البصريات المتماسكة في الاتصال بين مراكز البيانات: من ١٠٠ جيجابت/ثانية إلى ٨٠٠ جيجابت/ثانية والطريق نحو ١,٦ تيرابت/ثانية

السوق قطاع ربط مراكز البيانات تطور بشكل كبير خلال العقد الماضي. فقبل عقدٍ من الزمن، كانت تقنياته تُستخدم أساسًا في شبكات الاتصالات الهاتفية طويلة المدى. أما اليوم، فهي تشكّل حجر الزاوية في اقتصادنا القائم على الحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي. وتتمثّل التقنية البصرية المترابطة في صميم هذا التطور، حيث تُوفّر السعة التي يحتاجها اقتصادنا الرقمي. فإذا كنتَ مشغّل شبكة تفكّر في المستقبل، فمن الحيوي أن تمتلك فهمًا راسخًا للتاريخ لتساعدك في بلورة استراتيجيتك القادمة لربط مراكز البيانات.

لماذا أصبحت البصريات المترابطة ضرورية لربط مراكز البيانات

كانت الطريقة الأصلية للاتصالات البصرية تعتمد على الكشف المباشر، حيث كانت تُحوَّل سعة الضوء فقط. ومع ازدياد السرعات، وصلت هذه التقنية الأساسية إلى حدٍّ أدى إلى توقفها. لكن في البصريات التماسكية، تُنقل المعلومات من خلال تغيرات في السعة والطور، بل ويمكن إرسالها عبر الاستقطابين في وقتٍ واحد. وهذا يعني أن عدد البتات التي يمكن نقلها عبر إشارة ضوئية واحدة يزداد بشكل كبير.

تعتمد الابتكارات التكنولوجية على تقنية تُسمَّى معالجة الإشارات الرقمية (DSP). وعلى جانب المستقبل، تقوم الخوارزميات المستندة إلى معالجة الإشارات الرقمية بتصحيح التشوهات البصرية مثل التشتت اللوني وتشتت وضع الاستقطاب، والتي تُفسِد الإشارة عادةً أثناء انتقالها عبر الشبكة. والنتيجة هي زيادة هائلة في الكفاءة الطيفية، وقدرةٌ على تحقيق نقل عالي السرعة وطويل المدى وعالي السعة لا يمكن لتكنولوجيا الكشف المباشر أن تُنافسها. وبالفعل، أصبحت تقنية الإرسال التماسكي المعيار الفعلي اليوم عند سرعات تبلغ ١٠٠ جيجابت في الثانية وما فوق، وعلى مسافات تصل إلى ٤٠ كيلومترًا وأكثر.

التطور من تقنية التماسك ١٠٠ جيجابت إلى ٨٠٠ جيجابت

كان الانتقال من ١٠٠ جيجابت إلى ٨٠٠ جيجابت نتيجةً للاستمرار في الابتكار في كلٍّ من وحدات معالجة الإشارات الرقمية (DSP) وتقنيات تصنيع أشباه الموصلات. وكانت أول وحدات البصريات التماسكية ضخمة الحجم واستهلاكها للطاقة مرتفعٌ جدًّا. أما وحدات البصريات التماسكية بسرعة ١٠٠ جيجابت فهي أول تحول رئيسي، لأن هذه الطريقة سمحت بإنشاء روابط طويلة المدى دون الحاجة إلى مُجدِّدات إشارة وسيطة.

ما أحدث تحوّلًا محوريًّا في الانتقال إلى سرعة ٤٠٠ جيجابت في الثانية هو توافر وحدات التوصيل المتماسكة. فعلى سبيل المثال، تجمع منتجات مثل QSFP-DD معالج إشارات رقميًّا متماسكًا عالي الكفاءة مع مكوّنات بصرية وتقنيات تعديل حديثة في هيكل واحد يمكن توصيله مباشرةً في منافذ أجهزة التوجيه. وقد أدّى ذلك إلى اندماج تقنيتي الشبكات البروتوكولية (IP) والبصريات، مع هياكل أبسط وتكاليف تشغيل أقل. كما أن التقدّم في عمليات تصنيع شرائح CMOS أدى أيضًا إلى معالجات إشارات رقمية أسرع وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، ما يمكّن الجيل الحالي من وحدات التوصيل بسرعة ٨٠٠ جيجابت في الثانية.

