مخفف Passive Optical LAN (شبکه محلی پسیو نوری) می باشد که برای شبکه هایی با دسترسی به فیبر نوری، ساماندهی و توسعه پیدا کرده است. اساساً تکنولوژی POL که در محدوده شبکه محلی LAN هست را یک سیستم خصوصی اف تی تی ایکس می نامند.

شبکه محلی پسیو نوری (Passive Optical LAN)

POL به شبکه نوری قابل دسترسی Broadband گفته می شود که دارای عناصر غیر اکتیو یا پسیو می باشد و جزء شبکه های Point to Multi point است که ارائه دهنده سرویسهای مختلف Voice و Data و CATV هستند. همه ی این نتایج منجر به قوانین و استانداردهای طراحی POL و ایجاد توپولوژی برای توزیع تمام خدمات فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) ساختمان در سراسر زیر ساخت یک شرکت می شود.

توپولوژی شبکه محلی پسیو نوری Passive Optical LAN

با توجه به اینکه درتکنولوژی POL، ساختار توپولوژی بین خط (line) ترمینال نوری نوری OLT و یونیت ONU وجود دارد. طرز قرار گرفتن واحدهای نوری ONU و ارتباط آنها با لاین ترمینال نوری سه نوع توپولوژی ایجاد میکند و یک کوپلر 1×2 و یک اسپلیتر 1xN عناصر اصلی این توپولوژی هستند.

ساختار توپولوژی POL :

  1. POL با توپولوژی درختی (Tree PON Topology): در این حالت از یک اسپلیتر 1xN برای ارتباط ONU ها استفاده می شود.
  2. POL با توپولوژی Bus PON Topology) Bus): در این حالت از چند کوپلر از نوع 1×2 برای ارتباط دهی ONU ها استفاده می شود.
  3. POL با توپولوژی Ring PON Topology) Ring): در این حالت از چند کوپلر از نوع 2×2 برای ارتباط دهی ONU ها استفاده می شود.

در ساختار اصلی توپولوژی، شبکه دسترسی برای حفاظت به سوئیچ حفاظتی سریع احتیاج دارد و در این حالت چندین مسیر ارتباطی بین خط (line) ترمینال و واحد نوری بصورت حفاظتی قابل سوئیچ کردن می باشد.

برای توپولوژی POL مسیر Upstream (از OLT به طرف واحدهای نوری ONU) یک PON همانند یک شبکه نقطه به چند نقطه (Point to Multi Point) عمل می کند ولی در مسیر Downstream (از ONU بطرف OLT) POL همانند یک شبکه چند نقطه به یک نقطه (Multi Point to Point) می باشد و واحدهای نوری همه اطلاعات را بطرف لاین ترمینال مخابره می کنند.

مزایای شبکه محلی پسیو نوری Passive Optical LAN

شبکه محلی پسیو نوری POL یک راه حل مؤثر برای ارتباطات مخابراتی هست و می توان پروتکل‌های ارتباطی مختلف را به راحتی به یک معماری شبکه واحد تبدیل کند. پس یکی از مزیت های POL استفاده این تکنولوژی در نصب و راه‌اندازی شبکه‌های بزرگ و گسترده LAN است که دارای تعداد زیادی محیط کاری با پهنای باند متوسط هست.

تکنولوژی POL در موقعیت‌هایی استفاده می شود که به دلیل فاصله انتقال گسترده، به دسته‌های کوچکتر که از یکدیگر فاصله دارند، تشکیل می شوند که نمونه‌هایی از آن‌ها محیط هتل‌ها و پردیس‌ها هستند. یکی دیگر از مزایای فناوری POL در دسترس بودن مستقیم به کاربران نهایی داخل ساختمان‌ها مانند مراکز خرید است. نصب و راه اندازی یک زیرساخت POL در شرایطی به وجود می آید که با فضای محدود برای اجرای کابل‌کشی و توزیع کنندگان طبقه به بهترین وجه مشخص شکل بگیرد.

