 |
 |
العودة إلى
مدرسة
الكمبيوتر
قسم الإتصالات
الصفحة الأولى
|
|
الألياف البصرية يفتخر معظم الأشخاص الذين لهم علاقة بصناعة الحواسب بالتقدم الهائل الذي حقته هذه الصناعة , ففي السبعينات كان النظام الحاسوبي من النمط السريع مثل ( CDC 6600 ) يمكنه تنفيذ تعليمة حاسوبية واحدة في زمن قدره 100 نانو ثانية وبعد عشرون سنة ارتفعت السرعة الى 100 ضعف مع النظام Gray وهو معدل تقدم لا بأس به .www.tartoos.com وفي نفس الفترة فقد ازدادت سرعة نقل المعلومات من 56Kbps في شبكة ( ARPANET) وهي شبكة وزارة الدفاع الأمريكية وكانت من أولى الشبكات التي تم انتشارها في العالم ازدادت الى 1Gbps " في الاتصالات الضوئية الحديثة " وهذا يعني معامل تطور أكثر من 100 ضعف في العقد , كما انخفض معدل الأخطاء في البت الواحد من 10^-5 الى ما يقارب الصفر .طرطوس.كومwww.tartoos.com ومن جهة أخرى فقد بدأت رقاقات المعالجات الصغرية بالوصول الى الحدود الفيزيائية التي لا يمكن التطوير بعدها كما هو الحال في مشكلة عدم القدرة على تجاوز سرعة الضوء أو عدم إمكانية تجاوز حد أعظمي من التبديد الحراري للرقاقات الالكترونية . وعلى العكس فمع تقنية الألياف الضوئية فإن عرض الحزمة يمكن أن يتجاوز ( 50Tbps ) 50000Gbps ومازال المهتمون يبحثون عن مواد ناقلة أفضل .طرطوس.كومwww.tartoos.com إن جدار الـ 1Gbps الذي تقف عنده تقنية الألياف الضوئية حالياً يعود الى عدم القدرة على تحويل الاشارات الالكترونية الى إشارة ضوئية بسرعة أعلى من ذلك , وقد تم مخبرياً بنجاح الوصول الى سرعة 100Gbps على خطوط إرسال قصيرة , وتعتقد أن الوصول الى سرعة 1Tbps لم يعد بعيد المنال وهو على بعد عدة سنوات ليس أكثر , كما لم يعد النظام الضوئي المتكامل " أجهزة الحواسب والاتصالات " بعيدة التحقيق أيضاً . في السباق بين الحوسبة والاتصالات تقدمت تقنية الاتصالات وحققت قصب السبق .طرطوس.كومwww.tartoos.com إن تضمين وتحقيق عرض حزمة لا نهائي لم يتم فهمه واستيعابه فعلياً من قبل جيل كبير من علماء ومهندسي الحواسب الذين مازالوا يفكرون بالطريقة التي تعلموها من نظرية Shanon و Nyquist حول الحدود التي لا يمكن تخطيها عند النقل على أسلاك نحاسية .www.tartoos.com والحكمة العامة التي يجب الأخذ بها هنا أن كل الحواسب الحالية بطيئة بشكل محبط , وعلى الشبكات أن تحاول تجنب القيام بعمليات الحساب عليها ولو كان ذلك على حساب استخدام عرض حزمة أكبر .www.tartoos.com في هذا المقطع سوف ندرس الألياف الضوئية ونتعرف على طريقة عمل هذه التكنولوجيا . يتألف نظام النقل الضوئي من ثلاث مكونات هي : المنبع الضوئي , وسط النقل والكاشف . ويصطلح على اعتبار أن كل نبضة ضوئية تقابل بتاً واحداً يحوي القيمة 1 وغياب النبضة يعني القيمة 0 , أما وسط النقل فهي ليف رفيع جداً من الزجاج .www.tartoos.com يولد الكاشف نبضات كهربائية عندما يسقط الضوء عليه , ويوصل المنبع الضوئي الى طرف آخر الليف الزجاجي ويوصل طرفه الآخر الى الكاشف وبذلك نحصل على نظام نقل وحيد الاتجاه . يأخذ الإشارات الكهربائية ويحولها وينقلها على شكل نبضات ضوئية , ثم يعيد الخرج الى إشارات كهربائية على الطرف المستقبل . إن نظام كهذا سوف يسرب الضوء خارج الناقل ويصبح غير عملي إلا بعد استعمال بعض قوانين الفيزياء الهامة . من المعروف للجميع أنه عندما يعبر شعاع ضوئي الحد الفاصل بين وسطين ناقلين فإنه يعاني من انكسار بزاوية B تختلف بحسب النسبة بين قرينتي الانكسار للوسطين حيث يعبر الشعاع الضوئي الحد الفاصل بين مادة السيليكا والهواء الحر بعدة قيم لزوايا الورود . وتزداد زاوية الانكسار بزيادة النسبة بين قرينتي الانكسار للمادتين ومن هذه الخاصية يمكن تحقيق زاوية انكسار كبيرة تجعل الشعاع الضوئي ينكسر كلية في الوسط الأول ويعود الى الداخل بدون أن يجتاز الحد الخارجي عندها تتحق المصيدة الضوئية ويتم حجز الشعاع الضوئي بين جدران الوسط الناقل الأول , كما يمكن تحقيق هذه المصيدة بالتحكم بزاوية ورود الشعاع الضوئي على الحاجز . وهذا يمكن تحقيق نقل شعاع ضوئي " إشارة ضوئية " ضمن وسط من هذا النوع وبدون أية ضياعات .www.tartoos.com وبما أن أي شعاع يسقط على الحد الفاصل بزاوية ورود أكبر من الزاوية الحرة سوف يتم عكسه كلياً الى الداخل , فإنه من الممكن إرسال العديد من هذه الأشعة وبزوايا ورود مختلفة ولكن أكبر من الزاوية الحرجة , وعندها يقال أن كل شعاع له نمط مختلف ويدعى الليف الضوئي الذي يملك هذه الخاصية بالليف المتعدد الأنماط Multi mode fiber .طرطوس.كومwww.tartoos.com وإذا تم إنقاص قطر الليف الضوئي الى قيمة تعادل عدة أطوال لموجة الضوء فإن الليف يتصرف كموجة أو قناة يسير فيها الضوء ولا يحيد عنها بالرغم من أن الضوء في الحالة العادية يسير في خط مستقيم فقط , ويدعى الليف في هذه الحالة بالليف الوحيد النمط single mode fiber , وهذا النوع من الألياف مرتفع الثمن ولكن يمكن استعماله لمسافات طويلة مقارنة مع الليف متعدد الأنماط , وتتوفر حالياً ألياف من هذا النوع قادرة على نقل المعلومات لمسافة 50km وبسرعة نقل عدة جيغا بايت في الثانية , كما تم تحقيق نتائج نقل أفضل من ذلك في المخابر , وأثبتتت التجارب أن الشعاع الليزري يمكن أن يقطع 100km من الألياف دون الحاجة الى مضخمات وإن كان بمعدلات نقل أقل , وتعد الأبحاث التي تجري على ألياف الأوروبيوم Europium المشوب بنتائج أفضل في السنوات القادمة .www.tartoos.com www.tartoos.comwww.tartoos.comwww.tartoos.comwww.tartoos.comwww.tartoos.com نقل الضوء عبر الألياف Transmission of light through fiber إن الألياف الضوئية مصنوعة من الزجاج الذي هو بدوره من الرمل وهو مادة خام رخيصة الثمن ومتوفرة بكميات كبيرة , وقد عرفت صناعة الزجاج من العصور القديمة عند قدماء المصريين في سورية , وقد