เส้นใยแสงคือ เส้นใยขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำแสง โครงสร้างของเส้นใยประกอบด้วยส่วนที่แสงเดินทางผ่านเรียกว่า core และส่วนที่หุ้ม core อยู่เรียกว่า clad ทั้ง core และ clad เป็น dielectric ใส 2 ชนิด โดยการทำให้ค่าดัชนีการหักเหของ clad มีค่าน้อยกว่าค่าดัชนีการหักเหของ core เล็กน้อยประมาณ 0.2 ~ 3% และอาศัยปรากฏการณ์สะท้อนกลับหมดของแสง สามารถทำให้แสงที่ป้อนเข้าไปใน core เดินทางไปได้ นอกจากนั้นเนื่องจากกล่าวกันว่าเส้นใยแสงมีขนาดเล็กมากขนาดเท่าเส้นผมนั้นหมายถึงขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางด้านนอกของ clad ซึ่งมีขนาดประมาณ 0.1 ม.ม. ส่วน core ที่แสงเดินทางผ่านนั้นมีขนาดเล็กลงไปอีก เส้นใยแสงนอกจากมีคุณสมบัติการส่งดีเยี่ยมแล้วยังมีลักษณะเด่นอย่างอื่นอีกเช่น ขนาดเล็กน้ำหนักเบา
เนื่องจากความต้องการสำหรับการสื่อสาร มีจำนวนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทั่วโลก ตัวนำทองแดงที่ใช้อยู่ไม่เพียงแต่จะมีราคาแพงมากเท่านั้น ข้อมูลเกี่ยวกับลวดตัวนำยังมีไม่พออีกด้วย ข้อจำกัดทางความถี่ของระบบตัวนำลวดทองแดง มีค่าประมาณ 1 Mhz ซึ่งยังไม่เพียงพอสำหรับการสื่อสารแบบความเร็วสูง (High Speed Communication) เส้นใยแสง (Fiber Optic) มีน้ำหนักเบาและมีคุณสมบัติทางความถี่สูง กล่าวคือ ประมาณ 40 GHz และไม่มีการรบกวนจากการแผ่รังสี ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น เส้นใยแสงจึงได้รับความนิยมอย่างมาก
ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นข้อดีของการใช้เส้นใยแสง
1. มีน้ำหนักเบาและไม่เป็นสนิม ซึ่งเหมาะมากสำหรับใช้งานในยานอวกาศ และรถยนต์
2. เส้นใยแสง 1 เส้น สามารถที่จะมีช่องสัญญาณเสียงได้มากเท่ากับ 1500 คู่สาย
3. ความห่างของตัวขยายสัญญาณสำหรับเส้นใยแสงมีค่าตั้งแต่ 35 ถึง 80 กิโลเมตร ซึ่งตรงข้ามกับสายธรรมดา ซึ่งมีค่าตั้งแต่ 1 ถึงแค่ 1.5 กิโลเมตรเท่านั้น
4. เส้นใยแสงจะไม่มีการรบกวนจากฟ้าแลบ และการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เส้นใยแสง
การผลิตสร้างเส้นใยแสงขั้นพื้นฐานนั้นเป็นเรื่องที่ยุ่งยาก สามารถอธิบายพอสังเขปคือ หลอดควอช์ตที่ถูกทำให้บริสุทธิ์แล้วจะถูกเติมด้วยก๊าซรวม ซิลิกอนเตตระคลอไรด์ , เนอร์มาเนียมเตตระคลอไรด์ , ฟอสฟอรัสออกซีคลอไรด์ หลอดซึ่งมีความยาวประมาณ 4 ฟุต และเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1 นิ้ว จะถูกตั้งที่เครื่องกลึง และก๊าซเหล่านั้นก็จะถูกฉีดเข้าไปในหลอดที่กลวงนั้น หลอดจะถูกหมุนไปอยู่บนเปลวไฟที่อุณหภูมิประมาณ 1,600 F การเผาด้วยก๊าซจะทำให้เกิดตะกอนขึ้นภายในหลอด แล้วความร้อนจะถูกเพิ่มเป็นประมาณ 2,100 F เพื่อให้หลอมเหลว และยุบหลอดให้เหลือประมาณ 13 มิลลิเมตร
