انتقال شبکه Ethernet 100 گيگابايتي
انتقال شبکه Ethernet 100 گيگابايتي
انتقال شبکه Ethernet 100 گيگابايتي
Ethernet شبکه هايي که از استاندارد IEEE802-3 و توپولوژي ستاره اي براي برطرف سازي مشکل ترافيک شبکه استفاده مي نمايد.
در طي سال هاي گذشته پيشرفت GB/S100 در سيستم هاي طول موج از نمايش تحقيقاتي به سمت حوزه هاي آزمايشي در جهت گسترش و ايجاد جنبه تجاري تغيير مسير داده است.
در شبکه Ethernet GB/S 100 که به صورت GBE100 نشان داده مي شود، ما يک نکته کليدي در مورد اين فن آوري در نظر گرفتيم که شامل مسائل کاربردي، الزامات شبکه و آزمايشات عملي بود. در اين بخش ما تحقيقات خود را درباره تاثير عوامل مختلف بر مسائل طراحي شبکه، فن آوري دسترسي، الزامات پردازش سيگنال هاي ديجيتال و نتايج بيشتر حوزه هاي آزمايشي مطرح مي کنيم. ما همچنين روند فناوري را براي سيستم هاي نسل بعدي فراتر از GB/S100 از طريق طول موج را بررسي مي کنيم.
در ستون آغازين مقاله شبکه اي Ethernet 100 گيگابايتي و فراتر از آن، که توسط P.Winzer ارائه شده است در مورد فن آوري ميانجي (واسطه) براي شبکه Ethernet و شبکه هاي انتقال نوري فراتر از G100 با در نظر گرفتن استانداردهاي که براي G100 مطابقت دارد صحبت شده است و همچنين اين مقاله درباره تحولات فناوري که ما در 10 سال آينده انتظار آن را داريم بحث مي کند.
در اين مقاله گزينه هاي فن آوري واسطه براي شبکه Ethernet وOTN فراتر از G100 در پرتو استانداردهاي G100 جاري بررسي مي گردد با در نظر گرفتن اين موضوع که اين فن آوري ها احتمالاً مسيرهاي تحول در زمينه فن آوري هاي واسطه در 10 سال آينده خواهند بود.
استاندارد IEEE 802-3 تنها استاندارد سازي واسطه هاي شبکه هاي محلي LAN که براي شبکه هاي G100 واسطه بودند را به پايان برده است. انجمن بين المللي مخابرات راه دور بخش استاندارد سازي مخابراتي در همکاري نزديک IEEE استانداردي به نام G.709 OTN را براي انتقال ترافيک G100 بر شبکه هاي reliable carrier grade تکميل نموده است. در حال حاضر شرکت هاي فروش اصلي لوازم جانبي کامپيوتر، محصولات G100 از مجموعه CHIPها گرفته تا واسطه هاي مشتريان، درگاه هاي مسيرياب و ابزار انتقال نوري را انتشار مي دهند. به عنوان مثال شرکت آلکاتل لوسنت (Alchatel- Lucent) اخيراً خبري مربوط به فراهم بودن جنبه هاي تجاري اولين واسطه مسيرياب g100 صنعتي و اولين واسطه انتقال g100 تک طول موجي را اعلام کرده است. داده هاي ارسالي موج مانند اصلي، حوزه هاي آزمايش end-to-end را با استفاده از الزامات g100 مدل اوليه اجرا مي کنند. گسترش تجاري خاص از فناوري g100 انتظار مي رود که در زمان باقيمانده امسال اتفاق بيافتد. در حال حاضر با واقعيت تجاري g100، انجمن اخيراً شروع به بررسي دقيق فن آوريهاي فراتر از g100 نموده است. نياز براي افزايش آهنگ ده مرتبه اي بيت (bit-rate) 10 بعدي تا حد يک ترابايت بر ثانيه به شبکه Ethernet پيش از اين به طور کاملاً واضح شنيده مي شد که با ازدياد مراکز خدمات داده هايي که رشد تصاعدي ترافيک شبکه را سالانه بين 40 تا 90 درصد، به جلو مي راند، به ويژه توسط کاربران داده محور، برابري مي کند. تاريخ هاي مورد هدف بين سالهاي 2015 و2020 براي پايان روياي استاندارد شبکه TI در نظر گرفته شده است ولو اينکه اين سؤال که «آيا مشتري مداري به اندازه کافي براي شروع تلاش در جهت استانداردسازي بزرگ خواهد بود» هنوز به طور کامل مورد بررسي قرار نگرفته است.
اولين آزمايشات تحقيقاتي سريالي GB/S100 نه تنها يک سال قبل از اينکه تلاشهايي در جهت مراحل پيش از استانداردسازي توسط گروه مطالعه سرعتهاي بالاتر IEEE (HSSG) آغاز شده باشد، بلکه زماني که استاندارد سازي G100 پيش از اين در جريان بود، انتشار يافت. در مقام مقايسه، تحقيقاتي که از BIT RATE (سرعت بيتي) سريالي gb/s10 استفاده مي کنند، بيش از 10 سال قبل از شروع استاندارد سازي Ethernet 10 گيگابايتي اجرا شده بود.
