الاتصال بين مراكز البيانات لمسافات فائقة الطول: كيف تُمكِّن البصريات التماسكية من إرسال الإشارات على مسافة ٢٦٠٠ كيلومتر

الاتصال بين مراكز البيانات لمسافات فائقة الطول: كيف تُمكِّن البصريات التماسكية من إرسال الإشارات على مسافة ٢٦٠٠ كيلومتر

وبما أن الحوسبة السحابية وأحمال الذكاء الاصطناعي والتخزين الموزَّع لا تزال تزداد باطراد، فإن الطلب على خدمات اتصالات البيانات المركزية بلغ مستويات غير مسبوقة. ويسعى مصممو شبكات مراكز البيانات إلى القدرة على دعم الاتصالات عبر آلاف الكيلومترات، على مسافات شديدة البُعد، دون الحاجة إلى إجراء سلسلة مكلفة من عمليات إعادة التوليد الإلكترونية. وهنا بالضبط تكمن الأهمية البالغة للبصريات المتماسكة. شركة سينو-تيليكوم للتكنولوجيا المحدودة أظهرت الشركة نقلًا بسعة ٢٠٠ جيجابت في الثانية عبر مسافة ٢٦٠٠ كيلومتر — وهذه تطبيقٌ واقعيٌّ وليس نظريًّا.

ما الذي يجعل النقل على المدى الطويل تحديًّا بالغ الصعوبة؟

إرسال الإشارات عبر مئات وآلاف الكيلومترات من الألياف البصرية يخضع لمجموعةٍ من التحديات الفيزيائية. وعند اجتياز الإشارة لمئاتٍ وآلافٍ من الكيلومترات عبر الألياف، تظهر عدة تشوهات في الإشارة، ومن بينها على سبيل المثال لا الحصر: التشتُّت اللوني (CD)، والتشتُّت التفاضلي للقطبية (PMD)، وتدهور نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء (OSNR) بشكل عام. أما جهاز الإرسال والاستقبال الذي يعمل بتقنية التعديل بالشدة والكشف المباشر (IM-DD)، فيحاول أساسًا التمييز بين مستويات معينة من الإشارة، دون أن يتضمَّن آلياتٍ مضمنةً لمكافحة التشتُّت والضوضاء.

غالبًا ما تعتمد هذه الأنظمة على عمليات التحويل الضوئي-الكهربائي-الضوئي (OEO) لإعادة توليد الإشارات. وعلى الرغم من أن هذه الطريقة أثبتت فعاليتها من حيث سعة النقل، فإنها ترتب تكاليف إضافية تتعلق بالتأخير الزمني واستهلاك الطاقة، فضلًا عن التعقيد الذي يطرأ عند تنفيذها داخل أي نظام راوتر معين. وبالمقارنة، فإن مسارٍ بطول ٢٦٠٠ كيلومترٍ، يتطلَّب تركيب ٣٥ مُجدِّدًا بصريًّا، لا يُعَدُّ حلًّا عمليًّا عند استخدام تقنية IM-DD.

التقنية المترابطة وراء نقل الإشارات لمسافات طويلة — قصة نجاح شركة سينو-تيلكوم

البصريات المتماسكة هي تكنولوجيا انتقالٍ أكثر تقدُّمًا تعتمد على كشف كلٍّ من شدة الإشارات الضوئية وطورها، وغالبًا ما تُستخدَم معها تقنية التعدد بالاستقطاب المزدوج وخوارزميات معالجة الإشارات الرقمية (DSP). وعلى عكس الكشف المباشر الذي يقيس الشدة فقط، يتطلَّب الكشف المتماسك إضافة ليزر مذبذب محلي لمزج الإشارة الضوئية الداخلة به، مما يمكِّن من كشف الطور والاستقطاب (إلى جانب شدة الإشارة). وقد ظلَّت شركة سينو-تييلكوم تسعى باستمرار إلى تحقيق انتقال بياناتٍ على مسافات أبعد، وأحد أبرز مشاريعنا الأخيرة يستخدم أليافًا ضوئيةً حديثةً جدًّا ومنخفضة التوهُّن وفق المواصفة G.654E، إلى جانب مجموعة قوية من مُضخِّمات الإشارات الضوئية ذات التضخيم بالليزر الإربيومي (EDFA) التي ترفع مستوى الإشارات إلى مستويات مقبولة. غير أن المحرك الأساسي في هذه الحلول هو محرك معالجة الإشارات الرقمية (DSP)، الذي يسمح بتعويض التشويش الناتج عن التشتُّت الزمني (CD) والتشتُّت الاستقطابي (PMD) وانزياحات التردد بشكل رقمي وفي الوقت الفعلي. ويؤدي هذا التعويض الرقمي إلى إلغاء الحاجة إلى العديد من وحدات التعويض عن التشتُّت الواقعة على طول الخط، كما يوسع المسافات بين مضخِّمات الإشارات الضوئية توسيعًا كبيرًا. وبذلك تصبح المسافات الطويلة اقتصاديةً، كما أظهرته مشروعنا الخاص بالألياف الضوئية وفق المواصفة G.654E.

