10 کاربرد برتر سوئیچ های نوری در شبکه های فیبر مدرن

 

 

آنچه در ادامه می آید به معنای جامع نیست. برخی از برنامه ها شایسته صفحات هستند. دیگران، صادقانه بگویم، یک پاراگراف دریافت می کنند زیرا این تنها چیزی است که آنها نیاز دارند.

 

---

1. ارتباطات بین مرکز داده های فرامقیاس

این جایی است که پول است. جدی

هنگامی که از تسهیلاتی با 50000 سرور استفاده می‌کنید که روزانه پتابایت‌ها ترافیک{2}}غربی را تولید می‌کنند، هر میلی‌ثانیه تأخیر به دلار واقعی از دست می‌رود. سوئیچ‌های بسته سنتی برای ترافیک شدید{4}}درخواست‌های کوتاه و پاسخ‌های سریع خوب کار می‌کنند. اما در مورد آن مهاجرت های عظیم VM چطور؟ آیا تکرار پایگاه داده چند-ترابایتی بین مناطق در دسترس در ساعت 3 صبح اجرا می شود؟

اینجاست که همه-سوئیچینگ مدار نوری وارد می شود. شرکت‌هایی مانند گوگل و مایکروسافت سال‌هاست که سوئیچ‌های مدار نوری را در کنار سوئیچ‌های ToR معمولی خود به کار می‌گیرند. اگر به آن فکر کنید، معماری ظریف است: اجازه دهید سوئیچ‌های بسته جریان‌های موش‌ها را کنترل کنند (تراکنش‌های کوچک و مکرر)، جریان‌های فیل (انتقالات پایدار، پهنای باند-گرسنه) را از طریق مسیرهای نوری اختصاصی که به طور کامل لایه‌های سوئیچینگ الکتریکی متراکم را دور می‌زنند، هدایت کنند.

اعداد قانع کننده هستند. یک سوئیچ ماتریس نوری 384×384 شاید 50 وات مصرف کند. سعی کنید این کار را با سوئیچ های بسته الکتریکی با 400G در هر پورت انجام دهید-به یک نیروگاه کوچک نیاز دارید.

چیزی که به اندازه کافی مورد بحث قرار نمی گیرد: قابلیت سوئیچینگ فیبر تاریک. برخی از پلتفرم ها می توانند اتصالات نوری را بدون هیچ نوری روی فیبر برقرار کرده و نگه دارند. تا زمانی که بخواهید مسیرهای بازیابی بلایای طبیعی را در محوطه دانشگاهی که هنوز نیمی از پیوندها هنوز روشن نشده اند، از قبل فراهم کنید، یک ویژگی جزئی به نظر می رسد.

 

---

2. مسیریابی بر اساس طول موج ROADM{1}

ROADM ها همه چیز را برای شبکه های مترو و مسافت طولانی- تغییر دادند. به یاد دارم وقتی ارائه یک سرویس طول موج جدید به معنای اعزام یک تکنسین با یک سیم پچ فیبر بود. حالا؟

سوئیچ انتخابی طول موج در قلب این سیستم ها قرار دارد. هر WSS می تواند به طور مستقل هر یک از 96 کانال DWDM (یا بیشتر، با پیاده سازی شبکه انعطاف پذیر) را به هر جهت خروجی هدایت کند. صنعت بی رنگ، بدون جهت، بی بحث{4}}عاشق کلمات اختصاری خود است. CDC-ROADM به این معنی است که شما بالاخره از محدودیت‌هایی که برنامه‌ریزی طول موج را در معماری‌های-فیلتر ثابت به چنین کابوس تبدیل کرده بود، فرار کرده‌اید.

اما این چیزی است که فروشندگان در بروشورهای براق خود بر آن تاکید نمی کنند: جریمه های OSNR آبشاری. هشت گره ROADM را به هم متصل کنید و ناگهان بودجه پیوند شما بسیار متفاوت به نظر می رسد. انتشار خود به خودی تقویت شده تجمع می یابد. ترکیب اثرات باریک کننده فیلتر. طراحی واقعی شبکه به صفحات گسترده ای نیاز دارد که چشمان شما را آب کند.

با این حال، برای اپراتورهایی که هزاران سرویس طول موج را در سراسر ستون فقرات قاره مدیریت می کنند، به سادگی هیچ جایگزینی وجود ندارد. وصله نوری دستی در آن مقیاس به ارتش نیاز دارد.