Passive Optical LAN (شبکه محلی پسیو نوری) براساس زیرساخت شبکه در کابل‌کشی عمومی انجام می شود، که نیازهای چند ساله را مورد استفاده قرار می دهد و ذخایر را برای توسعه آیندگان فراهم می سازد. از دیگر مزایای این تکنولوژی می توانیم به موارد زیر اشاره نماییم :

  1. افزودن قابلیت شبکه و ضریب اعتماد بالای این شبکه بعلت اینکه هیچ ابزار اکتیوی در مسیر نیست.
  2. کاهش هزینه های مرتبط به منابع نوری
  3. زمان کوتاه نصب شبکه
  4. امکان مقیاس افزاینده به طوری که اولاً : مشترک جدید براحتی میتواند به شبکه افزوده شود و دوما : پهنای باند تقسیم شونده به گونه‌ای است که برای هر مشترک بر حسب تقاضای آن فرد تعیین شود.
  5. استفاده از یک فیبر با ۱۲۸ مشترک
  6. پشتیبانی تعداد زیادی از مشترکین تا برد ۲۰ کیلومتر بدون نیاز به تقویت کننده نوری یا ریپیتر 

ساختار شبکه محلی پسیو نوری Passive Optical LAN:

به طور کلی ساختار POL بین خط (line) ترمینال نوری OLT و یونیت ONU بوجود می آید. خط (line) ترمینال‌های نوری در محل اتاق سرور قرار دارد و کافوهای نوری (ONU) در نزدیکی مشترکین قرار می گیرد.

در تکنولوژی pol در هر دو طرف Downstream (مرکز به طرف مشترک) و Upstream (مشترک به طرف مرکز) از طول موج استفاده می شود و طول موج ها بر روی فیبرنوری از طریق واحدهای ماکس و دماکس مالتی پلکس انتقال می یابد.به عبارت دیگری POL را نوعی از WDM می نامند.

برنامه‌ریزی و اجرای شبکه محلی پسیو نوری POL از دو بخش برای توزیع کننده طبقه (Floor distributor) در نظر گرفته شده است. تنها با چنین ساختاری می‌توان به درستی نصب و اجرای Passive Optical LAN را بررسی کرد و مستندسازی بخش‌های خاص را انجام داد.

در انجام کابل‌کشی ساخت یافته کلاسیک، کابل فیبر نوری چند حالته برای backbone کابل‌کشی عمودی برای تغذیه سوئیچ اترنت در توزیع‌کننده طبقه (Floor distributor) مورد استفاده قرار می گیرد. متقارن با آن کابل مسی (زوج به‌هم‌تابیده) برای کابل‌کشی به ترمینال خروجی (پریز) مورد استفاده قرار گرفته است. لازم به ذکر است که کابل‌کشی افقی با کابل مسی (زوج به هم تابیده) محدودیت های خود را در بر دارد.

به دلیل رعایت استانداردها و به حداکثر رساندن مزایا، زیرساخت‌های شبکه نوری محلی LAN باتوجه به دستورالعمل کابل‌کشی ساخت یافته انجام می شود.

استاندار و قوانین آر اند ام (R&M):

معمولاً این استاندارد از شش بخش عملیاتی در تکنولوژی POL تعریف می شود:

  • توزیع کننده ساختمان (Building distributor)
  • بک بن (Backbone cabling)
  • توزیع کننده طبقه (Floor distributor)
  • کابل کشی افقی (Horizontal cabling)
  • نقطه نثبیت (Consolidation point)
  • ترمینال خروجی (Terminal outlet)

 تقسیم بندی شبکه های نوری پسیو Passive Optical LAN از نظر سیستم مالتی پلکسینگ

شبکه های نوری پسیو Passive Optical LAN را می توان از نظر سیستم مالتی پلکس به کار رفته در آنها به شاخه های مختلفی تقسیم کرد.

