معرفی شبکه فیبر نوری

مقدمه: فیبر نوری چیست؟

با گسترش روزافزون فناوری‌های دیجیتال و افزایش نیاز به ارتباطات پرسرعت و پایدار، زیرساخت‌های مخابراتی نقش کلیدی‌تری نسبت به گذشته ایفا می‌کنند. در این میان، شبکه فیبر نوری به‌ عنوان یکی از پیشرفته‌ترین و کارآمدترین بسترهای انتقال داده شناخته می‌شود. این شبکه توانسته است تحولی اساسی در حوزه ارتباطات، اینترنت و خدمات آنلاین ایجاد کند. سرعت بالا، پهنای باند گسترده و کیفیت انتقال اطلاعات، از مهم‌ترین ویژگی‌هایی هستند که فیبر نوری را به گزینه‌ای ایده‌آل برای دنیای امروز تبدیل کرده‌اند.

شبکه‌های فیبر نوری نه‌تنها پاسخگوی نیازهای فعلی کاربران خانگی و سازمانی هستند، بلکه زیرساختی مطمئن برای توسعه فناوری‌های آینده محسوب می‌شوند. از این رو شناخت عملکرد، مزایا و کاربردهای این شبکه می‌تواند دید بهتری نسبت به اهمیت آن در زندگی روزمره و پیشرفت فناوری فراهم کند.

اجزاء اصلی یک شبکه فیبر نوری

1- فیبر نوری:

فیبر نوری (Optical Fiber) نوعی کابل انتقال داده است که اطلاعات را به‌ جای سیگنال‌های الکتریکی، از طریق پرتوهای نور درون رشته‌های بسیار نازک شیشه‌ای یا پلاستیکی منتقل می‌کند. سرعت انتقال داده در فیبر نوری بسیار بیشتر از کابل‌های مسی است و افت سیگنال بسیار کمتری دارد.

یک کابل فیبر نوری از چند قسمت تشکیل شده است:

• هسته (Core): قسمت مرکزی فیبر است که نور در آن حرکت می‌کند. معمولاً از شیشه با خلوص بالا ساخته می‌شود.
• غلاف یا پوشش اپتیکی (Cladding): لایه‌ای است که هسته را احاطه کرده و باعث بازتاب داخلی کامل نور درون هسته می‌شود.
• پوشش محافظ (Coating / Buffer): لایه‌ای پلاستیکی برای محافظت مکانیکی فیبر در برابر رطوبت و آسیب فیزیکی.

 

2- کانکتورهای فیبر نوری (Connectors): 

کانکتور یا اتصالگر فیبر نوری، قطعات انتهایی یک فیبر نوری هستند که فیبرها را به تجهیزات دیگر شبکه متصل می‌کنند. این کانکتورها توانایی اتصال به تجهیزات مخابراتی از قبیل کابل‌ها، دستگاه گیرنده و یا یک منبع نوری را دارند. از انواع رایج کانکتورها می‌توان به کانکتورهای SC، LC، ST، FC اشاره نمود.

 

3- پچکورد و پیگتیل (Patch Cord & Pigtail)

• • پچکورد: یک قطعه از کابل فیبر نوری است که در هر دو سر آن کانکتور قرار دارد. از پچکورد برای اتصال ماژول‌ها به یکدیگر و یا اتصال ماژول به تجهیزات دیگر استفاده نمود. در کل پچورد به عنوان یک رابط بین دو قطعه از تجهیزات موجود در مسیر انتقال داده‌ها عمل می‌کند.
  • پیگ‌تیل: یک کابل فیبر نوری با طول کوتاه است که به یک انتهای آن کانکتور فیبر نوری متصل است و انتهای دیگر آن نیز آزاد است. انتهای آزاد پیگتیل را می‌توان با استفاده از فیوژن به کابل‌ها و دیگر تجهیزات متصل نمود.

