آینده فیبر نوری

فیبرنوری آینده شاهراه‌های ارتباطی

نگاه کلی؛

در دنیای فناوری پیشرفته امروز، فیبر نوری به عنوان یک عنصر تعیین کننده برای انتقال داده‌ها با سرعت و قابلیت اطمینان بالا ظاهر شده است. با پیشرفت شبکه‌های کامپیوتری و نیاز روزافزون به پهنای باند و کارایی بیشتر، اهمیت فیبرنوری در طراحی شبکه‌ها بیش از پیش مشخص است. این مقاله به اهمیت فیبرنوری در ارتباطات در جهان امروز پرداخته و نقش آن در شکل‌دهی به شبکه‌های ارتباطی در آینده را بررسی می‌کند در سال‌های اخیر، صنعت فناوری شاهد رشد چشمگیری در ترافیک داده بوده است که به دلیل افزایش دستگاه‌های متصل و تقاضای بالاتر برای انتقال داده‌ها – بدون مشکل – به وجود آمده است در پاسخ به این رشد، شبکه‌های ارتباطی مبتنی بر کابل‌های مسی با محدودیت‌های خود روبرو شده و با چالش‌هایی مانند پهنای باند، سرعت و قابلیت اطمینان روبرو هستند فیبرنوری به عنوان یک فناوری نوین به محدودیت‌های سیستم‌های مبتنی بر کابل مسی پاسخ داده است.

استفاده از نور برای انتقال داده

استفاده از نور برای انتقال داده از طریق رشته‌های نازکی از شیشه یا پلاستیک، مزایای بی‌نظیری از جمله نرخ داده بالا، مقاومت در برابر تداخلات الکترومغناطیسی و فاصله انتقال بزرگ را به ارمغان می‌آورد. برای اتصالات بیشتر و نیازهای روزافزون به ارتباطات سریعتر و قابل اعتماد، شبکه‌های کامپیوتری باید با این تقاضاهای رو به رشد سازگاری پیدا کنند. فیبر نوری با ظرفیت پهنای باند بالا و قابلیت انتقال داده‌های بزرگ در فواصل بلند، ابزاری اساسی برای طراحان شبکه است که به دنبال بهره‌وری بیشتر هستند. کابل‌های فیبر نوری امکان انتقال داده را با سرعت نور فراهم می‌کنند که باعث کاهش حداقلی تاخیر و بهبود صحت سیگنال می‌شود. این فناوری نه تنها عملکرد شبکه را بهبود می‌بخشد، بلکه پایه‌ای برای پیشرفت‌های آینده مانند شبکه‌های 5G، کاربردهای اینترنت اشیا (IoT) و رایانش ابری فراهم می‌کند.

اگرچه مزایای فیبر نوری بی‌نقص است، اما به‌منظور بهره‌برداری و یکپارچه‌سازی آن در شبکه‌های کامپیوتری، نیاز به دانش و تخصص ویژه وجود دارد. بنابراین، آموزش و آماده‌سازی طراحان شبکه در زمینه فیبر نوری بسیار اهمیت دارد. موسسات آموزشی و گواهی‌های صنعتی باید اهمیت آموزش دوره‌ها و برنامه‌های آموزشی فیبر نوری را در برنامه‌های آموزشی خود تأیید کنند. این شامل مباحث مربوط به نصب، نگهداری، رفع اشکال و یک پارچه‌سازی فیبر نوری است. همچنین، تجهیزات و ابزارهای آزمایشگاهی برای آموزش عملی در این حوزه بسیار حیاتی هستند.

فیبر نوری به عنوان یک فناوری آینده‌نگر و جایگزین مناسب برای کابل‌های مسی در شبکه‌های کامپیوتری مطرح است. با افزایش استفاده از فیبر نوری در شبکه‌های ارتباطی، می‌توان انتظار داشت که پهنای باند و سرعت انتقال داده‌ها به طرز چشمگیری افزایش یابد و نیازهای روزافزون ارتباطی را برآورده کند در نتیجه، آموزش فیبر نوری به طراحان شبکه کمک می‌کند تا با نیازهای روزافزون به پهنای باند و انتقال داده‌های بزرگ سازگار شوند و شبکه‌های قدرتمند و پایداری را طراحی کنند.