٢٠٠ جيجابت/ثانية على مسافة تزيد عن ٢٦٠٠ كيلومتر — حالة نشر فعلية

تتجلى ابتكارات شركة سينو-تيليكوم من خلال هذا المشروع التجريبي. وقد هدفنا إلى إنشاء نموذج لشبكة بصرية مفتوحة للنقل على مسافات طويلة، مستخدمين أليافاً بصرية من نوع G.654E ومُضخِّمات EDFA لتحسين كسب الإشارة وتحقيق مستويات كافية من أداء النقل. وفي هذا المشروع، قمنا ببناء نظام بسعة ٢٠٠ جيجابت/ثانية يعمل على ألياف G.654E واختبرناه بنجاح في إرسال إشارة ذات طول موجي واحد على مسافة ٢٦٠٠ كيلومتر، باستخدام ٣٥ قطاعاً تكرارياً بصرياً فقط، دون الحاجة إلى أي تجديد كهربائي للإشارات. ويمثل هذا تحسناً كبيراً مقارنة بتقنية التجديد الكهربائي-البصري-الكهربائي (OEO)، ويُعَدُّ قفزة نوعية كبيرة في ربط مراكز البيانات عبر القارات.

٤٠٠ جيجابت/ثانية على مسافة ١٠٠٠ كيلومتر وما بعدها

يُمكن أن يكون تحقيق السرعات العالية (٤٠٠ جيجابت/ثانية أو أكثر) على مسافات طويلة أحيانًا أكثر تعقيدًا، لأن السرعة الأعلى عادةً ما تتطلب معدل رموز أعلى أو تنسيق تعديل أكثر تقدمًا، مما قد يؤدي إلى تدهور إضافي في نسبة الإشارة إلى الضوضاء البصرية (OSNR). وفي نفس سيناريو الاختبار، اختبرت شركة سينو-تيليكوم وحققت نظامًا بصريًّا أحادي الطول الموجي بسرعة ٤٠٠ جيجابت/ثانية نقل بيانات لمسافة ١٠٠٠ كيلومتر عبر ألياف G.654E باستخدام ١٥ محطة تقوية بصرية فقط (من دون أي تجديد كهربائي). ومع ازدياد السعة، تنخفض المسافة المُغطَّاة بسبب التأثيرات السلبية المتزايدة على الرابط. وفي المستقبل، سيستمر التقدُّم في خوارزميات معالجة الإشارات الرقمية (DSP) المدعومة بتقنيات تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) المحسَّنة، والتشكيل الاحتمالي للنجمة (Probabilistic Constellation Shaping)، ومعدلات الباود الفائقة العالية (٢٠٠ جيجاباود) في توسيع الحدود القصوى للمسافة المُغطَّاة، سواءً في شبكات الربط بين مراكز البيانات فائقة المدى بسرعات ٤٠٠ جيجابت/ثانية، ثم لاحقًا ٨٠٠ جيجابت/ثانية و١,٦ تيرابت/ثانية.