 

---

3. سوئیچینگ حفاظتی و انعطاف پذیری شبکه

برش فیبر اتفاق می افتد. بکهوها روشی طبیعی برای یادآوری به مهندسان مخابرات در مورد افزونگی هستند.

سوئیچ های حفاظتی خط نوری (OLP) برق دریافتی را به طور مداوم نظارت می کنند. هنگامی که مسیر کار شکست می‌خورد-و در نهایت-در کمتر از 50 میلی‌ثانیه به فیبر حفاظتی تغییر می‌کند. برخی از پیاده‌سازی‌ها به زیر 10 میلی‌ثانیه می‌رسند، که برای ترافیک همزمانی که نمی‌تواند وقفه‌های طولانی را تحمل کند، بسیار مهم است.

پیکربندی 1+1 ترافیک را همزمان به هر دو مسیر ارسال می کند. گیرنده به سادگی هر سیگنالی را انتخاب می کند که سالم تر به نظر برسد. اتلاف پهنای باند؟ مطمئنا اما برای مدارهایی که داده‌های معاملات مالی را حمل می‌کنند، جایی که قطعی ۱۰۰ میلی‌ثانیه می‌تواند میلیون‌ها هزینه داشته باشد، هیچ‌کس از ناکارآمدی شکایت نمی‌کند.

طرح های حفاظتی 1:N جالب تر می شوند. یک مسیر آماده به کار از چندین کانال کاری محافظت می کند. سوئیچ نوری باید تشخیص دهد که کدام کانال شکست خورده و تنها آن طول موج خاص را به مسیر پشتیبان هدایت کند. این نیاز به یکپارچگی محکم بین پارچه سوئیچینگ و زیرسیستم نظارت بر توان نوری دارد.

 

 

---

4. تست و اندازه گیری خودکار

در اینجا برنامه ای وجود دارد که زیر رادار پرواز می کند اما کل صنایع را در حال اجرا نگه می دارد.

یک خط تولید فرستنده گیرنده را در نظر بگیرید که 10000 دستگاه در ماه تولید می کند. هر دستگاه به تأیید عملکرد نوری نیاز دارد: از دست دادن درج، کاهش بازگشت، نسبت خاموشی، کیفیت نمودار چشم. اتصال دستی و قطع اتصالات فیبر برای هر چرخه آزمایش؟ در مقیاس غیرممکن است.

ماتریس های سوئیچ نوری-اغلب 1×N یا پیکربندی های کوچک M×N-اتصال بین دستگاه های تحت آزمایش و تجهیزات اندازه گیری را خودکار می کنند. یک سوئیچ 1×48 به یک آنالایزر طیف نوری منفرد اجازه می دهد تا 48 پورت آزمایشی مختلف را بدون دخالت انسان به صورت متوالی مشخص کند.

سوئیچ های مورد استفاده در اینجا نیاز به تکرار استثنایی دارند. هنگامی که در حال اندازه گیری تلفات درج با دقت 0.01 دسی بل هستید، سوئیچ شما بهتر است تغییرپذیری بین چرخه های اتصال ایجاد نکند. پلتفرم‌های مبتنی بر MEMS{3}}در این فضا تسلط دارند، دقیقاً به این دلیل که قابلیت تکرار مکانیکی آن‌ها از آنچه جایگزین‌های ترمو-نوری یا الکترو{5}}نوری می‌توانند ارائه دهند، بیشتر است.

 

---

5. شبکه های ارتباطی کوانتومی

اعتراف می کنم که در ابتدا در مورد این موضوع شک داشتم. توزیع کلید کوانتومی مانند پیشنهادهای بودجه بخش فیزیک به نظر می رسید که به عنوان مهندسی عملی طراحی شده بودند.

اما این فناوری سریعتر از حد انتظار به بلوغ رسیده است. و سوئیچ های نوری زیرساخت ضروری هستند.

سیستم‌های QKD فوتون‌های منفرد-یا جفت فوتون‌های درهم تنیده-که با حالت‌های کوانتومی کدگذاری شده‌اند را منتقل می‌کنند که رمزگذاری تئوری شکست ناپذیر را امکان‌پذیر می‌سازد. نکته مهم: این سیگنال های تک-فوتونی فوق العاده شکننده هستند. هر مولفه ای که باعث تلفات بیش از حد شود یا حالت پلاریزاسیون را مختل کند، نرخ خطای بیت کوانتومی را به سطوح غیرقابل استفاده کاهش می دهد.