تا سال تقريباً 2006 استانداردهاي Ethernet و سرعت هاي واسطه اي مسيرياب افت مختصري در گسترش bit rateهاي سريالي براي شبکه هاي انتقال نوري مدار گزيني داشت. و Ethernet مي توانست به طور منطقي بر فن آوري هاي شبکه هاي نوري همزمان SONET (يادداشت مترجم: پروتکل هاي چندگانه استاندارد شده اي هستند که جريان بيت ديجيتال را بر روي فيبر نوري با استفاده از ليزرها و ديودهاي انتشار نور انتقال دهند)، داده هاي سلسله مراتبي ديجيتالي همزمان (SDH)، واسطه OTN (يادداشت مترجم: چارچوب استانداردهاي شبکه مخابراتي براي شبکه هاي نوري را گويند.) نفوذ کرده و تاثير بگذارد. اين مسئله در شکل 1 نشان داده شده است که در آن استانداردهاي Ethernet توسط دايره هاي خاکستري رنگ نشان داده شده، مناطق هاشور خورده دلالت بر دوره هاي استاندارد سازي و دايره هاي سفيد به ترتيب مسيرياب و واسطه هاي OTN , SONET, SDH را نمايش مي دهد. اين واقعيت که شبکه Ethernet با بالاترين سرعتهاي بيت OTN سريالي حرکتي سريع آغاز نموده است نه تنها خود را در استاندارد 802.3 نمايان ساخته است بلکه بطور خاص در زمينه انتقال موازي که توسط ويژگيهاي واسطه Ethernet لايه فيزيکي فعلي انجام مي گيرد، نيز پديدار گشته است، بايد اين نکته را خاطر نشان ساخت که استاندارد 802.3 که از آن صحبت به ميان آمد مقياس بندي 10برابر رايج خود را به نفع مقياس بندي 4برابر که بوسيله SOTEN/SDH/OTN مورد استفاده بود را کنار گذاشته است.
هيچ کدام از واسطه هاي ETHERNET که جديداً استاندارد شده اند از فن آوري هاي مخابره GB/S 40 يا GB/S100 سريالي استفاده نمي کنند. به ويژه Ethernet 100 گيگابايتي ، 10شبکه LAN موازي، فن آوري gb/s 10، اعمال نفوذ بر فن آوري gb/s10 يا چهار موج موازي به همراه فن آوري تکامل يافته gb/s25 بر نقاط شبکه (grid) فرکانس 800-ghz ITU-T حدود 1300 نانومتر را تعيين مي کند.
بر اساس آنچه که مربوط به گزينه هاي انتقال موازي مي شود؛، نياز براي مولتي پلکسي کردن به طور غير صحيح و راست نمودن (اريب زدايي) زير کانالها، هر دو در استاندارد 100 گيگابايتي جاگرفته است.
علاوه بر مقياس بندي bit rateهاي واسطه، سيستم هاي WAN نياز دارند که به طور تصاعدي با بالا رفتن ترافيک درخواستها که بوسيله افزايش ظرفيت هر فيبر WDM ايجاد مي شوند، مطابقت داشته باشد. (مثلث در شکل1). در يک پهناي باند آمپلي فاير نوري ثابت شده، سيستم هاي انتقال wanرا وادار مي کند که به صورت ثابت بازده طيفيشان را که با نسل قبلي TRANSPONDER مقايسه مي شود، افزايش دهند، در نتيجه نياز براي تراکم بازده طيفي، خواستار مدولاسيون چند سطحي و PDM است. تحقيقات طي سالهاي اخير ما را به اين نتيجه مي رساند که کليدزني انتقال فاز يک چهارم 28-GBaud PDM با آشکار سازي همدوس، حرکتي نويد بخش در راستاي انتقال 100G WAN روي يک رشته شبکه 50- GHZ WDM از فيبرهاي استاندارد به طول تقريبي 1500 کيلومتر شامل چندين ROADM، مي باشد.
اين فرمت نتيجتاً ميدان شبکه اي اينترنتي نوري (OIF) به عنوان استاندارد عملي براي TRANSPONDER هاي (يادداست هاي مترجم: فرستنده و گيرنده هايي در ارتباطات ماهواره هاي است که يک سيگنال را از سيگنال زميني دريافت کرده و آن را روي بسامدهاي مختلفي انتقال مي دهد) شبکه wan 100گيگابايتي، اشغال شده بود. اولين محصول PDM-QPSK 100گيگابايتي تک حامل اخيراً توسط شرکت آلکاتل لوسنت منتشر شده است. برخي از 100Gهاي اوليه از تکنولوژي موجود 4040Gbs PDM1-QPSK1 با ترکيب کردن دو زير حاصل اپتيکي 20GHz منفصل 14.4GBaud PDM-QPSK به منظور ايجاد مولتي پلکس معکوس کانال 100G OTN استفاده مي کنند. با اين وجود در تاريخچه انتقال WDN1 سوق دادن سرعت بيت در هر طول موج به نرخ مطلوب در محيط کاربر، عموماً ثابت شده است که از مولتيپلکس معکوس طول موجهاي با سرعت بيت پايين اقتصادي تر است.