 

4- جعبه‌ها و پنل‌ها (ODF / Enclosure)

• • فریم توزیع نوری یا ODF (Optical Distribution Frame): یک فریم یا رک تخصصی است که با تجمیع، مدیریت و توزیع تعداد زیادی فیبر نوری، نقش مهمی در مراکز اصلی شبکه فیبر نوری ایفا می‌کند. فریم توزیع فیبر نوری با برخورداری از پنل‌ها و شلف‌ها می‌تواند به سازمان‌دهی فیبرها و حفاظت و نگهداری از اتصالات آن‌ها کمک کند. با این فریم‌ها می‌توان حجم بالای پچ‌کوردها و فیبرها را مدیریت کرد و به شما امکان شماره‌گذاری، مستندسازی و مدیریت حرفه‌ای آ‌ن‌ها را می‌دهد. فریم ODF در داخل رک یا دیتاسنتر نصب شده و در مراکز مخابراتی، دیتاسنترها و اتاق‌های سرور استفاده می‌شود. بنابراین برای تست، تغییر مسیر و نگهداری به آسانی در دسترس هستند. با این اوصاف می‌توان گفت ODF قلب مدیریت مرکزی فیبر نوری در شبکه‌های بزرگ است.
    • پچ پنل (Patch Panel): پچ پنل فیبر نوری در دسته‌ی ODFها قرار گرفته و رایج‌ترین و جمع‌وجورترین شکل ODF محسوب می‌شود که محل نصب آن معمولاً داخل رک است. نقش اصلی آن‌ها مدیریت و توزیع حرفه‌ای فیبر در محیط‌های داخلی شبکه است.

• • محفظه‌ فیبر نوری Fiber Enclosure: جعبه‌های فیبر نوری محفظه‌هایی هستند که برای حفاظت، مدیریت و اتصال فیبرها در نقاط مختلف شبکه استفاده می‌شوند. این جعبه‌ها معمولاً در مسیر کابل‌کشی و نزدیک به محل مصرف نصب می‌شوند. این جعبه‌ها مناسب برای اتصال، اسپلایس و انشعاب فیبر نوری و قابل نصب در محیط‌های داخلی یا بیرونی هستند. در شبکه‌های FTTH، FTTB، مخابرات شهری و صنعتی از آن‌ها استفاده شده و در برابر رطوبت، گردوغبار و آسیب فیزیکی به عنوان محافظ عمل می‌کنند. به زبان ساده می‌توان گفت Fiber Enclosure بیشتر نقش جعبه محافظ و محل اتصال فیبر در مسیر شبکه را بر عهده دارد.
    • اسپلایس و اسپلایس باکس (Splice & Splice Box): زیرمجموعه‌ی Fiber Enclosure‌ها بوده و محل نگهداری فیبرهایی است که از طریق فیوژن به یکدیگر متصل شده‌اند. نقش این جعبه‌ها انجام اسپلایس (جوش) فیبر نوری، محافظت از محل جوش در برابر رطوبت، گردوغبار و تنش مکانیکی است. از آن‌ها در مسیرهای انتقال، منهول‌ها، تیرهای برق و فضاهای بیرونی استفاده می‌شود.

 

5- اسپلیترها (Splitters):

اسپلیترها یا تقسیم کننده‌های فیبر نوری همانطور که از نامشان پیداست وظیفه تقسیم سیگنال‌های نوری به چندین سیگنال را بر عهده دارند. این تقسیم کننده‌ها به دلیل این که نیازی به برق برای انجام کار خود ندارند در دسته تجهیزات غیرفعال شبکه قرار می‌گیرند. اسپیلترها معمولاً در شبکه‌ها، مخابرات و سیستم‌های صوتی و تصویری استفاده می‌شود. اسپیلیترها به 3 دسته فعال، غیر فعال و فرکانسی تقسیم بندی می‌شوند. اسپیلترهای فعال دارای تقویت‌کننده بوده و با برق کار می‌کنند تا افت سیگنال جبران شود. اسپلیتر غیرفعال (Passive) بدون نیاز به برق، سیگنال را تقسیم می‌کند ولی باعث افت توان می‌شود. اسپلیتر فرکانسی سیگنال‌ها را بر اساس فرکانس (مثل تلفن و اینترنت ADSL) جدا می‌کند. اسپیلیترهای غیرفعال که در شبکه فیبر نوری استفاده می‌شوند در دو دسته قرار می‌گیرند که از نظر ساختار و کاربرد با هم تفاوت دارند:

• • اسپلیتر FBT (Fused Biconical Taper): با ذوب و کشش فیبر ساخته می‌شود، معمولاً برای تعداد خروجی کم (مثل 1×2 یا 1×4) استفاده می‌شود و افت سیگنال آن در خروجی‌ها یکنواختی کمتری دارد.
  • اسپلیتر PLC (Planar Lightwave Circuit): مبتنی بر مدار نوری مجتمع است، یکنواختی توان خروجی بهتر، پایداری بالاتر و مناسب تقسیم‌های زیاد (مثل 1×8، 1×16، 1×32 و بیشتر) است. به‌طور خلاصه: هر دو Passive هستند، اما FBT ساده‌تر و ارزان‌تر و PLC دقیق‌تر و مناسب شبکه‌های FTTH است.

 

6- کوپلر، آداپتور و اتنویتور

• • آداپتور (Adapter): آداپتور قطعه‌ای مکانیکی است که دو کانکتور فیبر نوری هم‌نوع (مثل SC به SC یا LC به LC) را به‌صورت دقیق و هم‌راستا به هم وصل می‌کند و در پچ‌پنل‌ها و باکس‌های نوری کاربرد دارد.
  • کوپلر (Coupler): کوپلر قطعه‌ای نوری است که دو یا چند فیبر را به هم متصل یا سیگنال نوری را ترکیب/تقسیم می‌کند. معمولاً برای مانیتورینگ توان یا انشعاب‌گیری خاص استفاده می‌شود و می‌تواند نسبت‌های متفاوتی مثل 90/10 داشته باشد.
  • اتنویتور (Attenuator): اتنویتور وسیله‌ای است برای کاهش کنترل‌شده توان نوری تا از اشباع گیرنده جلوگیری شود. به‌صورت ثابت یا متغیر و با مقادیر مشخص مثل 5dB، 10dB و… استفاده می‌شود.

 

7- مفصل‌بندی و تجهیزات فیوژن

• • مفصل فیبر (Splice Closure): محفظه‌ای محافظ است که محل اتصال (اسپلایس) فیبرها را در برابر رطوبت، گردوغبار و فشار مکانیکی محافظت می‌کند. در شبکه‌های هوایی، دفنی و کانالی استفاده می‌شود.
  • فیوژن اسپلایسر (Fusion Splicer): دستگاهی است که با هم‌راستاسازی دقیق و جوش الکتریکی (قوس)، دو فیبر نوری را به‌صورت دائمی به هم متصل می‌کند و کمترین افت سیگنال را ایجاد می‌کند.
  • کلیور (Fiber Cleaver): ابزاری است برای برش دقیق و عمود فیبر نوری پیش از انجام فیوژن، که کیفیت برش آن تأثیر مستقیم بر افت اسپلایس دارد.

 

8- تجهیزات فعال شبکه (Active Components):

