فیبرنوری در شبکه ارتباطات زیرساخت

مقدمه: سرعت تحولات و پیدایش فناوری های نوین ، تنوع خدمات پیشرفته و تقاضای فزاینده برای این خدمات ، لزوم استفاده بهینه از منابع مالی و انسانی و گسترش روز افزون بازار رقابت ، موجب گردیده تا نگرش به صنعت مخابرات در قیاس با سایر صنایع متفاوت باشد . این نگرش هوشمندانه مبین این واقعیت است که فناوری اطلاعات و ارتباطات ، نیروی محـرکـه تــوسعه در همه ابـعـاد اسـت و ایـن مـهم ، ضـرورت های توسعه را متجلی می گرداند .

در این راستا شرکت ارتباطات زیرساخت در برنامه های پنجساله، توسعه شبکه های مخابراتی مبتنی بر فناوری نوری را در دستور کار خود قرار داد :

اهداف طرح

1- پاسخ دهی به نیازهای ارتباطی برنامه های توسعه‌ی کشور

2- بستر سازی برای حضور شرکت های دولتی و غیر دولتی در بازار مخابرات

3- سوق دادن جامعه به سمت جامعه اطلاعات

4- سرعت بخشیدن به توسعه اقتصادی و اجتماعی

5- ارائه خدمات مورد نیاز جامعه در حد مطلوب

6- رفع موانع و تنگناها برای پیاده سازی دولت الکترونیکی

7- حضور موثر در دهکده جهانی

8- ایجاد زیرساخت لازم برای تجارت الکترونیکی

9- ایجاد شاهراه ارتباطی جهت حمل ترافیک

10- ایجاد قطب ارتباطات منطقه ای در داخل کشور و تقویت توان راهبردی

11- امکان حضور گسترده و فعال در تمام نقاط کشور از طریق نقاط حضور (POP )

12- حضور در بازار رقابتی

13- امکان دسترسی به شبکه های نوری یکپارچه

14- ایجاد شبکه یکپارچه مخابراتی توسعه پذیر و قابل انعطاف

برای نیل به اهداف فوق ، نیاز به بستر مخابراتی با پهنای باند وسیع و مطمئن است . در این راستا فیبر نوری با مزایای زیر به کار گرفته شد :

1- تضعیف پایین

2- قیمت تمام شده مناسب

3- سهولت کار کابل کشی به دلیل سبک بودن

4- عدم نویز پذیری

5- عدم تأثیر ناپذیری از عوامل خارجی ( مانند میدانهای الکتریکی و مغناطیسی )

6- امنیت بالا به علت شنود ناپذیری (در مقابل سیستم های رادیویی)

7- عدم همشنوایی

8- پهنای باند وسیع و مطمئن

9- شبکه سازی مطمئن با قابلیت انعطاف

10- قابلیت ایجاد شبکه همگرا

11-

لذا اکنون امکان ارائه خدمات مختلف در هر زمان و در هر مکان و برای هر کس فراهم آمده است.

شبکه یکپارچه نوری ایران با پهنای باندی در حدود ترا هرتز ( Tr Hz ) متشکل از بزرگراه هایی برای ارسال و دریافت بهنگام اطلاعات است. بطوریکه بدون وجود این فناوری دقیق و حساس ، امکان ارائه خدمات چندرسانه ای میسر نیست . با وجود شبکه یکپارچه نوری ایران ، می توان حجم اطلاعات بسیار زیادی را جابجا نمود و شرکت ارتباطات زیرساخت ایران با استفاده از توانمندی های آن قادر است بعنوان قطب مخابراتی در منطقه عمل نموده و کشورهای مختلف همسایه را نیز به هم متصل سازد .