كيف تُمكّن التقنية المتماسكة تحقيق سعات أعلى ومدى أطول

توفر الأنظمة المتماسكة مزاياها من خلال عدة تقنيات رئيسية.   أولاً، توجد أنظمة ذكية للتنميط. فعلى سبيل المثال، باستخدام تقنية DP-16QAM (التنميط الرباعي ذي السعة ١٦ مع الاستقطاب المزدوج)، يتم تعبئة عدة بتات داخل كل رمز، ما يرفع كفاءة استخدام الطيف وبالتالي يزيد معدل نقل البيانات لكل طول موجي بشكل كبير. وثانياً، وباستخدام التعددية الاستقطابية، يمكن إرسال إشارتين بشكل مستقل على نفس الطول الموجي، مما يضاعف سعته.

ثالثاً، يمكن لمحرك معالجة الإشارات الرقمية المدمج تعويض تشوهات الألياف البصرية في الزمن الحقيقي، ما يجعل الإرسال الموثوق ممكناً على مسافات أبعد من مدى أنظمة الكشف المباشر. وبدمج جميع هذه العناصر—أي المعدل العالي للرموز في الثانية (baud rate)، والتنميط المتقدم، ومعالجة الإشارات الرقمية القوية—أصبحت الأنظمة التماسكية اليوم قادرة على تجاوز القيود التي تحدّ من مدى أنظمة الكشف المباشر إلى أقل من ١٠٠ كيلومتر عند سرعات تفوق ٤٠٠ جيجابت/ثانية على طول موجي واحد.

DCO وZR وZR+: اختيار التكنولوجيا البصرية المناسبة

هذا يعني أن مشغلي الشبكات يبقون أمام مجموعة متنوعة من أنواع وحدات البصريات المتماسكة القابلة للتوصيل للاختيار منها. ومعرفة الفروق بينها أمرٌ بالغ الأهمية لاتخاذ الخيار المناسب.

البصريات المتماسكة الرقمية (DCO): وهذا المصطلح العام للمرسلات/المستقبلات المتماسكة التي تضم محرك معالجة الإشارات الرقمية (DSP) داخل الوحدة نفسها. وبذلك تُلغى الحاجة إلى معالجة خارجية.

معيار OIF 400ZR: وهذا هو الشرط الأساسي لوظائف وحدات 400G المتماسكة القابلة للتوصيل. وهي مخصصة لتطبيقات الربط بين مراكز البيانات في المناطق الحضرية (DCI) بنظام النقطة-إلى-النقطة، على امتداد شريحة واحدة تصل إلى نحو ١٢٠ كم. ويضمن هذا المعيار التوافق التشغيلي بين مورِّدين متعددين، لكنه يستخدم معدل نقل ثابت ونسق تعديل ثابت.

ZR+ (المدى الموسَّع): وعادةً ما يشير هذا المصطلح إلى وحدات تفوق المتطلبات الأساسية لمعيار 400ZR، وذلك عبر توفير طاقة إرسال أعلى، وتصحيح أخطاء أمامي (FEC) متفوق، والقدرة على دعم نُسق تعديل مختلفة لمسافات أطول (٦٠٠ كم فما فوق) أو لتحقيق التوافق مع أنظمة التوجيه الضوئي القابلة لإعادة التكوين (ROADM). وبما أن مصطلح «ZR+» هذا قد يكون امتداداً خاصاً بالمورِّد ومملوكاً له، فقد تختلف مواصفاته من مورِّدٍ لآخر.