تطورت صناعة الزجاج كثيراً عبر العصور , والزجاج المستعمل حالياً في صنع الألياف الضوئية شفاف ونقي جداً لدرجة أنه لو كانت المادة التي تملأ المحيطات هي الزجاج بدلاً من الماء لأمكن رؤية قاع المحيط من سطحه كما لو كنت تنظر الى سطح اليابسة من طائرة الجو . إن التخميد الذي يطرأ على الضوء الذي يعبر وسطاً زجاجياً يتعلق بطول موجة الشعاع الضوئي , إن التخميد الذي يطرأ على الضوء الذي يمر في الليف الضوئي مقاساً بالديسيبل = 10 لغ10 ( الاستطاعة المنقولة \ الاستطاعة المستقبلية ) . فمثلاً من أجل معامل ضياع قدره (2) ينتج قدره بالديسيبل قدره (3 ديسيبل) .طرطوس.كوم
Attenuation in decibels = 10 log10 2=3dB لقد تم استعمال ثلاثة اطوال موجية للاتصال وهي متمركزة حول 1.55 , 1.30 , 0.85 على التوالي : وتملك الموجتان الأخيرتان معامل تخميد جيدة حيث لا يتجاوز الضياع فيهما %5 لكل كيلو متر واحد , وتملك الموجة الأولى معامل تخميد أعلى ولكن عند استعمال موجة بهذا الطول فإنه يمكن استعمال نفس المادة لصنع الالكترونيات اللازمة ومولد الشعاع الليزري وهي أرسينايد الغاليوم ( Gallium arsenide) , ويتراوح عرض الحزم الثلاثة السابقة بين ( 30000- 25000 ) جيغا هرتز .www.tartoos.com تعاني النبضات الضوئية من عملية تمدد في طولها خلال رحلتها عبر الليف الزجاجي , وهذا التمدد يسبب تشوه وتبديد في الإشارة ويدعى dispersion , وتعتمد قيمته بشكل أساسي على طول الموجة , ومن أجل منع النبضات من التراكب مع بعضها بسبب هذه الظاهرة يجب زيادة المسافة بين كل نبضتين متتاليتين , وهذا يوجب بدوره إنقاص معدل إرسال الإشارة Signaling rate و ولحسن الحظ فقد اكتشف أن إعطاء النبضات شكلاً خاصاً مشابه للقطع الزائد التجيبي المعكوس يؤدي الى تلاشي كل تأثيرات التشويه والتبديد ويصبح من الممكن إرسال النبضات الى آلاف الكيلومترات بدون أي تشويه في شكلها . وتدعى هذه النبضات ذات الشكل الخاص الذي تحدثنا عنه solitons , أو النبضات " النغمات المنعزلة " . وهناك جهود بحثية حثيثة من أجل نقل هذه النتائج خارج المخابر وتطبيقها في الحياة العملية .طرطوس.كوم www.tartoos.comwww.tartoos.comwww.tartoos.comwww.tartoos.com إن كابلات الألياف الضوئية مشابهة للكابلات المحورية إلا أنها غير محاطة بالناقل الشبكي .في الألياف المتعددة الأنماط فإن قطر النواة يبلغ 50 ميكرون وهو ثخن شعرة من رأس الانسان تقريباً , بينما ينخفض القطر لليف الضوئي الوحيد النمط الى ميكرون .ر تحاط النواة بكساء زجاجي بمعامل انعكاس أخفض من ذاك الذي للنواة وذلك لحجز الضوء كلية في النواة , ويحيط بهذه الكسوة سترة بلاستيكية رقيقة لحماية الكسوة الزجاجية , وغالباً ما تجمع حزمة من الألياف في حزمة محمية ومحاطة بدرع خارجي واق . طرطوس.