แท่งควอร์ต ซึ่งผ่านกระบวนการ Modefied Chemical Vapor Deposition (MCVD) แล้วจะถูกวางในแนวตั้งในหอดึง (Drawing Tower) ซึ่งจะถูกให้ความร้อนต่ออีก (2200 F) และถูกดึงลงด้านล่าง โดยหลักการของการหลอมเหลวควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ และขบวนการการดึง เพื่อจะทำให้เส้นใยแสงคุณภาพสูง มีความยาวประมาณ 6.25 กิโลเมตร และเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 125 ไมโครเมตร ศูนย์กลางซึ่งถูกเรียกว่า แกน หรือ CORE (เส้นผ่าศูนย์กลาง 8 ไมโครเมตร) จะถูกล้อมรอบด้วยควอร์ตที่บริสุทธิ์น้อยกว่า ซึ่งถูกเรียกว่า ชั้นคลุม หรือ cladding (ขอบเขตประมาณ 117 ไมโครเมตร ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างขบวนการ MCVD) โดยพื้นฐานแล้ว เส้นใยแสงประกอบด้วย 2 ชั้นใหญ่ ๆ คือ แกนนำแสง (50 ไมโครเมตร) และชั้นปกคลุม ชั้นปกคลุมจะประพฤติตัวเป็นตัวกลางของดัชนีหักเห และยอมให้แสงถูกส่งผ่าน แกนเพื่อไปยังอีกปลายอีกด้านหนึ่ง โดยที่มีการลดทอน และความเพี้ยนน้อยมาก ซึ่งแสงจะถูกใส่เข้าไปในเส้นใยแสง และชั้นปกคลุมจะทำให้แสงหักเห หรือสะท้อนในรูปแบบที่ซิกแซก ตลอดความยาวของแกนขบวนการนี้สามารถที่จะเป็นไปได้ เพราะว่ามุมตกกระทบและมุมสะท้อนมีค่าเท่ากัน แสงซึ่งถูกใส่เป็นมุมแหลมจะชนกับชั้นปกคลุม และจะสูญเสียในสารที่ทำชั้นปกคลุม เส้นใยแสงซึ่งถูกสร้างเสร็จเรียบร้อยจะประกอบด้วย
1. Core-Quartz
2. Cladding-Silica
3. Jacket-Acrylic
4. Buffer Jacket
5. Strength Member
6. Outer Jacket
คุณสมบัติของเส้นใยแสง
คุณสมบัติของการส่งแสงผ่านเส้นใยแก้วขึ้นกับปัจจัยหลายประการคือ
1. องค์ประกอบของเส้นใยแสง
2. จำนวนและชนิดของแสงที่ใส่เข้าไปเส้นใยแสง
3. เส้นผ่าศูนย์กลางและความยาวของเส้นใยแสง
องค์ประกอบของเส้นใยแสงจะเป็นตัวกำหนดดัชนีหักเหขบวนการที่เรียกว่าการเจือสาร (doping) สาร อื่นจะถูกใส่เข้าไปเพื่อที่จะให้เปลี่ยนดัชนีหักเห ในเส้นใยแสงเดียว ซึ่งมีดัชนีของแกน n1 และดัชนีของผิวหน้า (ชั้นปกคลุม) n2 (โดยทั่วไป n1=1.48 และ n2 = 1.46)