تخطيط طرق النقل لمسافات بعيدة: اختيار المواقع وتصميم الهامش

نشر حلول النقل لمسافات بعيدة جدًّا DCI الربط ليس عملية بسيطة تُفعَّل فور التوصيل؛ بل يتطلَّب تخطيطًا دقيقًا. ويعتبر نوع الألياف عاملًا مهمًّا في تحديد الموقع. وفي هذه الحالة، يحقِّق نوع الألياف G.654E خسارة منخفضة جدًّا، بينما يتطلَّب نفس الدائرة المُبنية باستخدام النوع السابق G.652 تخطيطًا لنظام لإدارة التشتُّت. كما يجب حساب مواقع المضخِّمات وكثافتها بدقةٍ شديدة؛ إذ ينبغي الموازنة بين رفع قوة الإشارة وإدخال ضوضاء غير مرغوب فيها. وتشكِّل تصاميم الهامش عنصرًا بالغ الأهمية أيضًا. ويجب أن تتضمَّن نماذج تحليل جودة الإرسال (QoT) هامشًا لتعويض القيم غير المعروفة، مثل فقدان الموصلات، وتقلُّبات كسب المضخِّمات، والاختلافات في أنواع الألياف. وفي الشبكات الأكثر تقدُّمًا، يستخدم بعض المشغِّلين نماذج تعلُّم آلي قادرة على تقليل هذه الهوامش تدريجيًّا مع تراكم البيانات.

من الاختبار إلى التشغيل: ما الذي يجب أن يعرفه المشغِّلون

بمجرد التحقق من صحة النموذج وجاهزيته للنشر في الإنتاج، يجب على المشغلين اتخاذ الخطوات التالية: إجراء اختبارات صارمة لأنظمة خطوط الألياف البصرية، بما في ذلك التوصيف الكامل لجميع المضخِّمات في جميع ظروف التشغيل. تنفيذ واجهات الشبكة المفتوحة مثل SNMP وNETCONF، إلى جانب نظام إدارة شبكي (NMS) قوي مبني على بنية B/S، لضمان الاندماج السلس مع أنظمة إدارة الشبكات المتكاملة التابعة لأطراف ثالثة، والسماح بالإعداد الديناميكي. تخطيط نشر تدريجي يبدأ بزوج من ألياف ضوئية غير مستخدمة (dark fiber)، ثم إجراء الاختبار والمراقبة، ثم توسيع الشبكة تدريجيًّا. التأكد من توفر آليات حماية قوية مثل حماية القناة الضوئية (OCH protection) التي توفِّر تحويلًا سريعًا في حالة انقطاع الألياف. وبوجود هذه الخطط، ستتم عملية الاتصال بين مراكز البيانات عبر مسافات فائقة الطول (ultra-long haul DCI) بسلاسة من مرحلة إثبات المفهوم إلى مرحلة الإنتاج.

الخاتمة

وبصفتها مورِّدًا عالميًّا رائدًا في مجال حلول الاتصال بين مراكز البيانات (DCI)، وقامت حتى الآن بشحن أكثر من ١٠٠٠٠٠ وحدة، إن العرض التوضيحي الناجح الذي قدَّمته شركة سينو-تيليكوم من ٢٠٠ جيجابايت على مسافة ٢٦٠٠ كيلومتر و٤٠٠ جيجابايت على مسافة ١٠٠٠ كيلومتر — باستخدام ألياف G.654E منخفضة الفقد للغاية، ومُضخِّمات EDFA، وبصريات ترابطية متقدمة — يُبرز هذا التقدُّم المذهل في شبكات الاتصال الضوئي. وبفضل إمكانية ربط مراكز البيانات عبر مسافات شاسعة دون الحاجة إلى إعادة توليد إشارة كهربائية-كهربيّة (OEO)، أصبح بإمكان مراكز البيانات الآن الاتصال عبر مسافات هائلة، ما يمكِّن من نشر حلول السحابة الموزَّعة فعليًّا ومتطلبات الحوسبة الضخمة للذكاء الاصطناعي. ومع كامل مجموعة حلول النقل الضوئي الترابطية لدينا، بدءًا من حلول ربط مراكز البيانات (DCI) القوية مثل منصة STN6800-D16-2U المدمجة جدًّا بحجم وحدتين (2U) والتي تقدِّم سعة نقل فائقة تصل إلى ١٢,٨ تيرابايت، وانتهاءً بمجموعة شاملة من المحولات الضوئية (optical transceivers)، يمكن لشركة Sino-Telecom دعم احتياجاتكم في ربط مراكز البيانات عبر مسافات فائقة الطول. يُرجى اتصل بنا التواصل معنا اليوم لمناقشة احتياجاتكم في شبكات ربط مراكز البيانات عبر مسافات فائقة الطول، والحصول على عرض أسعار، ورؤية المواصفات التفصيلية، وعرض دراسات الحالة، بما في ذلك عرضنا التوضيحي لنقل الإشارات على مسافة ٢٦٠٠ كيلومتر، وذلك لتوسيع نطاق شبكتكم أكثر من أي وقت مضى.