یکی از راه های جداسازی کانال‌های Upstream در ONU ها که براساس مالتی-پلکسینگ طول موج می باشد Wavelength Divition Multiplexing Access نامید. در این حالت هر ONU در یک طول موج خاص خود به کار گرفته می شود. از نظر تئوری این راه حل یک راه حل ساده است ولی هزینه گرانی برای شبکه دسترسی در بر دارد.

در WDMA یک گیرنده Tuneable (قابل تنظیم) در واحد گیرنده نوری در لاین ترمینال برای دریافت طول موج‌های مختلف لازم دارد.

در تغییر مکان یک مشترک از یک ONU به ONU دیگر طول موج گرفته شده و اختصاصی به مشترک بهم خواهد خورد و سیستم PON بدرستی عمل نخواهد کرد. به کارگیری لیزر از نوع Tunable در ONU میتواند بعنوان راه حلی مطرح شود ولی این نوع واحدهای نوری در تکنولوژی فعلی بسیار هزینه بر است.

در تغییراتی ONU ها مدولاتورهای خارجی را برای مدوله سازی سیگنالهای دریافتی از لاین ترمینال نوری (OLT ) و بازگشت آنها در مسیر Upstream به کار می گیرند. این راه حل نه تنها ارزان نیست بلکه تقویت کننده های جداگانه ای بدلیل تضعیف سیگنال در پروسه انتقال دوطرفه احتیاج دارد. و نیز قطعات نوری گرانقیمت برای محدود کردن سیگنال بازتابشی نیاز است از آنجائیکه در هر دو مسیر Upstream و Downstream همان طول موج بکارمی رود. بنابراین برای انتقال مستقل بایستی N گیرنده در OLT و یک گیرنده در هر واحد نوری ONU داشته باشیم.

در تغییری دیگر ONU ها از LED های ارزان در باند طیفی پهن انشعابی از AWG در مسیر Upstream استفاده می کند ولی همچنان نیاز به چندین گیرنده در OLT بر جای می ماند .

اختیارات مربوط به انتخاب طول موج و پنجره های طول موجی مختلف شامل موارد زیر میباشد که بر اساس نیازهای انتخابی و شرایط شبکه های موجود انتخاب می شوند :

  • CWDM با فاصله 20 نانو متر
  • WWDM با فاصله 4-5 نانو متر
  • DWDM با فاصله 8 دهم نانو متر
  • UDWDM با فاصله کمتر از 4 دهم نانو متر

WDM POL

معماری WDM POL در سال ۱۹۹۰ میلادی تشکیل یافته است و دراین معماری از چندین طول موج با استفاده از تکنولوژی WDM استفاده شده است ولی بنا به دلایلی زیر هنوز مورد استفاده قرا نگرفته است و توپولوژی های دیگرهمچون E-PON و G-PON ترجیح داده می شود این دلایل عبارت است از:

  1. فقدان یک مارکت قابل دسترسی که نیاز به پهنای باند بالا داشته باشد.
  2. تکنولوژی ابزاری نابالغ و فقدان یک شبکه مناسب درخور که پروتکلها و نرم‌افزاری برای این معماری را پشتیبانی کند.

WDMA POL

اگر چه در طی سال‌های اخیر عوامل بالا تعدیل یافته است ولی هنوز مشکلاتی وجود دارد. یک ساختار WDM PON با پشتیبانی چندین طول موج برروی یک فیبر نوری زیرساخت نمی‌تواند تلفات قدرتی اسپلیترهای مورد استفاده در ساختارهای TDMA PON را تحمل کند.

در WDM PON هر واحد نوری (ONU) می تواند در یک نرخ بالا بسوی بیت ریت کامل یک کانال طول موجی عمل نماید وعلاوه براین اختلاف طول موجها ممکن است در بیت ریت های مختلفی در صورت نیاز عمل نماید، به همین دلیل گونه های متفاوتی از سرویسها میتواند بر روی همان شبکه پشتیبانی شود. به عبارت دیگر تنظیمات مختلف طول موجها می تواند برای پشتیبانی از مشترکین PON های مستقل و متمایز بر روی همان قیبر زیرساخت عمل نماید.