• • فرستنده‌ها/گیرنده‌ها (Transceivers)
    • فرستنده نوری (Transmitter): وظیفه فرستنده نوری تبدیل سیگنال الکتریکی (مثلاً داده‌ی شبکه) به سیگنال نوری است. اجزای اصلی فرستنده نوری منبع نوری و مدولاتور است. منبع نوری یا به صورت LED است که برای مسافت‌های کوتاه و سرعت‌های پایین کاربرد دارد. و یا به صورت Laser Diode است که کاربرد آن برای مسافت‌های طولانی و سرعت‌های بالاست. منبع نور در ماژول‌های SFP / SFP+، تجهیزات OLT، سوئیچ‌های فیبر نوری و مبدل‌های رسانه کاربرد دارد.
    • گیرنده نوری (Receiver): گیرنده نوری کار معکوس فرستنده را انجام می‌دهد؛ یعنی نور دریافتی از فیبر را به سیگنال الکتریکی قابل پردازش تبدیل می‌کند. اجزای اصلی آن شامل فتودیود (PIN یا APD) برای تشخیص نور و تقویت‌کننده برای افزایش سیگنال ضعیف دریافتی است. کاربرد این دستگاه دریافت داده از فیبر در سوئیچ‌ها، OLT، ONT و مبدل‌هاست.
  • سوئیچ و روتر نوری (Optical Switch/Router): سوئیچ‌های مجهز به پورت SFP یا SFP+
  • مبدل رسانه (Media Converter): مبدل رسانه دستگاهی است که سیگنال شبکه مسی (Ethernet) را به سیگنال نوری و برعکس تبدیل می‌کند. مثال کاربردی آن تبدیل کابل شبکه RJ45 به فیبر نوری برای افزایش فاصله (مثلاً از ۱۰۰ متر به چند کیلومتر) می‌باشد. از ویژگی‌های این مبدل، یک فرستنده و یک گیرنده نوری بوده و در شبکه‌های کوچک یا صنعتی بسیار رایج است.
  • OLT و ONT/ONU (در شبکه‌های FTTH)
    • OLT  (Optical Line Terminal): قلب شبکه‌ی FTTH / GPON در سمت مرکز مخابرات یا دیتاسنتر است. وظایف OLT ارسال داده از شبکه‌ی اصلی به مشترکین، مدیریت پهنای باند بین چندین کاربر، احراز هویت ONTها و ارسال سیگنال نوری Downstream و دریافت Upstream است.
    • ONT یا ONU (Optical Network Terminal): تجهیزی است که در سمت کاربر نهایی نصب می‌شود. وظایف ONT شامل دریافت سیگنال نوری از OLT و تبدیل آن به سیگنال‌های قابل استفاده مانند Ethernet، Wi-Fi، تلفن (VoIP)، IPTV و … است. دستگاه‌های ONT و ONU از نظر عملکرد بسیار مشابه هستند با این تفاوت که ONT معمولاً در منزل کاربر و ONU بیشتر برای محیط‌های تجاری یا چندکاربره به‌کار می‌رود.

 

 

انواع شبکه‌های فیبر نوری

شبکه‌های فیبر نوری امروزه ستون فقرات سیستم‌های ارتباطی هستند. دو فناوری اصلی شبکه‌های فیبر نوری عبارتند از:

1- شبکه فیبر نوری فعال AON (AON – Active Optical Network)

در فناوری AON، از سوئیچ‌های فعال در مسیر انتقال داده‌ها استفاده شده و هر کاربر از یک فیبر اختصاصی برخوردار است. بنابراین شبکه فیبر نوری فعال از معماری شبکه نقطه به نقطه استفاده می‌کند. در این مدل، هر کاربر به‌صورت مستقیم با مرکز اصلی (Central Office) از طریق یک کابل فیبر متصل می‌شود. مزیت این مدل سرعت بالا و امنیت زیاد آن است و از نقاط ضعف آن هزینه بالا به دلیل نیاز به کابل مجزا برای هر کاربر.

 

2- شبکه فیبر نوری غیر فعال PON (Passive Optical Network)

در این شبکه فیبر نوری، از تجهیزات غیرفعال که نیازی به برق ندارند مانند اسپلیتر نوری (Optical Splitter) برای تقسیم یک فیبر بین چند کاربر استفاده می‌شود. بنابراین معماری این شبکه از نوع نقطه به چند نقطه است.