سوئیچ‌های نوری نگهدارنده قطبش{0}}جایگاه خود را در اینجا پیدا کرده‌اند. این دستگاه های تخصصی حالت پلاریزاسیون نور عبوری را تا نسبت خاموشی بهتر از 20 دسی بل حفظ می کنند. سوئیچ های استاندارد پلاریزاسیون را به هم می ریزند و اطلاعات کوانتومی را به طور کامل از بین می برند.

تظاهرات اخیر حتی نشان داده است که انتقال از راه دور کوانتومی با ترافیک کلاسیک اینترنت در زیرساخت فیبر مشترک وجود دارد. سوئیچ‌های نوری که انتخاب کانال و مسیریابی را برای این شبکه‌های ترکیبی امکان‌پذیر می‌کنند، مهندسی واقعاً جدید را نشان می‌دهند.

 

---

6. سیستم های سنجش فیبر نوری

این یکی وقتی برای اولین بار با آن روبرو شدم من را شگفت زده کرد.

سیستم های سنجش صوتی توزیع شده (DAS) از فیبر مخابراتی معمولی به عنوان مجموعه ای پیوسته از حسگرهای ارتعاش استفاده می کنند. این سیستم ها با تجزیه و تحلیل نور پس پراکنده شده از پالس های لیزر، اختلالات را در طول کابل های ده ها کیلومتر تشخیص می دهند. تشخیص نشت خط لوله امنیت محیطی حتی مانیتورینگ لرزه ای.

سوئیچ های نوری کجا قرار می گیرند؟ مالتی پلکس کردن.

یک واحد بازپرس (گران قیمت) می تواند چندین مسیر فیبر را با جابجایی متوالی بین آنها نظارت کند. سوئیچ بازپرس را به فیبر A متصل می کند، داده ها را برای 30 ثانیه به دست می آورد، به فیبر B سوئیچ می کند، تکرار می کند. زمان واقعی نیست-در هر فیبر منفرد، اما هزینه بسیار بیشتر-از استقرار بازجوهای جداگانه در همه جا مؤثر است.

الزامات سرعت سوئیچینگ در اینجا به آرامی{0}}ثانیه بین انتقال‌ها کاملاً قابل قبول است. آنچه اهمیت دارد-افت بسیار کم درج و پایداری استثنایی درازمدت-است. این تاسیسات حسگر سال ها بدون مراقبت کار می کنند.

 

---

7. شبکه های دولتی و نظامی امن

در مورد استقرارهای خاص نمی توانم چیز زیادی بگویم. طبقه بندی شده، بدیهی است.

اما اصول کلی دانش عمومی است. سوئیچینگ نوری در حوزه فوتونیک از انتشارات الکترومغناطیسی ذاتی پردازش الکترونیکی جلوگیری می کند. سیگنال‌ها به صورت سبک باقی می‌مانند-بدون نشت RF، عدم حساسیت به EMP، بدون فرصتی برای استراق سمع الکترونیکی تجهیزات پردازشی.

برخی از معماری‌های سوئیچ نوری از آنچه در اصطلاحات تدارکات دفاعی «امنیت خروجی» نامیده می‌شود، پشتیبانی می‌کنند. پارچه سوئیچینگ خود هیچ امضای الکترونیکی قابل تشخیصی تولید نمی کند که بتواند الگوهای ترافیکی را برای دشمنان آشکار کند.

مشخصات کم تداخل در اینجا بیشتر از کاربردهای تجاری اهمیت دارد. هنگامی که جداسازی -60 دسی بل نیاز پایه شما به جای معیار عملکرد استثنایی شما باشد، لیست فروشنده بسیار کوتاه می شود.

 

---

8. پخش و تولید رسانه

تأسیسات تولید تلویزیون با شور و شوق بیشتری از آنچه شما انتظار دارید، سوئیچ نوری را پذیرفته اند.

مراکز پخش مدرن ده‌ها-گاهی اوقات صدها-فید ویدیو را بین استودیوها، اتاق‌های کنترل و تجهیزات انتقال هدایت می‌کنند. ویدیوهای 4K فشرده نشده تقریباً 12 گیگابیت در ثانیه در هر جریان نیاز دارند. پنجاه نفر از آن ها را از طریق یک تسهیلات هدایت کنید و ناگهان 600 گیگابیت بر ثانیه به طور مداوم در حال حرکت هستید.