در مسیر پائین رونده یک WDM PON کانالهای طول موجی عبوری از لاین ترمینال نوری به واحد نوری توسط یک روتر AWG پسیو که در RN مستقر شده، جمع میشود.

AWG که یک ابزار نوری پسیواست با یک حالت دنباله دار و دوره ای چندین طیف نوری حاصل از ورودی را در پورت خروجی جمع میکند. برای فواصل دوباره استفاده شده در کانال‌های طول موجی لازم است که برای انتقال چندین طول موج به واحدهای نوری یک منبع چند طول موج درلاین ترمینال نوری استفاده شود.

برای مسیر بالارونده ، در لاین ترمینال نوری از یک دمالتی پلکسر WDM موازی با یک گیرنده آرایه‌ای برای دریافت سیگنالهای Upstream استفاده می شود. به علت اینکه ارسال‌های بالارونده و پائین رونده در پنجره های طول موجی مختلف اتفاق می افتد، هر واحد نوری به یک فرستنده-گیرنده برای ارسال و دریافت روی طول موجهای مخصوص به خود مجهز می شود.

این نوع شبکه های نوری پسیو Passive Optical LAN که همان در تقسیم بندی WDMA PON می باشد چندین طول موج در یک رشته از فیبر برای افزایش ظرفیت شبکه بدون افزایش نرخ دیتا بکار می رود. طرح‌های مختلفی پیشنهاد شده است ولی کانون اکثریت معماری شبکه آنها به شیوه هایی است که در آن یک روتر نوری پسیو جایگزین اسپلیتر نوری مورد استفاده در PON های دیگر شده است.

در این طرح هر جفت لاین ترمینال و واحد نوری یک طول موج اختصاصی دارند و بنابراین دو واحد ارسال ودریافت در لینک نقطه به نقطه خود لازم دارند.

یک روتر شبکه های نوری پسیو Passive Optical LAN در محل گره دور قرارداده می شود و توسط AWG یا یک مجموعه ای از فیلترهای فیلم باریک (TFFs) تحقق می یابد. یک AWG می تواند بر روی چندین رنج طیفی آزاد عمل نماید و اجازه دارد درهر دو مسیر بالارونده و پائین رونده مورد استفاده قرار گیرد.

برای بکارگیری AWG در محیط بیرونی نیاز به طراحی خاصی است زیرا یک AWG در حدود 5dB تلفات نوری دارد که این 12dB کمتر از آنچه است که در یک Power Splitter از نوع 1:32 بکار میرود.

معماری WDM PON با استفاده از AWG

یک طراح WDM PON بایستی بر روی اختصاص طول موجها و نیز فاصله آنها مبتنی بر مشخصات مورد نیاز تصمیم بگیرد. در این راستا دو نوع گزینه عمده برای WDM PON وجود دارد:

  1. CWDM-PON
  2. DWDM-PON

کلیه لاین ترمینال‌ها و واحدهای نوری شامل فرستنده و گیرنده و مالتی پلکسر نوری هستند و قسمتهای گیرنده و فرستنده به تلفات و پروتکلهای مربوطه وابستگی دارند و مالتی پلکسرها و دمالتی پلکسرها که در RN گسترش یافته اند متغیر هستند.

CWDM-PON

فواصل طول موجی بیشتر از 20 نانو مترعموماً CWDM نامیده میشود. اینترفیس‌های نوری که برای CWDM استاندارد شده است می توان در ITU G.695 یافت و در اینجا طیف شبکه ای برای CWDM تعریف شده است.