واسطه ها براي برنامه هاي کاربردي شبکه LAN GB/S 400 مي تواند بر اساس GB/S روي parallel lanes/wavelength 16 باشد اما همچنين مي تواند از gb/s 40 ×40 بوسيله فناوري 40gb/s EMLT که از نظر تجاري به بهره برداري رسيده باشد يا حتي GB/S 8×50 به منظور بهبود شرايط پاياني، استفاده کند. گزينه هاي Gbs 100×4 که درجه همبستگي اپتيکي استفاده شده در Ethernet 100G را حفظ کند. امروز امر دشواري به نظر مي رسد. نه تنها از نظر در دسترس بودن قطعات، همچنين از نظر تولرانس پراش کروماتيک ذاتاً 16 مرتبه پايين تر از Gbs100 نسبت به Gbs 25 و همچنين الزام دريافت سيگنال اپتيکي با قدرت فوق العاده بالا. به طور کوتاه انتظار مي رود درجه همبستگي اپتيکي در مقايسه با استاندارد Ethernet 100گيگابايتي باز هم افزايش يابد که اين اجتماع چگالتر مدارهاي فونونيکي را براي تجاري کردن G400 مي طلبد.
در عمل اين امر مستلزم حداقل ارايه هاي PDM32 مدلاسيون دامنه با اختلاف فاز 90 درجه در 45GBaud و اگر مشخصه هاي غير ايده آل مؤلفه هاي فرکانس جبران شوند RODAM تا اندازه PDM256-QAM با GBaud28 مي باشد.
(orthogonal frequency diviion multiplexing)
OFDM هاي الکترونيکي نيز مي توانند به جاي مدلاسيون تک حامل، همين طور که در شکل 2b,2a نشان داده شده استفاده شوند. اما OFDM نوعاً قدري از فرمت تک حامل متناظر به دليل پيشوند چرخه اي، بايلوت و سر حد سمبول آموزشي از بازده طيفي کمتري برخوردار هستند. پيچيدگي پردازش سيگنال ديجيتالي هر دو گزينه تقريباً برابر است.
با در نظر گرفتن QAM پر سرعت تک حاملي که اخيراً گزارش داده شده اند (شکل3) تجاري کردن QAM256,QAM32 در 448Gb/s براي هر دو مدولاسيون تک حامل و OFDM پردازش شده الکترونيکي در آينده نزديک به نظر دور از دسترس مي باشد. يک راه حل مي تواند چشم پوشي از بازدهي طيفي بالا با رها کردن رشته هاي شبکه WDM50-GHz سخت و ايجاد مثلاً PDM56Gbaud بر روي رشته هاي شبکه انعطاف پذير GHzWDM80~70 با بازده اي طيفي بين 56bsHz باشد.
ترجيحاً راه حل انعطاف پذيري از اين دست، به طور معمول توسط کاربراني که شديداً داده-محور هستند و با خطوط انتقال داده پر ظرفيت خود مشغول انتقال اطلاعات بين مراکز داده خود هستند ابزار مي شود. به طور عکس حامل هاي مخابراتي با شبکه هاي بزرگ مش که سرويس معکوس ارائه مي کنند تمايل دارند از رشته هاي شبکه 50Ghz داير خود استفاده کنند.
براي منطبق کردن شرايط مرزي 50GHz مي توان يک کانال 448Gbs را به دو طول موج 224Gbs بر روي يک رشته شبکه 50GHz با استفاده از 28GBaud PDM 16QAM و با بازدهي طيفي خالص 4b/s Hz مولتي پلکس، معکوس کرد.
راه حل ديگري جايگزين کردن سيگنال 448Gbs تک حامل با يک زير حامل سرعت کمتر مولتي پلکس شده متعامد که در 32QAM يا بيشتر مدوله شده مي باشد.
اين راه حل، که از آن به عنوان WDM همدوس يا OFDM همدوس اپتيکي ياد مي شود از نظر کيفيت با مولتي پلکس معکوس wdm چگال متفاوت است چرا که مي تواند بازده طيفي مدولاسيون تک حامل را براي يک فرمت داده شده، حفظ کند. همانطور که مي توان از معماي فرستنده پيوسته در شکل 2c ملاحظه کرد، مولتي پلکس کردن الکتريکي و پيچيدگي پردازش سيگنال ديجيتال با همساني الکترواپتيکي داد و ستاد مي شوند.
در نظر داشته باشيد که درجه همساني فرستنده و گيرنده مي تواند متفاوت باشد. براي مثال همانطور که در شکل الحاقي 2c ديده مي شود فرستنده 448Gbs مي تواند از 10 زير حامل مدوله متعامد استفاده کند در حالي که گيرنده آنها را در دو گروه 5تايي آشکار مي کند، روشي که در 448Gbs اخير به نمايش درآمده است.
همانطور که در بالا بحث شد تلاش براي بالاترين سرعت بيت ممکن که هنوز بتوان آن را به صورت الکترونيکي بکار برد در عين حال که همساني اپتيکي حداقل حفظ شود، منجر به عملي ترين و سودمندترين راه حل خواهد شد. جدا از مشکلات تکنولوژيکي همراه با انتقال بازده بالاي طيفي 400G WAN حد عبور قابل دسترس از اهميت بالايي برخوردار است.
کمينه کردن تعداد باز مولدهاي عموماً گران و پر مصرف اپتو الکترونيکي بوسيله افزايش حد شفافيت اپتيکي يک سيستم، يک امر کليدي و مهم در موافقت اقتصادي آن است.
از نقطه نظر مدولاسيون، ميزان دسترسي سيستم مقدمتاً به وسيله نسبت سيگنال به نويز با فرمت مشخص (SNR) در گيرنده اي که جهت تضمين کارايي بدون خطا مورد نياز بود، مشخص مي شود.