كومwww.tartoos.com عادة تمتد الكابلات الضوئية الأرضية ذات الدرع الواقي تحت الأرض على عمق يقارب المتر الواحد من السطح أو في قاع المحيط تحت سطح الماء بالنسبة للكابلات العابرة للمحيطات , يمكن وصل الألياف الضوئية بثلاث طرق مختلفة :www.tartoos.com أولا: يمكن تثبيت نهايات خاصة في طرف الليف وهي عبارة عن وصلات يمكنها أن تدخل في مقابس مناسبة لها , هذه الطريقة تسبب ضياع يصل الى %20 من الضوء ولكنها سهلة الفك والتركيب .www.tartoos.com ثانياً : يمكن وضع النهايتين المقصوصتين بشكل دقيق بحيث تتراكبان ضمن أو كم خاص , ويتم بعد ذلك تركيز وتغيير توضع النهايتين بحيث يحقق أقل ما أمكن من الضياع , وهذا يستغرق حوالي خمس دقائق من شخص متمرن وجيد ويؤدي الى ضياع لا يتجاوز %10 من الضوء . ثالثاً : يمكن صهر النهايتين مع بعضهما بحيث تشكلان وصلة صلبة . في جميع الحالات فإن تخميد غير قليل سوف يطرأ على الضوء في نقطة الاتصال وسوف يحدث تداخل للضوء المنعكس مع الإشارة الضوئية المتنقلة .www.tartoos.com وتبقى الأخيرة هي الأفضل حتى الآن . هناك نوعان من المنابع الضوئية التي يمكن أن تستعمل لتوليد الإشارة هي : الثنائيات المصدرة للضوء ( Light Emitting Dlodes ) LED , وأنصاف النواقل الليزرية . ولكل من هذين المنبعين خصائص مختلفة ويمكن تعيير طول الموجة الصادرة باستعمال مقاييس تداخل " مدخال " مثل Fabry-perot أو Mach Zehnder بين المصدر الضوئي والليف .
مقارنة بين ثنائيات أنصاف النواقل والثنائيات المصدرة للضوء LED΄s إن مدخال " مقياس تداخل " fabry-petro هو عبارة عن مرنانات مؤلفة من تجاويف يحوي كل منها على مرآتين متوازيتين , ويسقط الضوء بشكل عمودي على هذه المزايا وتبعاً لطول التجويف يتم انتقاء الموجة ذات الطول المساوي لعدد صحيح من طول التجويف . بينما يقوم مدخال Mach Zehnder بفصل الضوء الى حزمتين من الأشعة تجتاز كل منهما مسافتين مختلفتين قليلاً تلتقيان بعدها وتكون أحداهما ذات طور متأخر عن الأخرى بعدد صحيح من طول الموجة .طرطوس.كوم إن جهة الاستقبال من الليف الضوئي تتألف من ثنائي ضوئي يولد نبضات كهربائية عندما يعرض للضوء . إن زمن الاستجابة النظامي للثنائي الضوئي هو ( 1nsec ) وهذا يحد معدل النقل بـ 1Gbps . ولا ننسى الضجيج الحراري أيضاً , لذلك فإن الإشارة الضوئية يجب أن تحمل استطاعة كافية تمكن من اكتشافها وكلما كانت استطاعة النبضات الضوئية كبيرة كلما انخفض معدل الخطأ في النقل .www.tartoos.com شبكات الألياف الضوئية Fiber Optic Network تستخدم الألياف الضوئية في الشبكات المحلية LAN΄s بالإضافة الى استخدامها في النقل على المسافات البعيدة وذلك بالرغم من أن وصل تفريعة الى شبكة الألياف الضوئية صعب ومعقد أكثر من الوصل الى شبكة الانترنت نفسها .طرطوس.كومwww.tartoos.com يمكن النظر الى شبكة حلقية من الألياف الضوئية على أنها وصلات تتابعية من نقطة الى نقطة بحيث كل نقطة وصل لحاسوب على الشبكة تمرر قطار النبضات الضوئية الى الوصلة التالية بالإضافة الى عملها كوصلة من النمط T تسمح للحاسوب المتصل باستقبال وإرسال الرسائل .