اگر رنج طول موجی کامل 1271-1611 نانو متر که در استاندارد ITU G694.3 آورده شده است بصورت فواصل 20 نانو متر بکار روند، پس در مجموع 18 کانال CWDM قابل دسترسی خواهد بود. یک نوع از فیبر نوری که در استاندارد ITU G.652 C&D تعریف شده است و دارای خاصیت مولفه پیک آب پائین است و تلفات توانی آن نیز در رنج 1410-1370 نانو متر حذف شده است، به عنوان فیبر نوری تک مد برای طیف پهن ارسال (CWDM) می تواند بکار برود.

پارامتر دیسپرشون به گسترش سیگنال بستگی دارد و این پارامتر ممکن است فاصله انتشار را بطوری که نرخ اطلاعات بالاتر شود محدود نماید. از این رو تنظیم محض طول موج ها برای شبکه نوری پسیو از نوع CWDM نیاز نیست و قسمت کنترل حرارتی لازم ندارد و ایجاد آن نسبت به DWDM-PON ارزان تر است. از این رو طول موج مالتی پلکسر با کراستاک (همشنوائی ) پائین می تواند بطور آسان تر برای CWDM انجام وظیفه نماید.

ولی بزرگترین اشکال CWDM محدودیت تعداد کانال های آن است. اشکال دیگر این سیستم این است که کانال های طول موج کوتاه تر تلفات بالائی را تحمل می کند، در نتیجه محدودیت فاصله ارسال یا محدودیت نرخ انشعاب را به همراه خواهد داشت.

یک مثال خلاصه برای CWDM-PON می تواند تحت نام Triple Play می توان پیدا کرد که سرویس شبکه نوری پسیو کانال طول موجی ۱۵۵۰ نانو متر را برای ویدئوی CATV و 1490 نانو متر را برای Downstream و 1310 نانو متر را برای Upstream بکار می برد. در یک کاربرد توسعه یافته کانالهای 1480-1360 نانو متر CWDM برای سرویس تجاری مرغوب بکار میرود و سرویسهای Triple Play عادی برای مشترکین عادی بکار می رود.

DWDM-PON

این نوع شبکه های نوری پسیو Passive Optical LAN با ساختار WDM چگالی بالا، دارای فواصل طول موجی به مراتب کوچکتر از CWDM در حد کمتر از 3 نانو متر است.

DWDM برای ارسال طول موج های زیادی در یک پهنای باند محدود گسترش یافته است و انتظار می رود که برای تهیه پهنای باند کافی برای مشترکین زیاد، بسیار مفید باشد و به سیستم نهائی PON بکار رفته وابسته است.

برای شبکه لیزری سیستم DWDM از نوع نقطه به نقطه، استاندارد ITU G.602 پهنای باند 100گیگا هرتز با یک طول موج مرکزی 1553.52 نانو متر بر روی طول موج ناحیه ای 1528.77-1563.86 نانو متر را توصیه می کند.

این فضای 100 گیگا هرتز برای اکثر سیستم های DWDM بکار برده شده است ولی فضای 50 گیگا هرتز لیزر دیود و فیلترهای نوری بیشتر بصورت تجارتی قابل دسترس هستند و آنها می توانند برای افزایش تعداد کانالها و همچنین طول موجهای بدست آمده بالای 1600 نانو متر بکار برده شوند.

برای بهره گیری از ویژگی پریودیک AWG ، میتوان با یک AWG در گره ریموت (RN) برای مالتی پلکسینگ و دمالتی پلکسینگ در مسیرهای بترتیب Downstream و Upstream استفاده نمود. در یک DWDM-PON طول موج هر منبع نوری و طول موج مرکزی فیلت WDM بایستی برای دوری جستن از کراستاک بین کانالهای مجاور کنترل گردد.

بنابراین هزینه DWDM-PON شبکه های نوری پسیو Passive Optical LAN بدلیل نیاز به ابزارهای تنظیم طول موجی و کنترل درجه حرارت بیشتر از CWDM-PON است.