نابرابری‌ها در محاسبه و تنگنای ظرفیت

رشد ترافیک شبکه از زوایای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است، و ماهیت تصاعدی مداوم آن، تأیید شده است در طولانی مدت رشد ترافیک در حدود 60٪ (2 دسی بل در سال) تخمین زده می‌شود – اگرچه اعداد واقعی برنامه‌ها، اپراتورها و مناطق جغرافیایی بسیار متفاوت است. در تکمیل این مطالعات و سایر مطالعات رشد ترافیک موجود، شکل 1 دیدگاه‌های متفاوتی وجود دارد و به سخت‌افزار فرستنده نوری مستقر شده- که معمولاً توسط تحلیلگران به عنوان استقرار سالانه جهانی در کل صنعت گزارش می‌شود

همانطور که در شکل “مجموع ظرفیت سالانه” گزارش شده، نقاط (رنگ روشن) در آمار تحلیلگران، نماینده ظرفیت‌های واقعی نیست، زیرا شامل موارد اسقرار یافته در شروع سال نمی‌باشد آمار مربوطه- فراتر از این نقاط اولیه این شکل- یک افزایش سالانه 45 درصدی ظرفیت فرستنده نوری را در دهه گذشته نشان می‌دهد که در 4 شرکت تحلیلگر بزرگ، هم در بخش مسافت طولانی شبکه و هم در همه پورت‌های نوری ثابت است.

رابط‌های مشتری و دسترسی کوتاه

ظرفیت سافت طولانی مستقر در حدود 100 پتابیت بر ثانیه
~ 2 اگزابیت در ثانیه را نشان می‌دهد

توجه داشته باشید که شاخص شبکه مجازی سیسکو (VNI) تنها حدود 200 ترابیت بر ثانیه ترافیک را برای سال 2017 (~ 100 اگزا بایت در ماه) پیش‌بینی می‌کند که رشد آن تنها 24 درصد در سال است این اختلاف به این دلیل است که VNI سیسکو فقط ترافیک IP سرتاسر را به حساب می‌آورد، در حالی که ظرفیت WDM همه انواع ترافیک را جذب می‌کند

به دلیل تامین بیش از حد سیستم‌های WDM عملیاتی برای تطبیق تغییرات ترافیک اوج به متوسط و نوسانات روزانه، شامل این واقعیت است که یک بیت اطلاعات انتقال یافته سرتاسری به طور معمول بسیاری از پورت‌های فرستنده WDM در مسیر خود از مبدا به مقصد متصل می‌شود. میانگین رشد جهانی ظرفیت توسط VNI سیسکو 30درصد گزارش شده، دارای مغایرت است، در حالی که در واقعیت– استخراج شده توسط اپراتورهای بزرگ- مقیاس وب رشد ترافیک بیش از 45٪ مشاهده شده است.

شکل 1 – رشد ترافیک شبکه جهانی برآورد شده از فرستنده‌های نوری

تداوم رشد تصاعدی ترافیک جهانی ~45% در مقایسه با نرخ رابط و ظرفیت فیبر که تنها در حدود 20% در سال محاسبه می‌شود، یک نابرابری بحرانی فزاینده را نشان می‌دهد. منجر به “تخریب ظرفیت” پیش بینی شده در حدود یک دهه می‌شود. این اختلاف در نرخ رشد اساساً ریشه در تفاوت‌های مقیاس ذاتی بین الکترونیک یکپارچه دیجیتالی پیرو قانون مور (محرک توسعه دستگاه‌هایی است که برای تولید، پردازش و ذخیره اطلاعات استفاده می‌شوند) و فناوری‌های نوری-الکترونیکی آنالوگ با سرعت بالا (محرک توسعه دستگاه های مورد استفاده برای انتقال اطلاعات) مربوط می‌شود.

راهکار دیگر، جایگزینی رشد ترافیک، و تکمیل تحلیل‌های موجود، به اندازه زیرساخت ابر و تکامل آن است. Cloud به شدت بر روی معماری‌های متمرکز با استفاده از آنچه اغلب به عنوان تعداد کمی از مراکز داده در مقیاس وب، میزبانی پایگاه‌های داده و سرویس‌ها و برنامه‌ها، استوار است این مراکز داده عظیم که هر کدام صدها میلیون دلار هزینه دارند، عملکرد و مزایای اقتصادی را از طریق تجمیع منابع محلی و مدیریت کارآمد برق و گرما ارائه می‌دهند با تغییر برنامه‌ها به سمت ابر، نیازهای پردازش داده، ذخیره‌سازی و حمل و نقل آن به سرعت در حال رشد است. گوگل گزارش می‌دهد که رشد ترافیک 70% در سال است و آپلودهای یوتیوب نرخ رشد مشابهی را نشان می‌دهند. ارائه دهندگان فضای ابری همچنین اظهار داشته‌اند که جریان داده‌های داخلی سریع‌تر از جریان داده‌های کاربر خارجی رشد می‌کنند.