طرطوس.كوم هناك نوعان من الوصل يستخدمان بشكل أساسي : الوصل غير الفعال , ويتألف من سدادتين تندمجان في الليف الأساسي وفي إحداهما ثنائي ضوئي أو ثنائي ليزري للإرسال والأخرى فيها ثنائي حساس للضوء للاستقبال , هذه الوصلة غير فعالة بشكل كامل وبالتالي فهي عملية لأن أي عطل فيها يؤدي الى إخراج الحاسوب الموصول اليها من الشبكة دون التأثير على بقية الأجهزة في الشبكة .طرطوس.كومwww.tartoos.com النوع الآخر من الوصلات هي الوصلة الفعالة وهي تدعم المضخم أو المردد الفعال حيث يقوم بتحويل الضوء المستقبل الى إشارات كهربائية ويعيد تقويته إذا احتاج الأمر ثم يقوم بإرساله كإشارة ضوئية الى العقدة التالية . ويتم الوصل مع الحاسوب باستخدام سلك نحاسي عادي مسبق التصنيع موجود داخل مولد الإشارة , وقد بدأ انتشار استعمال مرددات الإشارة الضوئية أيضاً , حيث لا يوجد حاجة الى تبديل الإشارة من ضوئية الى كهربائية فضوئية ثانية مما يسمح بالعمل على عرض حزم مرتفع جداً .طرطوس.كومwww.tartoos.com إن تعطل المردد الفعال يؤدي الى انهيار الشبكة ذات الليف الحلقي ولكن بالمقابل فإن إعادة تضخيم وتوليد الإشارة في كل نقطة اتصال مع حاسوب على الشبكة يسمح باستعمال وصلات بأطوال تصل الى عدة كيلو مترات بين كل حاسوبين مما يعني نظرياً أنه لا توجد حدود على طول الشبكة الكاملة . بينما في حالة الوصل غير الفعال فإن الضوء يفقد جزءاً من استطاعته كلما مر في وصلة مما يخفض الطول الكلي لحلقة الشبكة بشكل ملحوظ . ليس مخطط توصيل الحلقة هو الطريقة الوحيدة لبناء شبكة LAN من الألياف الضوئية , إذ يمكن أيضاً بناء نظام تواصل نجمي بدون استخدام عناصر فعالة passive star , في هذا التصميم هناك ليف زجاجي يصل بين كل مرسل واسطوانة من السيليكات يدعى بالليف الذاهب بينما ترتبط الألياف القادمة من المستقبلات بالاسطوانة من الجهة الأخرى .www.tartoos.com كلما أصدرت إحدى الوصلات نبضة ضوئية فإنها تنتشر عبر النجمة مضيئة كل المستقبلات في العقد وهذا ما يدعى بعملية البث . في الواقع إن النجمة تقوم بتجميع كل الإشارات الضوئية القادمة من المرسلات وترسلها على كل الخطوط باتجاه المستقبلات مما يعني توزع طاقة النبضة القادمة على عدد الخطوط وهذا ما يحد من عدد الوصلات الأعظمي في بنية النجمة وذلك تبعاً للحد الأدنى من الطاقة الذي يمكن أن تتحسس له الثنائيات المستقبلة للضوء .طرطوس.