خدمات بالقوه شبکه ملی فیبرنوری ایران

خدمات مخابراتی از اجزاء عمده اقتصاد ملی و جهانی بشمار می روند زیرا علاوه بر
سود آوری هنگفت نقش اساسی و محوری در ارتقاء سطح اقتصادی ، اجتماعی و فرهنگی ایفا می نمایند . به همین دلیل شرکتهای بسیاری راغب به سرمایه گذاری در بخشهای مختلف شبکه مخابرات گردیده اند. این سرمایه گذاریها گردش مالی مطلوب، ارائه خدمات متنوع وگسترده ، تبعات اجتماعی مانند ایجاد اشتغال ، بهبود وضع بهداشت و درمان ، ارتقاء سطح دانش عمومی و تخصصی ، امنیت ، صرفه جویی در وقت و انرژی و … بسیاری دیگر را در پی دارند.

با توجه به اینکه شبکه یکپارچه نوری ایران واسط میان شبکه های محلی، شهری و منطقه ای است بخش مهمی از خدمات قابل ارائه از طریق شبکه ی نوری ایران مستلزم پیش بینی و عرضه این سرویس ها در LAN ها و شبکه های شهری متصل به شبکه یکپارچه نوری ایران است که عبارتند از :

v ارسال داده با سرعت بالا

v تلفن تصویری

v ویدئو بر اساس تقاضا Video on – demand

v پزشکی از دور

v آموزش از دور

v اینترنت پرسرعت

v ارسال متن ( Text )

v کنترل خانه از دور

v ارسال فایلهای با حجم زیاد

v ویدئو کنفرانس

v بانکداری الکترونیکی

v خرید از دور

v خدمات صوتی با کیفیت بالا

v خدمات چند رسانه ای ( Multi Media )

v ارائه پهنای باندهای مختلف به متقاضیان بر اساس درخواست آنها

در این پایان نامه، ساختمان و شیوه ی عملکرد فیبر نوری مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا با بیان مزایا وکاربردهای فیبرنوری با این رسانه ی انتقال آشنا می شویم. درادامه با بررسی چند قانون فیزیک نور، چگونگی انتقال نور در فیبر نوری را مطالعه می کنیم. مطالب بعدی ، انواع مختلف فیبر نوری و چگونگی ساخت فیبر هستند.

در بحث شبکه بندی به وسیله ی فیبر، پس از مطالعه ی چگونگی کابل کشی به وسیله ی فیبر ها، به بررسی مدل های نوری و انواع توپولوژی های قابل به کارگیری در شبکه بندی به وسیله ی فیبر نوری می پردازیم. در پایان دو طرح عملی پیاده سازی شده، که در آن از فیبر نوری به عنوان رسانه ی انتقال استفاده شده است، مورد بررسی قرار می گیرد.

فهرست مطالب :