OpenZR+: يُوصف عادةً بـ«أفضل ما في عالمَين»، وهي تكنولوجيا قابلة للتشغيل البيني بين مورِّدين متعدِّدين، وتوفِّر معدلات تعديل قابلة للاختيار عبر البرمجيات تتراوح بين ١٠٠ جيجابت/ثانية و٤٠٠ جيجابت/ثانية، مع مدى يماثل حلول المرسلات المخصصة. وهي الخيار الأول لمزودي خدمات الإنترنت الصغيرة والمتوسطة (SMB ISPs) والمؤسسات التي تقدِّر المرونة دون الارتباط بمورِّد واحد.

تخفيض التكلفة لكل بت عبر استخدام أجهزة بصرية ذات سرعات أعلى

السبب الاقتصادي لاعتماد أجهزة بصرية ترابطية ذات سرعات أعلى واضحٌ. فعند زيادة معدلات نقل البيانات على مسار واحد، تنخفض التكلفة لكل بت منقَل بشكل كبير. وبانتقال مزوِّدي الخدمات من ١٠٠ جيجابت/ثانية إلى ٤٠٠ جيجابت/ثانية أو ٨٠٠ جيجابت/ثانية، يمكنهم نقل بيانات تصل إلى ٤ أضعاف أو ٨ أضعاف الكمية عبر البنية التحتية للألياف الحالية، دون زيادة كمية الأجهزة أو المساحة أو الطاقة المستهلكة بنفس النسبة.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الوحدات الترابطية القابلة للتوصيل تلغي الحاجة إلى رفوف مرسلات منفصلة، مما يقلِّل عدد الأجهزة في الشبكة ويُبسِّط عملية الإدارة. تستفيد أحدث أجيال الوحدات من رقائق معالجة الإشارات الرقمية المتطورة لتحقيق انخفاضٍ يصل إلى ٣٠٪ في استهلاك الطاقة لكل بت مقارنةً بالأجيال السابقة. وبالنسبة لمزودي خدمات الإنترنت الصغيرة والمتوسطة الحريصين على كفاءة استهلاك الطاقة، يُترجم هذا فعليًّا إلى خفضٍ مباشر في النفقات التشغيلية وانخفاضٍ في البصمة الكربونية.

المسار المستقبلي نحو نقل الإشارات التماسكية بسعة ١,٦ تيرابت في الثانية.

وقد بدأ القطاع بالفعل في رسم مسار القفزة التالية: ١,٦ تيرابت في الثانية. وتقوم هيئة الواجهات البصرية المفتوحة (OIF) حاليًّا بوضع اتفاقيات تنفيذ لمعايير ١٦٠٠ZR و١٦٠٠ZR+. وستستفيد هذه المعايير من تطورات إضافية في تقنية CMOS لزيادة معدلات الباود (Baud rates) واعتماد صيغ تعديل أكثر تقدمًا، ومن بينها تشكيل مجموعة النقاط الاحتمالية القابلة للتشغيل البيني (PCS). .

وتستعد شركة سينو-تيلكوم بالفعل لهذا المستقبل. فمنصتها STN6800-D16-1U الخاصة بالاتصالات الداخلية بين المراكز البيانات (DCI) تدعم اليوم سعة تصل إلى ٦,٤ تيرابت في الثانية لكل موقع، وبمعدلات نقل على جانب الخط تصل إلى ٤٠٠ جيجابت في الثانية. والـ منصة STN6800-D16 مُصمَّمٌ لِلتَّطوُّرِ السَّلسِ إلى ٨٠٠ جيجابت في الثانية، وتوفِّر حَلُّنا المتماسك ذو السِّعة الكبيرة للاتصال بين مراكز البيانات عبر الحلقة مسارًا واضحًا للترقية إلى ٤٨ طول موجيًّا بسعة ٨٠٠ جيجابت في الثانية. وهذا يضمن أن تبقى استثماراتك آمنة للمستقبل، وقادرة على التوسُّع مع نموّ أعمالك بينما تتزايد متطلبات عرض النطاق الترددي باستمرار. ونعمل، ونحن في طليعة الابتكار البصري، على تصميم أنظمتنا لتدمج أحدث تقنيات الاتصال المتماسك، من ٤٠٠ جيجابت في الثانية إلى ٨٠٠ جيجابت في الثانية وما بعدها، مما يضمن أن يواكب شبكتك عصر الذكاء الاصطناعي.