 

•  چه زمانی از کدام یک از این دو نوع شبکه استفاده کنیم؟

شبکه PON برای راه‌اندازی اینترنت خانگی (FTTH)، استفاده در مجتمع‌های مسکونی، سرویس‌های اشتراکی معمول و جاهایی که صرفه‌جویی در هزینه‌ها بسیار مهم است مورد استفاده قرار می‌گیرد. و شبکه فعال Active Ethernet هم برای استفاده در بانک‌ها و شرکت‌های بزرگ، دیتاسنترها، سرویس‌های ویژه و SLAدار، شبکه‌های سازمانی و حساس و لینک‌های نقطه‌به‌نقطه پرسرعت مناسب است.

 

 

• تفاوت‌های شبکه فیبر نوری PON با AON

این دو فناوری انتفال داده از جنبه‌های مختلفی با یکدیگر تفاوت دارند. شبکه‌های فعال و غیر فعال فیبر نوری از نظر معماری شبکه، پهنای باند، هزینه‌ها و کارایی و کیفیت سرویسی که ارائه می‌دهند با یکدیگر تفاوت دارند. آشنایی با ویژگی‌های هر یک از این دو فناوری به شما در انتخاب مناسب هر یک از این دو فناری کمک کند. به طور خلاصه شبکه فیبر نوری PON ارزان‌تر، اشتراکی، ساده و بدون تجهیزات فعال در مسیر است. برعکس آن، شبکه AON گران‌تر، اختصاصی، پرظرفیت و با تجهیزات فعال در مسیر می‌باشد.

معماری شبکه
شبکه غیرفعال فیبر نوری PON	شبکه فعال فیبر نوری AON
معماری نقطه به چند نقطه (Point-to-Multipoint)	معماری نقطه به نقطه (Point-to-Point)
یک تار فیبر خروجی OLT با استفاده از اسپلیترهای نوری غیرفعال میان چند کاربر تقسیم می‌شود.	هر کاربر یک فیبر اختصاصی از مرکز (یا از یک سوئیچ فعال بین مسیر) دریافت می‌کند.
هیچ تجهیزات فعال (سوئیچ/تقویت‌کننده برق‌دار) بین مرکز و مشتری وجود ندارد.	از سوئیچ‌های فعال در مسیر استفاده می‌شود؛ یعنی تجهیزات با برق و مدیریت شبکه

تقسیم پهنای باند
شبکه غیرفعال فیبر نوری PON	شبکه فعال فیبر نوری AON
پهنای باند بین کاربران یک اسپلیتر به‌صورت اشتراکی تقسیم می‌شود.	هر کاربر پهنای باند اختصاصی خودش را دارد.
مثال: در GPON، یک پورت 2.5Gbps تا 32 یا 64 کاربر را سرویس می‌دهد.	شبیه یک اتصال اختصاصی متقارن.

هزینه‌ها
شبکه غیرفعال فیبر نوری PON	شبکه فعال فیبر نوری AON
هزینه کابل‌کشی کمتر (یک تار برای چند نفر)	نیاز به فیبر بیشتر تا هر مشتری
تجهیزات کمتر = مصرف برق کمتر	سوئیچ‌های فعال متعدد در مسیر = مصرف برق بیشتر
نگهداری ساده‌تر	هزینه نگهداری، برق و مدیریت بالاتر
مقرون‌به‌صرفه‌ترین روش برای FTTH	معمولاً در پروژه‌های سازمانی/اداری یا ISPهای ویژه استفاده می‌شود.