مقدمه 1

فصل­اول : آشنایی با فیبرنوری 3

1-1- تاریخچه­ی فیبرنوری 4

1-2- مزایای تارهای نوری 5

1-2-1- قیمت ­پایین 5

1-2-2- استحکام کششی مناسب 5

1-2-3- پهنای باند وسیع 5

1-2-4- محافظت در مقابل تداخل و تزویج 6

1-2-5 ایزولاسیون کامل الکتریکی 6

1 -2-6- امنیت 6

1-2-7- مصونیت در مقابل خوردگی 7

1-2-8- غیرقابل اشتعال بودن 7

1-2-9- وزن کم و قطرکوچک 7

1-2-10- اتلاف پایین 7

1-2-11- نصب و نگهداری آسان­تر 8

1-2-12- فرستنده­هایی با قیمت کمتر 8

1-2-13- انعطاف پذیری 8

1-3- کاربردهای مخابرات تارنوری 9

فصل­دوم : فیزیک موجبرهای نوری 16

1-2- طبیعت نور 17

2-1-1- تعاریف و قوانین نور 17

2-1-1-1- ضریب شکست 17

2-1-1-2- پدیده­های تابش ، انعکاس و انکسار 19

2-1-1-3- قوانین اسنل 20

2-1-1-4- حالت­های مختلف تابش نور در دو محیط مختلف(N1>N2) 21

2-2- انتقال نور در فیبرنوری 22

2-2-1- طیف الکترومغناطیسی 22

2-2-2- زاویه­ی پذیرش 24

2-2-3- انتشارنور با استفاده از شعاع نوری(نورهندسی) 24

2-2-4- انتشارنور با استفاده از آنالیزمدی(نورموجی) 25

2-2-5- تئوری مد در فیبرنوری 25

فصل­سوم : چگونگی انتقال 26

3-1- چگونگی انتقال 27

3-1-1- منشاء پیام 27

3-1-2- مدولاتور 28

3-1-3- منبع موج حامل 28

3-1-4- تزویج­کننده­های کانال(ورودی) 29

3-1-5- کانال ارتباطی 29

3-1-6- تزویج­کننده­های کانال(خروجی) 30

3-1-7- آشکارساز 30

3-1-8- پردازشگرسیگنال 30

3-1-9- پیام خروجی 31

3-2- عناصرخط انتقال فیبرنوری 32

3-2-1- رابطه­ی توزیع­کننده­ی داده­ها در شبکه­ی فیبرنوری( FDDI) 33

3-2-2- شبکه­ی نوری سنکرون(SONET) 34

3-2-2-1- مشخصات SONET 35

3-2-3-فرستنده­های نوری 35

3-2-3-1- ویژگی­های منابع نور مورداستفاده در سیستم­های نوری 35

3-2-3-2- تفاوت نور لیزر و نورمعمولی 37

3-2-3-3- خصوصیات دیودمنتشرکننده­ی نور 38

3-2-3-4- خصوصیات دیودلیزری 38

3-2-4- آشکارسازهای نوری(OPTICAL DETECTOR) 38

فصل چهارم : ساختمان فیبرنوری 40

4- ساختمان فیبرنوری 41

4-2- شیمی موجبرهای نوری 41

4-2-1- شیشه شیلیکای گداخته 41

4-2-2- تولید شیشه سیلیکای گداخته 44

4-2-3- خصوصیات ماده 45

4-3- انواع فیبرنوری 46

4-3-1- انواع کابل فیبرنوری ازنظرشیوه­ی انتقال 46

4-3-1-1- فیبرچندحالته 47

4-3-1-1-1- انواع فیبرهای چندحالته 47

4-3-1-2- فیبرتک حالته 48

4-3-2- انواع کابل فیبرنوری ازنظر حفاظت 49

4-3-2-1- LOSS BUFFER 49

4-3-2-2- TIGHT BUFFER 50

4-3-3- انواع کابل فیبرنوری از نظر روکش 50

4-3-3-1- IN DOOR 51

4-3-3-2- OUT DOOR 52

4-3-3-3- IN DOOR – OUT DOOR 52

4-3-4- انواع کابل فیبرنوری ازنظر ماده­ی سازنده 53

4-3-4-1- کابل فیبرنوری شیشه­ای 53

4-3-4-2- کابل فیبرنوری پلاستیکی 54

4-3-4-2-1- کاربردهای کابل فیبرنوری پلاستیکی 57

4-3-4-3- کابل نوری با پوشش پلیمرسخت 58

4-3-4-3-1- خصوصیات کابل فیبرنوری با پوشش پلیمر سخت 59

4-4- تکنولوژی ساخت 59

4-4-1- روش بوته مضاعف 60

4-4-2- سیلیس رسوب یافته­ی دپ­شده(DDS) 60

4-4-2-1- رسوب بیرونی 61

4-4-2-2- رسوب محوری 62

4-4-2-3- رسوب داخلی 63

4-4-3- کشیدن تار 65

4-4-3-1- سیلیس پوشش شده با پلاستیک 66

فصل پنجم : طراحی شبکه­ی کابل 67

5- طراحی شبکه­ی کابل 68

5-1- جنبه­های طراحی مکانیکی 68

5-2- تزویج کننده 69

5-2-1- تزویج عدسی 70

5-2-2- تزویج سربه­سر 71

5-3- اتصال دو فیبر به صورت دائمی(SPLICE) 72

5-3-1- اتصال دائمی دو فیبر به روش همجوشی 73

5-3-2- اتصال دائمی دو فیبر به روش قفل شدن 74

نتیجه­ گیری 75

خلاصه 78

پیوست­ها 80

فهرست منابع 106 فهرست شکل­ها :

