switches.
التوجه لمعايير جديدة قابلة للتوافق مع معايير مختلفة.
تعريف هيكل حديث مرن قادر على استضافة التطبيقات المستقبلية

يعتمد معيار SONET على تعريف مستويات حوامل بصرية Optical Carriers (OC) والتي يجب حتى تكون مكافئة لمثيلاتها الكهربائية Synchronous Transport Signals وذلك من أجل نقلها بالألياف البصرية أوالضوئية.

يبدأ هذا التعريف من مستوى OC-1 والذي يكافئ STS-1 ومعدل نقل البيانات فيه 51.84 ميغابت في الثنانية. بعد ذلك يتم توليد مستويات أعلى بالمضاعفات OC-3، OC-12، OC-48، OC-192 وOC-768 حيث حتى الرقم يعني حتى معدل البيانات يرتفع بمقدار 51.84 مضروبا في الرقم تماما ولهذا السبب سميت بالتزأمنية وهي مزية تجعل من السهولة بمكان إضافة وسحب البيانات دون الحاجة لتعقيدات الفك والدمج وإعادة المعالجة.

اشتقاق المعدل OC-1

اقتضى الاتفاق على إنشاء هيكلة مكونة من بايتات توزيعها بشكل مصفوفة مكونة من 90 عمود و9 صفوف لتشكل في مجملها ما نسميه إطار الحامل الضوئي ذوالمستوى 1. اتفق أيضا على التعريف الأساسي لسرعة الإطار بحيثقد يكون هنالك 8000 إطار في الثانية الواحدة (هذا يعني حتى الزمن اللازم لكل إطار هو125 ميكروثانية)، ولما كانت سعة الإطار هي 810 خلية وكل خلية تمثل بايت واحد أيثمانية بتات فيصبح معدل البيانات هو8000 إطار\ثانية × 810 بايت\إطار ×ثمانية بت\بايت =51840000 بت في الثانية الواحدة أي 51.84 ميغابت في الثانية الواحدة.

من غير الممكن السماح بنقل 51840000\64000 مشهجرا رقميا أي 810 مشهجر أوقناة هاتفية والسبب هوالحاجة لحشوبيانات إضافية تعهد عدد القنوات العاملة وعناوينها (المصدر والوجهة) وكذلك بتات الإدارة الرئيسية للنقل التراسلي. من ناحية أخرى كان الهدف الرئيسي هوجعل هذا المعيار متوافقا مع المستويات الأعلى من القناة الهاتفية أمثال DS1 الأمريكي وE1 الأوروبي وكذلك دعم النقل اللاتزامني في بروتوكول ATM.

يستطيع STS-1 التعامل مع مخازن افتراضية (دوائر هاتفية) Virtual Trunks VTs متنوعة وذلك حسب نوع القابلة المراد التعامل معها (هل هي مثلا قابلة المشهجر الرقمي DS-1 أم E1 أم قابلات مضاعفاتها). هذه المخازن هي:

VT 1.5: بمعدل بيانات 1.728Mbps أي أنها قادرة على استضافة قابلات DS-1 والتي معدلها 1.544Mbps.
VT2: بمعدل بيانات 2.304Mbps أي أنها قادرة على استضافة قابلة النظام الأوروبي E1 ذات المعدل 2.048Mbps
VT3: بمعدل 3.456Mbps
VT6 : بمعدل 6.912Mbps وهي مناسبة لقابلات DS-2 الأميريكية ذات المعدل 6.312Mbps

على هذا الأساس يستطيع OC-1 استيعاب ما مقداره 28 قابلة DS-1 (أي 672 قناة هاتفية) أوقابلة واحدة من DS-3 (لأن معدل بياناتها 44.736Mbps) أو21 قابلة من E-1 الأوروبية (أي 630 مشهجر رقمي أوقناة هاتفية)

معيار SDH

إطار SDH، الرموز الموجودة في الصورة هي:
MSO: Multiplex Section Overhead، RSO: Regeneration Section Overhead, AU4P: AU-4 Pointers، TO: Transport Overhead (RSO + AU4P +MSO), PO: Path Overhead, VC-4: Virtual Container-4 (PO + VC-4 Data).