الخاتمة

منذ تلك الحقبة التي سادت فيها وحدات الإرسال والاستقبال (ترانسبوندر) الثقيلة بسعة ١٠٠ جيجابت في الثانية، شهدت تقنية الاتصال البصري المتماسك تحوّلًا جذريًّا مع ظهور وحدات الإرسال القابلة للتوصيل (بلوغابل) بسعة ٤٠٠ زد آر/٨٠٠ زد آر، ثم التطور نحو ١,٦ تيرابت في الثانية. وبالمقارنة مع وحدات الشبكة الضوئية المرنة (أوتِن) أو وحدات الإرسال والاستقبال السابقة، تحقِّق البصريات المتماسكة كفاءة طيفية متفوِّقة على مستوى فئتها. ومع التحسينات المحقَّقة في معالج الإشارات الرقمية (دي إس بي) وتقنيات التعديل، أصبح بالإمكان تحقيق مدى انتشار أطول، وتخفيض هائل في التكلفة لكل بت، كما أصبح نقل البيانات بسرعات عالية متاحًا لتطبيقات الاتصال بين مراكز البيانات في نطاقات المدن والمناطق والمسافات الطويلة. واليوم، ومن منصة OTN وحدية STN6800 D16 (وحدة واحدة ارتفاعها ١ وحدة راك، سعة ٦,٤ تيرابت في الثانية / وحدتان ارتفاعهما ٢ وحدة راك، سعة ١٢,٨ تيرابت في الثانية) ، أنظمة متكاملة للنطاق الكامل القابلة للتوصيل (400ZR، OpenZR+، 800ZR/800LR)، وأنظمة خطوط حديثة تغطي نطاقات C وL، وأنظمة إدارة شبكية مفتوحة (NMS) تدعم ميزات SNMP وNETCONF؛ وبفضل هذه المزايا، تضمن شركة Sino Telecom لمُقدِّمي الخدمات والشركات الهاتفية القدرة على اختيار الحلول المتماسكة الأنسب: إما معدل تثبيت ثابت لروابط النقطة-إلى-النقطة البسيطة، أو تقنية ZR+ للمسافات الأطول والتوافق مع أنظمة ROADM، أو تقنية Open ZR+ لدعم التكامل بين مورِّدين متعددين، أو تقنية Open ZR لأقصى درجات الانفتاح. كما نضمن إمكانية الترقية السلسة إلى سعة ١,٦ تيرابت في الثانية دون الحاجة إلى استبدال كامل للمعدات (forklift). وبصفتها أحد كبرى مورِّدي حلول الربط بين مراكز البيانات (DCI) عالميًّا، والتي سلَّمت بالفعل أكثر من ١٠٠٠٠٠ وحدة إلى ما يزيد عن ٣٠ دولة حول العالم، وتتمتَّع بموثوقية مثبتة ميدانيًّا، وسلاسل توريد قوية، وفريق خبراء فنيين ذوي خبرة عميقة، فإن عروض شركة Sino Telecom توفر أشمل الخيارات لتلبية المتطلبات المتنوعة لمشاريع الربط بين مراكز البيانات، بدءًا من مزوِّدي خدمات الإنترنت الصغيرة والمتوسطة (SMB ISP) وصولًا إلى مشغِّلي السحابة من الفئة الأولى (tier-1 cloud operators). لا تتردد في التواصل مع فريق خبراء المبيعات لدى شركة Sino Telecom للحصول على عرض أسعار. ونحن نقدِّم لك وثائق المواصفات الفنية (datasheets)، ودراسات الحالة (case studies)، وأفضل الممارسات التشغيلية (deployment best practices) المصمَّمة خصيصًا لحل شبكتك القادمة للربط بين مراكز البيانات، مستفيدين من ابتكاراتنا المتماسكة التي تمتد على مدى عقدٍ كامل.