سوئیچ‌های ماتریس نوری اتصال غیرمسدود کننده بین همه منابع و مقصدها را- فراهم می‌کنند. دوربین 17 به اتاق کنترل B؟ انجام شد. سرور پخش بایگانی در Master Control؟ فوراً تعویض شد.

شفافیت سوئیچینگ نوری در اینجا نیز ارزشمند است. این امکانات اغلب فرمت‌های ترکیبی-فیدهای آزمایشی 1080p، 4K، 8K را بر روی یک زیرساخت اجرا می‌کنند. سوئیچ اهمیتی نمی دهد فوتون ها فوتون هستند.

 

---

9. زیرساخت آزمایشگاه تحقیقاتی

دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های ملی نیازمندی‌های غیرعادی هستند که تجهیزات شبکه تجاری به ندرت به آنها رسیدگی می‌کنند.

یک مرکز تحقیقاتی فوتونیک ممکن است نیاز به پیکربندی مجدد تنظیمات آزمایشی چندین بار در روز داشته باشد. پیکربندی امروز طراحی جدید تقویت کننده را آزمایش می کند. فردا، همان زیرساخت فیبر از یک آزمایش انتقال منسجم پشتیبانی می کند. هفته آینده، کسی باید دسته ای از نمونه های فیبر را مشخص کند.

 

 

---

10. نرم افزار{1}}ادغام شبکه تعریف شده

SDN قرار بود همه چیز را متحول کند. واقعیت بیشتر افزایشی بوده است، اما سوئیچ های نوری واقعاً از این روند سود برده اند.

تجهیزات نوری سنتی به سیستم‌های مدیریت اختصاصی و واسط‌های کنترلی{0} ویژه فروشنده نیاز دارند. ادغام تجهیزات از تولید کنندگان مختلف به معنای ترجمه های دردناک پروتکل و آزمایش قابلیت همکاری بی پایان است.

قرارداد چند منبع OpenROADM این مورد را برای تجهیزات ROADM تغییر داد. مدل‌های استاندارد یانگ و رابط‌های NETCONF/RESTCONF به این معناست که کنترل‌کننده SDN حامل می‌تواند خدمات طول موجی را در یک شبکه نوری چند فروشنده از یک پلتفرم یکپارچه ارائه کند.

برای سوئیچ‌های نوری کوچکتر{0}}پیکربندی‌های 1×N و ماتریس مورد استفاده در سیستم‌های آزمایشی و برنامه‌های لبه{2}}تلاش‌های استانداردسازی مشابه عقب مانده است. اما جهت آن مشخص است. اپراتورها خواهان کنترل انتزاعی و قابل برنامه ریزی زیرساخت نوری خود هستند. سوئیچ‌هایی که فقط پورت‌های سریال RS-232 و مجموعه‌های فرمان اختصاصی را نشان می‌دهند، به‌طور فزاینده‌ای خود را از فهرست‌های کوتاه تدارکات حذف می‌کنند.

 

---

جایی که همه چیز در حال حرکت است

ادغام فوتونیک سیلیکون این دستگاه ها را بیشتر کوچک می کند. یک ماتریس سوئیچ 64×64 بر روی یک تراشه واحد-که قبلاً در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی نشان داده شده است-می‌تواند آنچه را که در تجهیزات شبکه فشرده ممکن است تغییر دهد.

مصرف برق مدام در حال کاهش است. تحریک الکترواستاتیک در دستگاه های MEMS به نانووات در هر عنصر سوئیچینگ در طول حالت پایدار نیاز دارد. آن را با میلی وات مصرف شده توسط شیفترهای فاز نوری ترمو{2}} مقایسه کنید و مزیت در مقیاس آشکار می شود.

سرعت سوئیچینگ به محدودیت های تعیین شده توسط فیزیک و نه مهندسی نزدیک می شود. سوئیچینگ نوری زیر- نانوثانیه نشان داده شده است، اگرچه محصولات تجاری هنوز با نتایج آزمایشگاهی مطابقت نکرده اند.

برنامه ها نیز تکامل خواهند یافت. اتصالات محاسباتی نوری پردازشگرهای فوتونیک نورومورفیک هر آنچه که در پردازش اطلاعات کوانتومی پیش می آید. قابلیت اساسی-کنترل جایی که نور به سرعت و با کمترین تلفات می‌رود{5}}بدون در نظر گرفتن آنچه آن نور حمل می‌کند، ارزشمند باقی می‌ماند.