همانطور که در شکل4 نشان داده شده است تئوري Shannon جبران بين بازده طيفي و snr لازم بر هر بيت را ديکته مي کند. مربع ها نتايج آزمايش هاي اخير براي multiGbaud qam و دواير برابر متناظر حدود نظري با در نظر گرفتن به روزترين Overhead 7%FEC هستند. در نظر داشته باشيد براي مجموعه هاي کوچک، افزايش مجموعه منجر به افزايش متعادل SNR خواهد شد. به طور مثال رفتن از QPSK به 16QAM بازده طيفي را به قيمت SNR3.8 db دو برابر مي کند.
با اين وجود دو برابر کردن بازده طيفي مجدد از رفتن از 16QAM به 256QAM منجر به جريمه بيشتر db8.8 در SNR مي شود. علاوه افزايش سيمبل ريت هر کانال و اندازه مجموعه سيمبل احتمالاًَ بر روي قدرت سيگنال اپتيکي که مي تواند در فيبرهاي نوري و بدون توليد اعواج هاي غير خطي قرار داده شود؛ تأثير گذار باشد. يک کاهش قدرت ممکن به همان ترتيب که جريمه SNR با استفاده از مجموعه سمبل بزرگتر وارد شد مي تواند وارد باجت لينک شود.
تعيين کردن اين جريمه غير خطي، به مجموعه عواملي از سيستم بستگي دارد و کلي نمي تواند داده شود. به منظور حفظ توانايي يک سيستم انتقال 100G WAN چندين ارتقا در سيستم براي بهبود SNR از دست رفته از جمله استفاده از فيبرهاي نوري کم اتلاف و همچنين به ميزان ناچيز غير خطي، تقويت Raman وFEC قويتر بايد انجام شود.
به عنوان نتيجه و در تقابل با 400G شبکه Ethernet 1ترابايتي و OTN بيشتر مواقع مطمئناً به طور مشخص نياز به واسطه هاي انتقال موازي در شبکه هاي lAN و WAN ، احساس مي شود. نمايش تجربي از زير کانالهاي نوري TB/S1.2 که از الگويي که در شکل 2c نشان داده شده، گزارش شده است.
راه حل هاي اين قبيل مسائل درخواست موازي سازي نوري قابل ملاحظه و البته درخواست براي تجمع فوتونيکي عظيم براي تجاري کردن به صورت ماندگار است. مثالهاي اخير از انتگرال گيري فوتونيکي پيوسته يک گيرنده آشکارساز مستقيم PDM-QPSK با دامنه تغييرات GB/S 6 10×45 و يک گيرنده همدوس PDM-QPSK 4×43 GB/S که بر روي InP و يک گيرنده همدوس 12GB/S نيز که بر روي Si اجرا شده بود را شامل مي شود.
در شبکه WAN رشد فزاينده فراتر از راندمان طيفي 8b/s/Hz که در بالا ذکر شده براي 400g تا 16 b/s/Hz مطمئناً بسيار پالش برانگيز است، اما اساساً غير ممکن نيست. مطالعات اخير ظرفيت SHANON از کانالهاي فيبر غير خطي حد بازده طيفي از يک قطبش مالتي پلکس شده 1000 کيلومتري که در پيوند با فيبر استاندارد است، را حدود 16b/s/Hz تخمين مي زند. اين واقعيت که تحقيقات اخير حدود اصلي SHANON را به طور چشمگيري به عدد 3 نزديک کرده است در شکل 1 نشان داده شده است. (مثلثها). انحراف در رشد ظرفيت تحقيق شده WDM (و در رشد PDM/ WDM بعد از سال 2000) از 2/5 دسي بل در سال به 0/8 دسي بل در سال تغيير پيدا کرده است اينکه انتقال شبکه WAN عاقبت مجبور خواهد بود فن آوريهاي مخابره موازي را دوباره به شکل فاصله هايي دسته بندي کند، به خوبي امکان پذير است. حال يا به صورت فيبرهاي موازي چندگانه يا در غالب ساختارهاي فيبر نوري چند حالته به منظور ضمانت مقياس بندي ظرفيتهاي شبکه در آينده، اين امر قابل اجرا خواهد بود.
واسطه ها در 400G در هر دو شبکه WAN و LAN به نظر مي رسد که گام بعدي در زمينه استاندارد سازي باشد.
با 400G برخي از موازي سازيهاي نوري ممکن است از نقطه نظر هر دو واسطه bit rate و بازده طيفي، وارد شبکه WAN شوند. موازي سازي نوري مشخص حتي با توجه به جريان پيش بيني شده در تحقيقات bit rate سريالي تا سال 2020، احتياج به واسطه هاي 1ترابايتي در شبکه هاي LANوWAN دارند. نياز براي موازي سازي نوري خواستار توسعه و گسترش به معناي واقعي کلمه در عرصه فن آوريهاي تجمعي فوتونيکي مي باشد، که اين امر به منزله مواجهه با برخي از احتياجات نمايان و آشکار براي استاندارد سازي Ethernet مي باشد که خود شامل مواردي چون امکان پذيري از نقطه نظر فني، اقتصادي و همچنين قابليت ورود به عرصه تجارت در مقياس گسترده، را دارا است.
منبع: نشريه بزرگراه رايانه، شماره 141.