تلى المعيار السابق SONET معيار آخر طور في أوروبا في أوائل التسعينات هوSynchronous Digital Hierarchy وبشكل مشابه إلى حد كبير في الأهداف والبنية إلا أنه يبدأ من مستوى مضاعف ثلاثة مرات من OC-1 في مستويات SONET ثم يتضاعف هذا المستوى في مستويات جديدة بمضاعفات رباعية أي STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, وSTM-256.

يبدأ أول مستوى في معيار SDH بـSTM-1 وبمعدل بيانات 155.52Mb/s أي تماما ثلاثة أضعاف STS-1. تم اشتقاق هذا المستوى بطريقة شبيهة لمستوى STS ولكن بتقسيم إطار SDH إلى 270 عمود ×تسعة صفوف أي 2430 بايت وبالتاليقد يكون المعدل هو8000 إطار\ثانية × 2430 بايت\إطار × 8بت\بايت.

معيار PDH

كان هذا المعيار متعارف عليه قبل ظهور المعايير السابقة ولكن تم التخلي عنه بفضلها. يستعمل هذا المعيار الألياف الضوئية أيضا ولكن بشكل شبه متزامن وبقدرة استيعابية تبدأ من 64 قابلة E-1 أوروبية أي بمعدل بيانات حوالي 140 Mbps وأخرى مضاعفة أربع مرات أي حوالي 565 ميغابت في الثانية. تتميز المعايير SONET وSDH في قدرتها على استضافة هذا المعيار أيضا.

النوافذ الضوئية

تعهد النافذة الضوئية Window بأنها المنطقة ذات الطول أوالأطوال الموجية التيقد يكون مقدار التوهين عند أدنى مستوياته (نقاط صغرى محلية). توجد حاليا أربع نوافذ ضوئية عند الأطوال الموجية 830 نانومتر-nm و1310nm و1550nm و1625nm وصممت جميع من الألياف الضوئية والليزرات المرسلة وإجهزة الاستقبال لتعمل في هذه النوافذ بشكل خاص (خصوصا في الألياف البصرية ذات النموذج الفردي Single mode fiber).

مستقبل SDH/SONET

ما زال المعياران يشكلان ثورة تقنية في نقل المعلومات حتى اليوم. إلا حتى الآمال في حمل معدلات النقل فوق 40Gbps تعقدت أكثر، الأمر الذي أدى للتفكير في استغلال النطاق الترددي العريض للإرسار الضوئي (يطلق عليه النطاق الموجي بالنسبة للضوء). لهذا ظهرت توجهات جديدة نحوالمداولة بتقسيم الطول الموجي WDM وDWDM والتي تسمح بإرسال بيانات متوازية بأطوال موجية مختلفة على نفس قناة الألياف الضوئية كما حتى هذه المزية تسمح أيضا بالإرسال والاستقبال على نفس الشعيرة دون تداخل (على عكس الإرسال عبر أجهزة SDH وSONET والتي كانت معتمدة أصلا على تخصيص طول موجي واحد في القناة).

المصادر

الاتحاد الدولي للهندسة_IEC وبالأخص شبكات SONET وSDH
Installation and Maintenance of SDHSONET, ATM, xDSL and Synchronization Networks. Jose Caballero,Francisco Hens, Roger Segura, Andreu Guimerá. ISBN 978-1-58053-525-0.
Next Generation SDH,SONET. Huub van Helvoort, 2005 John Wiley & Sons Ltd,ISBN 0-470-09120-7 (HB).
Optical Networking Standards A Comprehensive Guide for Professionals, Khurram Kazi, Ph.D, 2006,ISBN 0-387-24062-4.