فصل اول

شکل 1-1 صوت سنج زیردریایی 12

فصل دوم

شکل 2-1 نمایش موج کروی ، صفحه­ای و شعاع­های نوری 18

شکل 2-2 پدیده­های تابش ، انعکاس و انکسار 20

شکل 2-3 نمایش زوایای تابش و شکست در حالت­های گوناگون 21

شکل 2-4 طیف امواج الکترومغناطیسی 23

شکل 2-5 انواع قطبش 24

فصل سوم

شکل 3-1 جزئیات یک سیستم مخابراتی 27

شکل 3-2 حلقه SONET های شبکه 34

شکل 3-3 دیودهای لیزری 38

شکل 3-4 فتودیود نیمه­هادی 39

فصل چهارم

شکل 4-1 چسبندگی شیشه سیلیکای گداخته 43

شکل 4-2 ضریب شکست SIO2 با مواد تغلیظ کننده­ی مختلف 44

شکل 4-3 فیبرچندحالته با ضریب شکست پله­ای 47

شکل 4-4 فیبر چندحالته با ضریب شکست تدریجی 48

شکل 4-5 فیبرتک حالته 49

شکل 4-6 TIGHT BUFFER و LOSS BUFFER 50

شکل 4-7 دو نمونه از کابل­های IN DOOR 51

شکل 4-8 دو نمونه از کابل­های OUT DOOR 52

شکل 4-9 چهارنمونه از کابل­های IN DOOR – OUT DOOR 53

شکل 4-10 اجزاء فیبرنوری شیشه­ای 54

شکل 4-11 مقایسه­ی اندازه­ی POF با سایر فیبرهای نوری 55

شکل4-12 مقایسه­ی وزن POF با سایر کابل­های شبکه 56

شکل 4-13 طول موج POF 57

شکل 4-14 ساختار فیبرنوری H-PCF 59

شکل 4-15 فرآیند ساختار تار با روش بوته مضاعف 60

شکل 4-16 رسوب­دهی بخار شیمیایی بیرونی (CVD بیرونی) 62

شکل 4-17 رسوب­دهی بخارمحوری 63

شکل 4-18 CVD اصلاح شده 64

شکل 4-19 MCVD غنی­شده با پلاسما 64

شکل 4-20 سیستم کشیدن و پوشش دادن تار 65

فصل پنجم

شکل 5-1 اساس تزویج لنزی 70

شکل 5-2 اساس تزویج سربه­سر 70

شکل 5-3 (A) جابه­جایی محورتارها ، (B) ناهم­محوری زاویه­ای تارها ، (C) جدایی سرهای انتهایی تارها 71

شکل 5-4 چندنمونه از اتصال دائم 72

شکل 5-5 دو نمونه دستگاه FUSION SPLICER 73

شکل 5-6 یک نوع دستگاه FUSION SPLICER 73

شکل 5-7 دستگاه FIBR LOCK ساخت شرکت 3M 74

فهرست جدول­ها :

فصل اول

جدول 1-1 کاربردهای تارنوری 13

فصل دوم

جدول 2-1 ضریب شکست اجسام 19

فصل چهارم

جدول 4-1 تعریف چندین مقدار درجه حرارت برای شیشه سیلیکای گداخته با LOGŋ 43

جدول 4-2 مشخصات شیشه سیلیکای گداخته 46