در طي سال هاي گذشته پيشرفت GB/S100 در سيستم هاي طول موج از نمايش تحقيقاتي به سمت حوزه هاي آزمايشي در جهت گسترش و ايجاد جنبه تجاري تغيير مسير داده است.
در شبکه Ethernet GB/S 100 که به صورت GBE100 نشان داده مي شود، ما يک نکته کليدي در مورد اين فن آوري در نظر گرفتيم که شامل مسائل کاربردي، الزامات شبکه و آزمايشات عملي بود. در اين بخش ما تحقيقات خود را درباره تاثير عوامل مختلف بر مسائل طراحي شبکه، فن آوري دسترسي، الزامات پردازش سيگنال هاي ديجيتال و نتايج بيشتر حوزه هاي آزمايشي مطرح مي کنيم. ما همچنين روند فناوري را براي سيستم هاي نسل بعدي فراتر از GB/S100 از طريق طول موج را بررسي مي کنيم.
در ستون آغازين مقاله شبکه اي Ethernet 100 گيگابايتي و فراتر از آن، که توسط P.Winzer ارائه شده است در مورد فن آوري ميانجي (واسطه) براي شبکه Ethernet و شبکه هاي انتقال نوري فراتر از G100 با در نظر گرفتن استانداردهاي که براي G100 مطابقت دارد صحبت شده است و همچنين اين مقاله درباره تحولات فناوري که ما در 10 سال آينده انتظار آن را داريم بحث مي کند.
شبکه Ethernet فراتر از G100
چکيده
در اين مقاله گزينه هاي فن آوري واسطه براي شبکه Ethernet وOTN فراتر از G100 در پرتو استانداردهاي G100 جاري بررسي مي گردد با در نظر گرفتن اين موضوع که اين فن آوري ها احتمالاً مسيرهاي تحول در زمينه فن آوري هاي واسطه در 10 سال آينده خواهند بود.
فن آوري G100 اکنون به واقعيت تبديل شده است قدم بعدي چه خواهد بود؟
استاندارد IEEE 802-3 تنها استاندارد سازي واسطه هاي شبکه هاي محلي LAN که براي شبکه هاي G100 واسطه بودند را به پايان برده است. انجمن بين المللي مخابرات راه دور بخش استاندارد سازي مخابراتي در همکاري نزديک IEEE استانداردي به نام G.709 OTN را براي انتقال ترافيک G100 بر شبکه هاي reliable carrier grade تکميل نموده است. در حال حاضر شرکت هاي فروش اصلي لوازم جانبي کامپيوتر، محصولات G100 از مجموعه CHIPها گرفته تا واسطه هاي مشتريان، درگاه هاي مسيرياب و ابزار انتقال نوري را انتشار مي دهند. به عنوان مثال شرکت آلکاتل لوسنت (Alchatel- Lucent) اخيراً خبري مربوط به فراهم بودن جنبه هاي تجاري اولين واسطه مسيرياب g100 صنعتي و اولين واسطه انتقال g100 تک طول موجي را اعلام کرده است. داده هاي ارسالي موج مانند اصلي، حوزه هاي آزمايش end-to-end را با استفاده از الزامات g100 مدل اوليه اجرا مي کنند. گسترش تجاري خاص از فناوري g100 انتظار مي رود که در زمان باقيمانده امسال اتفاق بيافتد. در حال حاضر با واقعيت تجاري g100، انجمن اخيراً شروع به بررسي دقيق فن آوريهاي فراتر از g100 نموده است. نياز براي افزايش آهنگ ده مرتبه اي بيت (bit-rate) 10 بعدي تا حد يک ترابايت بر ثانيه به شبکه Ethernet پيش از اين به طور کاملاً واضح شنيده مي شد که با ازدياد مراکز خدمات داده هايي که رشد تصاعدي ترافيک شبکه را سالانه بين 40 تا 90 درصد، به جلو مي راند، به ويژه توسط کاربران داده محور، برابري مي کند. تاريخ هاي مورد هدف بين سالهاي 2015 و2020 براي پايان روياي استاندارد شبکه TI در نظر گرفته شده است ولو اينکه اين سؤال که «آيا مشتري مداري به اندازه کافي براي شروع تلاش در جهت استانداردسازي بزرگ خواهد بود» هنوز به طور کامل مورد بررسي قرار نگرفته است.
خلاصه اي بر مرور فن آوري G100
فن آوري هاي شبکه 100 LAN گيگابايتي
اولين آزمايشات تحقيقاتي سريالي GB/S100 نه تنها يک سال قبل از اينکه تلاشهايي در جهت مراحل پيش از استانداردسازي توسط گروه مطالعه سرعتهاي بالاتر IEEE (HSSG) آغاز شده باشد، بلکه زماني که استاندارد سازي G100 پيش از اين در جريان بود، انتشار يافت. در مقام مقايسه، تحقيقاتي که از BIT RATE (سرعت بيتي) سريالي gb/s10 استفاده مي کنند، بيش از 10 سال قبل از شروع استاندارد سازي Ethernet 10 گيگابايتي اجرا شده بود.