شکل 2 – a مجموع مرکز داده در میلیون‌ها فوت مربع برای چهار ارائه‌دهنده اصلی Cloud

به عنوان تابعی از زمان، که نرخ رشد سالانه 37% را نشان می‌دهد. b نرخ رشد ظرفیت سوئیچ اترنت Broadcom و نرخ خطوط به عنوان تابعی از زمان، نشان دهنده نرخ رشد سالانه 41٪ و 22٪ ، همراه با نرخ رشد سالانه 71٪ ترافیک گزارش شده توسط گوگل است. به منظور ارزیابی “اندازه ابر”، ما به طور سیستماتیک تکامل پلان فیزیکی دیتاسنترها را تجزیه و تحلیل کردیم، با این فرض که رشد منطقه مرکز داده با نرخ رشد در تعداد سرورها و اتلاف توان کلی مطابقت دارد در حالی که شرکت‌های ابری زیادی وجود دارند- بر این اساس که آنها در مقیاس کافی و در طول زمان کافی برای ارائه مجموعه‌های داده معقول وجود داشته‌اند

ما Google (Alphabet)، فیس‌بوک، آمازون (AWS) و مایکروسافت (Azure) را برای این مطالعه انتخاب کردیم و این تجزیه و تحلیل را به مراکز داده در ایالات متحده محدود کردیم تا عملی باشد.

از آنجایی که بسیاری از سرویس‌های ابری از سرورهای ایالات متحده به سرورهای مستقر در سطح بین‌المللی منتقل می‌شوند، این احتمال وجود دارد که نرخ رشد جهانی در واقع بالاتر از نرخ‌های ارائه‌شده در این مطالعه باشد. برای هر یک از چهار شرکت Cloud، ابتدا مکان مراکز داده ایالات متحده آنها را بر اساس اطلاعات در دسترس عموم، از جمله وب‌سایت‌ شرکت‌ها، پست‌های وبلاگ، مقالات خبری و نشریات تجاری را تعیین کردیم هنگامی که مکان مراکز داده مشخص شد

اندازه ساختمان‌های مرکز داده از اندازه‌گیری‌های روی تصاویر ماهواره‌ای Google Maps، از جمله اطلاعات ساختمان‌های چند طبقه به‌دست آمد تصاویر ماهواره‌ای اطلاعاتی در مورد تکامل مرکز داده ارائه می‌دهند منطقه مرکز داده انبوه برای مجموع چهار ارائه دهنده ابر در شکل 14(a) با تابعی از زمان نشان داده شده است

نرخ رشد در ناحیه مراکز داده 37% در سال را نشان می‌دهد همراه با مقیاس بندی سرور (30٪ در سال) و فناوری سوئیچ (40٪ در سال)، به مقیاس کلی ترافیک 70٪ مطابق با اعداد گزارش شده می‌رسیم.

ویژگی‌های دیتاسنترهای جدید AWS

AWS می‌گوید که دیتاسنترهای جدید آنها معمولاً 80000 سرور با 32 مگاوات قدرت هستند که برای یک مرکز داده معمولی 120000 فوت مربعی به معنای تقریباً یک سرور در هر 1.5 فوت مربع و 400 وات است می‌توانیم فرض کنیم. هر سرور مراکز داده ما 60سانتی‌متر (2 فوت) مربع یا کمتر است به این معنی که می‌توانیم تخمین بزنیم این چهار ارائه‌دهنده فضای ابری در حدود 10 میلیون سرور در ایالات متحده با 4 گیگاوات کل مصرف برق دارند و هر دو عدد 37 درصد در سال بیشتر می‌شوند.به شکل 2 b توجه کنید؛ ظرفیت سوئیچ‌های مورد استفاده در حدود 40٪ در سال است

در حالی که میزان کابل به کار رفته برای این سوئیچ‌ها به اندازه 20٪، مانند کابل‌های نوری نشان داده شده است. شکل 1. حتی اگر استانداردها 100GbE و 400GbE باشد، همه اینها از خطوط (مالتی) استفاده می‌کنند، به دلیل محدودیت در سرعت‌های رابط الکتریکی و نوری الکترونیکی، در مسافت طولانی با آن مشکل داریم.

با گذشت زمان، این درجه افزایش موازی باعث ایجاد اختلاف قابل توجهی می‌شود که تراشه‌های سوئیچ CMOS را به یک محدوده I/O سوق می‌دهد.

منبع؛

بخش نگاه کلی؛ نوید فخر

بخش نابرابری‌ها در محاسبه و تنگنای ظرفیت؛