كوم www.tartoos.comwww.tartoos.comwww.tartoos.comwww.tartoos.com مقارنة بين الألياف الضوئية والأسلاك النحاسية Comparison of Fiber Optics and Copper Wire تمتلك الألياف الكثير من المزايا منا أنها تستطيع التعامل مع عرض حزمة كبيرة جداً مما يجعلها مثالية لوصل الشبكات على مسافات بعيدة , وبفضل الضياع الصغير جداً الذي يطرأ على النبضة الضوئية المنقولة فإنه لا حاجة لمضخات الإشارة إلا على مسافة أكثر من 30 كم مقابل 5 كم للأسلاك النحاسية وهذا يعني توفيراً كبيراً في الكلفة الإجمالية لمد خط اتصال طويل , كما أن الألياف لا تتأثر بالحالات العابرة لتابع الطاقة ولا بالتداخلات الكهرمغناطيسية أو بالانقطاعات الكهربائية وأعطال تغذية القدرة , كما أنها مقاومة جداً للمواد الكيميائية الموجودة في الهواء مما يجعلها مثالية للاستخدام في المصانع .طرطوس.كومwww.tartoos.com كما أنه ليس من الغريب ان تفضل شركات الهاتف الألياف الضوئية فهي خفيفة الوزن وقليلة الثخانة مما يجعلها حلاً مثالياً لتفريغ ممرات وأقنية الكابلات النحاسية التي امتلأت تماماً ولم يعد بالإمكان إضافة أي سلك جديد داخلها مما دفع هذا الشركات الى الغائها واستبدالها بالألياف الضوئية خاصة وأن الأسلاك الملغاة يمكن أن تباع الى جهات تستعمل معدن النحاس كمادة أولية في صناعتها مما يعني عدم رمي هذه الكابلات بدون ثمن .طرطوس.كوم كما أن الألياف الضوئية خفيفة الوزن فمقابل ألف كابل ثنائي مجدول بطول 1 كم وتزن 8000 كغ فإن نفس الكمية من الألياف الضوئية تزن 100 كغ فقط . مما يعني حاجة أقل لأنظمة رفع وحمل ميكانيكية لتثبيت ومد هذه الكابلات وصيانتها وهذا يترجم في النهاية الى كلفة أقل من أجل نبش وتركيب نظام اتصال بالألياف الضوئية .www.tartoos.com وأخيراً فإن الألياف الضوئية لا تخمد الضوء بنسبة ضئيلة جداً كما أنه من الصعب جداً وصل أو أخذ تفريعة منها مما يحميها بشكل جيد من عمليات التطفل ومحاولات التنصت بأخذ وصلة من الكابل .طرطوس.كومwww.tartoos.com إن حقيقة الليف الزجاجي أفضل من النحاس ناتجة عن البنية الفيزيائية لكل من المادتين , فعندما تتحرك الالكترونات في الكابل النحاسي فإنها تؤثر ببعضها بعضاً كما أنها تتأثر بالالكترونات من الجو المحيط خارج الكابل , بينما لا توجد أي تأثير متبادل بين الفوتونات في الليف الضوئي كما أنها لا تتأثر بالفوتونات من خارج الليف " كون الفوتون لا يملك شحنة كهربائية اصلاً " , ومن ناحية أخرى فإن تقنية الألياف الضوئية هي تقنية جديدة وتحتاج الى مهارات لا يملكها معظم المهندسون .www.tartoos.com بما أن الاتصالات الضوئية هي اتصالات وحيدة الاتجاه فإن خطي اتصال إما ليفي أو حزمتي تردد ليف واحد لازمين لتحقيق اتصال .طرطوس.كوم وأخيراً فإن وصل الألياف مكلف اكثر من وصل الأسلاك الكهربائية , ومع ذلك فإن المستقبل لجميع الاتصالات التي تتعدى عدة عشرات من الأمتار هو للألياف الضوئية بشكل شبه مؤكد .طرطوس.كوم |
|
||||||||||
|
|
Syria | سورية | Amrit | عمريت | أرواد | طرطوس | صور من طرطوس | صور من سورية | ||
| للسيدات فقط | معجم الكمبيوتر | أدب وفكر | المجلة الطبية | المعلومات العامة | لمحة عن طرطوس | مدرسة الكمبيوتر | ||||
| © 2002-2012 LBCInformation Corporation. All rights reserved م حنا عطا لحود. | ||||||||||