تا سال تقريباً 2006 استانداردهاي Ethernet و سرعت هاي واسطه اي مسيرياب افت مختصري در گسترش bit rateهاي سريالي براي شبکه هاي انتقال نوري مدار گزيني داشت. و Ethernet مي توانست به طور منطقي بر فن آوري هاي شبکه هاي نوري همزمان SONET (يادداشت مترجم: پروتکل هاي چندگانه استاندارد شده اي هستند که جريان بيت ديجيتال را بر روي فيبر نوري با استفاده از ليزرها و ديودهاي انتشار نور انتقال دهند)، داده هاي سلسله مراتبي ديجيتالي همزمان (SDH)، واسطه OTN (يادداشت مترجم: چارچوب استانداردهاي شبکه مخابراتي براي شبکه هاي نوري را گويند.) نفوذ کرده و تاثير بگذارد. اين مسئله در شکل 1 نشان داده شده است که در آن استانداردهاي Ethernet توسط دايره هاي خاکستري رنگ نشان داده شده، مناطق هاشور خورده دلالت بر دوره هاي استاندارد سازي و دايره هاي سفيد به ترتيب مسيرياب و واسطه هاي OTN , SONET, SDH را نمايش مي دهد. اين واقعيت که شبکه Ethernet با بالاترين سرعتهاي بيت OTN سريالي حرکتي سريع آغاز نموده است نه تنها خود را در استاندارد 802.3 نمايان ساخته است بلکه بطور خاص در زمينه انتقال موازي که توسط ويژگيهاي واسطه Ethernet لايه فيزيکي فعلي انجام مي گيرد، نيز پديدار گشته است، بايد اين نکته را خاطر نشان ساخت که استاندارد 802.3 که از آن صحبت به ميان آمد مقياس بندي 10برابر رايج خود را به نفع مقياس بندي 4برابر که بوسيله SOTEN/SDH/OTN مورد استفاده بود را کنار گذاشته است.
هيچ کدام از واسطه هاي ETHERNET که جديداً استاندارد شده اند از فن آوري هاي مخابره GB/S 40 يا GB/S100 سريالي استفاده نمي کنند. به ويژه Ethernet 100 گيگابايتي ، 10شبکه LAN موازي، فن آوري gb/s 10، اعمال نفوذ بر فن آوري gb/s10 يا چهار موج موازي به همراه فن آوري تکامل يافته gb/s25 بر نقاط شبکه (grid) فرکانس 800-ghz ITU-T حدود 1300 نانومتر را تعيين مي کند.
بر اساس آنچه که مربوط به گزينه هاي انتقال موازي مي شود؛، نياز براي مولتي پلکسي کردن به طور غير صحيح و راست نمودن (اريب زدايي) زير کانالها، هر دو در استاندارد 100 گيگابايتي جاگرفته است.
فن آوري شبکه WAN 100 گيگابايتي
علاوه بر مقياس بندي bit rateهاي واسطه، سيستم هاي WAN نياز دارند که به طور تصاعدي با بالا رفتن ترافيک درخواستها که بوسيله افزايش ظرفيت هر فيبر WDM ايجاد مي شوند، مطابقت داشته باشد. (مثلث در شکل1). در يک پهناي باند آمپلي فاير نوري ثابت شده، سيستم هاي انتقال wanرا وادار مي کند که به صورت ثابت بازده طيفيشان را که با نسل قبلي TRANSPONDER مقايسه مي شود، افزايش دهند، در نتيجه نياز براي تراکم بازده طيفي، خواستار مدولاسيون چند سطحي و PDM است. تحقيقات طي سالهاي اخير ما را به اين نتيجه مي رساند که کليدزني انتقال فاز يک چهارم 28-GBaud PDM با آشکار سازي همدوس، حرکتي نويد بخش در راستاي انتقال 100G WAN روي يک رشته شبکه 50- GHZ WDM از فيبرهاي استاندارد به طول تقريبي 1500 کيلومتر شامل چندين ROADM، مي باشد.
اين فرمت نتيجتاً ميدان شبکه اي اينترنتي نوري (OIF) به عنوان استاندارد عملي براي TRANSPONDER هاي (يادداست هاي مترجم: فرستنده و گيرنده هايي در ارتباطات ماهواره هاي است که يک سيگنال را از سيگنال زميني دريافت کرده و آن را روي بسامدهاي مختلفي انتقال مي دهد) شبکه wan 100گيگابايتي، اشغال شده بود. اولين محصول PDM-QPSK 100گيگابايتي تک حامل اخيراً توسط شرکت آلکاتل لوسنت منتشر شده است. برخي از 100Gهاي اوليه از تکنولوژي موجود 4040Gbs PDM1-QPSK1 با ترکيب کردن دو زير حاصل اپتيکي 20GHz منفصل 14.4GBaud PDM-QPSK به منظور ايجاد مولتي پلکس معکوس کانال 100G OTN استفاده مي کنند. با اين وجود در تاريخچه انتقال WDN1 سوق دادن سرعت بيت در هر طول موج به نرخ مطلوب در محيط کاربر، عموماً ثابت شده است که از مولتيپلکس معکوس طول موجهاي با سرعت بيت پايين اقتصادي تر است.