کارایی و کیفیت سرویس
شبکه غیرفعال فیبر نوری PON	شبکه فعال فیبر نوری AON
پهنای باند اشتراکی → احتمال oversubscription	پهنای باند کاملاً اختصاصی و پایدار
تأخیر (latency) بیشتر از شبکه فعال	تأخیر پایین‌تر
مناسب کاربران خانگی و تجاری معمولی	مناسب کسب‌وکارهایی که سرویس حساس دارند (Voice، دیتا، سرور، بانک‌ها)

تجهیزات
شبکه غیرفعال فیبر نوری PON	شبکه فعال فیبر نوری AON
سمت مرکز: OLT	سمت مرکز: سوئیچ‌های لایه 2/3
در مسیر: اسپلیترهای نوری Passive	مسیر: سوئیچ‌های فعال
سمت کاربر: ONT/ONU	سمت کاربر: CPE معمولاً یک ONU/ONT نیست، بلکه یک اترنت ترمینیشن از طریق مدیاکانورتور یا سوئیچ تحویل داده می‌شود.

فاصله قابل پیش‌بینی
شبکه غیرفعال فیبر نوری PON	شبکه فعال فیبر نوری AON
بسته به نوع PON، معمولاً بین 10 تا 20 کیلومتر	بطور معمول تا 10 کیلومتر یا بیشتر (قابل توسعه با تقویت‌کننده/سوئیچ)

شبکه FTTx چیست؟

FTTx (Fiber To The x) یک طبقه‌بندی کلی برای انواع مدل‌های رساندن فیبر نوری به محل کاربر است. بنابراین FTTx فقط درباره میزان نزدیک شدن فیبر به کاربر صحبت می‌کند، نه تکنولوژی انتقال فیبر. امروزه در بیشتر پیاده‌سازی‌های FTTx (به‌ویژه FTTH و FTTB) از فناوری PON استفاده می‌شود. این به دلیل هزینهٔ کمتر، نیاز به فیبر کمتر، تجهیزات کمتر در مسیر، نگهداری آسان‌تر و مقیاس‌پذیری بالاتر فناوری PON است.

به همین دلیل، وقتی در ایران یا بسیاری از کشورها می‌گویند «شبکه FTTH»، تقریباً همیشه منظورشان شبکه مبتنی بر فناوری PON است.

در مدل FTTx، حرف x می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد، مثل:

• FTTH (Fiber To The Home): فیبر تا داخل منزل
• FTTB (Fiber To The Building): فیبر تا ساختمان
• FTTC (Fiber To The Curb): فیبر تا پیاده‌رو نزدیک خانه
• FTTN (Fiber To The Node): فیبر تا گره محلی و سپس کابل مسی

 

مزایا و معایب شبکه فیبر نوری

در شبکه فیبر نوری پهنای باند بسیار بالا (چندین ترابیت بر ثانیه) بوده و در مسافت‌های طولانی افت سیگنال بسیار کم است. مقاومت بالایی در برابر نویز الکترومغناطیسی داشته و از امنیت بالایی برخودار است. این شبکه از فناوری‌های آینده (5G, IoT, Cloud) پشتیبانی کرده، هزینه نگهداری پایین و عمر طولانی دارند.

از معایب شبکه فیبر نوری می‌توان به هزینه نصب اولیه بالای (کابل، فیوژن، تجهیزات نوری) آن اشاره نمود. همچنین شکندگی مکانیکی فیبرهای نوری نسبت به کابل‌های مسی بالاست. استفاده از این شبکه نیاز به تخصص بالا در نصب و نگهداری داشته و تعمیر و عیب‌یابی اتصالات پیچیده است.

 

جمع‌بندی

در مجموع، شبکه فیبر نوری به‌عنوان ستون فقرات ارتباطات نوین، نقشی اساسی در افزایش کیفیت و سرعت تبادل اطلاعات ایفا می‌کند. سرمایه‌گذاری و توسعه این فناوری نه‌تنها موجب بهبود تجربه کاربران می‌شود، بلکه زمینه‌ساز رشد اقتصادی، تحول دیجیتال و پیشرفت پایدار در بخش‌های مختلف جامعه خواهد بود. با توجه به روند رو‌به‌رشد نیازهای ارتباطی، فیبر نوری را می‌توان یکی از مهم‌ترین زیرساخت‌های آینده دانست.