400 گيگابايت يا 1ترابايت، مسئله اين است
گزينه هاي فن آوري شبکه LAN400 گيگابايتي
واسطه ها براي برنامه هاي کاربردي شبکه LAN GB/S 400 مي تواند بر اساس GB/S روي parallel lanes/wavelength 16 باشد اما همچنين مي تواند از gb/s 40 ×40 بوسيله فناوري 40gb/s EMLT که از نظر تجاري به بهره برداري رسيده باشد يا حتي GB/S 8×50 به منظور بهبود شرايط پاياني، استفاده کند. گزينه هاي Gbs 100×4 که درجه همبستگي اپتيکي استفاده شده در Ethernet 100G را حفظ کند. امروز امر دشواري به نظر مي رسد. نه تنها از نظر در دسترس بودن قطعات، همچنين از نظر تولرانس پراش کروماتيک ذاتاً 16 مرتبه پايين تر از Gbs100 نسبت به Gbs 25 و همچنين الزام دريافت سيگنال اپتيکي با قدرت فوق العاده بالا. به طور کوتاه انتظار مي رود درجه همبستگي اپتيکي در مقايسه با استاندارد Ethernet 100گيگابايتي باز هم افزايش يابد که اين اجتماع چگالتر مدارهاي فونونيکي را براي تجاري کردن G400 مي طلبد.
گزينه هاي تکنولوژي 400G WAN
در عمل اين امر مستلزم حداقل ارايه هاي PDM32 مدلاسيون دامنه با اختلاف فاز 90 درجه در 45GBaud و اگر مشخصه هاي غير ايده آل مؤلفه هاي فرکانس جبران شوند RODAM تا اندازه PDM256-QAM با GBaud28 مي باشد.
(orthogonal frequency diviion multiplexing)
OFDM هاي الکترونيکي نيز مي توانند به جاي مدلاسيون تک حامل، همين طور که در شکل 2b,2a نشان داده شده استفاده شوند. اما OFDM نوعاً قدري از فرمت تک حامل متناظر به دليل پيشوند چرخه اي، بايلوت و سر حد سمبول آموزشي از بازده طيفي کمتري برخوردار هستند. پيچيدگي پردازش سيگنال ديجيتالي هر دو گزينه تقريباً برابر است.
با در نظر گرفتن QAM پر سرعت تک حاملي که اخيراً گزارش داده شده اند (شکل3) تجاري کردن QAM256,QAM32 در 448Gb/s براي هر دو مدولاسيون تک حامل و OFDM پردازش شده الکترونيکي در آينده نزديک به نظر دور از دسترس مي باشد. يک راه حل مي تواند چشم پوشي از بازدهي طيفي بالا با رها کردن رشته هاي شبکه WDM50-GHz سخت و ايجاد مثلاً PDM56Gbaud بر روي رشته هاي شبکه انعطاف پذير GHzWDM80~70 با بازده اي طيفي بين 56bsHz باشد.
ترجيحاً راه حل انعطاف پذيري از اين دست، به طور معمول توسط کاربراني که شديداً داده-محور هستند و با خطوط انتقال داده پر ظرفيت خود مشغول انتقال اطلاعات بين مراکز داده خود هستند ابزار مي شود. به طور عکس حامل هاي مخابراتي با شبکه هاي بزرگ مش که سرويس معکوس ارائه مي کنند تمايل دارند از رشته هاي شبکه 50Ghz داير خود استفاده کنند.
براي منطبق کردن شرايط مرزي 50GHz مي توان يک کانال 448Gbs را به دو طول موج 224Gbs بر روي يک رشته شبکه 50GHz با استفاده از 28GBaud PDM 16QAM و با بازدهي طيفي خالص 4b/s Hz مولتي پلکس، معکوس کرد.
راه حل ديگري جايگزين کردن سيگنال 448Gbs تک حامل با يک زير حامل سرعت کمتر مولتي پلکس شده متعامد که در 32QAM يا بيشتر مدوله شده مي باشد.
اين راه حل، که از آن به عنوان WDM همدوس يا OFDM همدوس اپتيکي ياد مي شود از نظر کيفيت با مولتي پلکس معکوس wdm چگال متفاوت است چرا که مي تواند بازده طيفي مدولاسيون تک حامل را براي يک فرمت داده شده، حفظ کند. همانطور که مي توان از معماي فرستنده پيوسته در شکل 2c ملاحظه کرد، مولتي پلکس کردن الکتريکي و پيچيدگي پردازش سيگنال ديجيتال با همساني الکترواپتيکي داد و ستاد مي شوند.
در نظر داشته باشيد که درجه همساني فرستنده و گيرنده مي تواند متفاوت باشد. براي مثال همانطور که در شکل الحاقي 2c ديده مي شود فرستنده 448Gbs مي تواند از 10 زير حامل مدوله متعامد استفاده کند در حالي که گيرنده آنها را در دو گروه 5تايي آشکار مي کند، روشي که در 448Gbs اخير به نمايش درآمده است.
همانطور که در بالا بحث شد تلاش براي بالاترين سرعت بيت ممکن که هنوز بتوان آن را به صورت الکترونيکي بکار برد در عين حال که همساني اپتيکي حداقل حفظ شود، منجر به عملي ترين و سودمندترين راه حل خواهد شد. جدا از مشکلات تکنولوژيکي همراه با انتقال بازده بالاي طيفي 400G WAN حد عبور قابل دسترس از اهميت بالايي برخوردار است.
کمينه کردن تعداد باز مولدهاي عموماً گران و پر مصرف اپتو الکترونيکي بوسيله افزايش حد شفافيت اپتيکي يک سيستم، يک امر کليدي و مهم در موافقت اقتصادي آن است.
از نقطه نظر مدولاسيون، ميزان دسترسي سيستم مقدمتاً به وسيله نسبت سيگنال به نويز با فرمت مشخص (SNR) در گيرنده اي که جهت تضمين کارايي بدون خطا مورد نياز بود، مشخص مي شود.
همانطور که در شکل4 نشان داده شده است تئوري Shannon جبران بين بازده طيفي و snr لازم بر هر بيت را ديکته مي کند. مربع ها نتايج آزمايش هاي اخير براي multiGbaud qam و دواير برابر متناظر حدود نظري با در نظر گرفتن به روزترين Overhead 7%FEC هستند. در نظر داشته باشيد براي مجموعه هاي کوچک، افزايش مجموعه منجر به افزايش متعادل SNR خواهد شد. به طور مثال رفتن از QPSK به 16QAM بازده طيفي را به قيمت SNR3.8 db دو برابر مي کند.
با اين وجود دو برابر کردن بازده طيفي مجدد از رفتن از 16QAM به 256QAM منجر به جريمه بيشتر db8.8 در SNR مي شود. علاوه افزايش سيمبل ريت هر کانال و اندازه مجموعه سيمبل احتمالاًَ بر روي قدرت سيگنال اپتيکي که مي تواند در فيبرهاي نوري و بدون توليد اعواج هاي غير خطي قرار داده شود؛ تأثير گذار باشد. يک کاهش قدرت ممکن به همان ترتيب که جريمه SNR با استفاده از مجموعه سمبل بزرگتر وارد شد مي تواند وارد باجت لينک شود.
تعيين کردن اين جريمه غير خطي، به مجموعه عواملي از سيستم بستگي دارد و کلي نمي تواند داده شود. به منظور حفظ توانايي يک سيستم انتقال 100G WAN چندين ارتقا در سيستم براي بهبود SNR از دست رفته از جمله استفاده از فيبرهاي نوري کم اتلاف و همچنين به ميزان ناچيز غير خطي، تقويت Raman وFEC قويتر بايد انجام شود.
گزينه هاي فن آوري 1ترابايتي
به عنوان نتيجه و در تقابل با 400G شبکه Ethernet 1ترابايتي و OTN بيشتر مواقع مطمئناً به طور مشخص نياز به واسطه هاي انتقال موازي در شبکه هاي lAN و WAN ، احساس مي شود. نمايش تجربي از زير کانالهاي نوري TB/S1.2 که از الگويي که در شکل 2c نشان داده شده، گزارش شده است.
راه حل هاي اين قبيل مسائل درخواست موازي سازي نوري قابل ملاحظه و البته درخواست براي تجمع فوتونيکي عظيم براي تجاري کردن به صورت ماندگار است. مثالهاي اخير از انتگرال گيري فوتونيکي پيوسته يک گيرنده آشکارساز مستقيم PDM-QPSK با دامنه تغييرات GB/S 6 10×45 و يک گيرنده همدوس PDM-QPSK 4×43 GB/S که بر روي InP و يک گيرنده همدوس 12GB/S نيز که بر روي Si اجرا شده بود را شامل مي شود.
در شبکه WAN رشد فزاينده فراتر از راندمان طيفي 8b/s/Hz که در بالا ذکر شده براي 400g تا 16 b/s/Hz مطمئناً بسيار پالش برانگيز است، اما اساساً غير ممکن نيست. مطالعات اخير ظرفيت SHANON از کانالهاي فيبر غير خطي حد بازده طيفي از يک قطبش مالتي پلکس شده 1000 کيلومتري که در پيوند با فيبر استاندارد است، را حدود 16b/s/Hz تخمين مي زند. اين واقعيت که تحقيقات اخير حدود اصلي SHANON را به طور چشمگيري به عدد 3 نزديک کرده است در شکل 1 نشان داده شده است. (مثلثها). انحراف در رشد ظرفيت تحقيق شده WDM (و در رشد PDM/ WDM بعد از سال 2000) از 2/5 دسي بل در سال به 0/8 دسي بل در سال تغيير پيدا کرده است اينکه انتقال شبکه WAN عاقبت مجبور خواهد بود فن آوريهاي مخابره موازي را دوباره به شکل فاصله هايي دسته بندي کند، به خوبي امکان پذير است. حال يا به صورت فيبرهاي موازي چندگانه يا در غالب ساختارهاي فيبر نوري چند حالته به منظور ضمانت مقياس بندي ظرفيتهاي شبکه در آينده، اين امر قابل اجرا خواهد بود.
نتيجه گيري
واسطه ها در 400G در هر دو شبکه WAN و LAN به نظر مي رسد که گام بعدي در زمينه استاندارد سازي باشد.
با 400G برخي از موازي سازيهاي نوري ممکن است از نقطه نظر هر دو واسطه bit rate و بازده طيفي، وارد شبکه WAN شوند. موازي سازي نوري مشخص حتي با توجه به جريان پيش بيني شده در تحقيقات bit rate سريالي تا سال 2020، احتياج به واسطه هاي 1ترابايتي در شبکه هاي LANوWAN دارند. نياز براي موازي سازي نوري خواستار توسعه و گسترش به معناي واقعي کلمه در عرصه فن آوريهاي تجمعي فوتونيکي مي باشد، که اين امر به منزله مواجهه با برخي از احتياجات نمايان و آشکار براي استاندارد سازي Ethernet مي باشد که خود شامل مواردي چون امکان پذيري از نقطه نظر فني، اقتصادي و همچنين قابليت ورود به عرصه تجارت در مقياس گسترده، را دارا است.
منبع: نشريه بزرگراه رايانه، شماره 141.
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}