คุณสมบัติหนึ่งของเส้นใยแสง คือ รูปแบบของการทำงาน (Mode of Operation) คำว่ารูปแบบในที่นี้หมายถึง การอธิบายการกระจายพลังงาน ผ่านตัวกลางโดยใช้คณิตศาสตร์จำนวนรูปแบบของเส้นใยแสงเดี่ยว สามารถมีค่าต่ำ ถึง 1 หรือ มีค่าสูงได้ถึง 100,000 นั่นคือ เส้นใยแสงหนึ่ง ๆ สามารถมีทางเดินสำหรับรังสี 1 รังสี หรือแสงรังสีจากคุณสมบัตินี้จึงเป็นที่มาของรูปแบบเดียว (single mode) และหลายรูปแบบ (Multimode) Refactive Index Profile เป็นความสัมพันธ์ระหว่างดัชนีทั้งหลาย ซึ่งมีอยู่ในแกนและขั้นปกคลุมของเส้นใย ความสัมพันธ์นี้สามารถกล่าวได้ง่าย ๆ คือ "แสงจะมีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว เมื่อทันผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง" จากความสัมพันธ์นี้สามารถแบ่งออกได้ 2 ดัชนีคือ
2. ดรรชนีราบ (Graded index)
ดรรชนีขั้นเป็นดรรชนีที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างทันทีทันใดจากแกนไปขั้นปกคลุม เช่น แกน ซึ่งมีดรรชนีคงที่ (1.48) และขั้นปกคลุมซึ่งมีดรรชนีคงที่ (1.48) ค่านี้จะลดลงเรื่อย ๆ จนกระทั่งมันมาถึงดรรชนี ของขั้นปกคลุม นั่นคือ ใกล้ผิวหน้าจากส่วนต่าง ๆ เหล่านี้สามารถแบ่งเส้นใยแสง 3 แบบคือ
1. เส้นใยแสงดรรชนีขั้นหลายรูปแบบ (Multimode Step-Index Fiber)
2. เส้นใยแสงดรรชนีราบหลายรูปแบบ (Multimode Graded-Index Fiber)
3. เส้นใยแสงดรรชนีขั้นรูปแบบเดียว (Multimode Step-Index Fiber)
เส้นใยแสงดรรชนีขั้นหลายรูปแบบมีแกน ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ 100-970 ไมโครเมตร ด้วยเหตุที่แกนมีเส้นผ่าศูนย์กลางที่ใหญ่นี้ จึงมีเส้นทางสำหรับแสงผ่านได้หลายเส้นทาง (Multimode) เพราะฉะนั้น รังสีแสงที่เคลื่อนที่ เป็นเส้นตรงจึงมาถึงปลายก่อนรังสีอื่น ๆ ซึ่งเคลื่อนที่แบบซิกแซก ความแตกต่างกันในเรื่องความยาวของเวลานั้นทำให้ได้แสงมากมาย ที่ทางออกซึ่งเรียกว่า การกระเจิง (Modal Dispersion) นี่เป็นแบบหนึ่งของความเพี้ยนของสัญญาณซึ่งเป็นตัวจำกัดแบนด์วิธของเส้นใยแสง
เส้นใยแสงดรรชนีราบหลายรูปแบบเป็นแบบที่ปรับปรุง มาจากเส้นใยแสงดรรชนีขั้นหลายรูปแบบการเคลื่อนที่ของแสงที่แกนจะช้ากว่าแสงที่บริเวณผิวหน้า เพราะว่าแสงจะเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น เมื่อผ่านตัวกลางที่มีค่าดรรชนีหักเห ยิ่งต่ำเพราะฉะนั้นรังสีแสงทั้ง 2 อันจะมาถึงทางออกเกือบจะเป็นเวลาเดียวกัน ด้วยเหตุที่มีการลดการกระเจิงนั้นเอง โดยทั่วไปเส้นใยแสงดรรชนีราบจะมีเส้นผ่าศูนย์กลางของแกนอยู่ในช่วงตั้งแต่ 50-85 ไมโครเมตร และเส้นผ่าศูนย์กลางของขั้นปกคลุม 125 ไมโครเมตร
รูป A. การเปรียบรูปแบบของดรรชนีการหักเห และ B. การแพร่ในเส้นใยและ Modal Dispersion1. แบนด์วิธมีค่าตั้งแต่ 50 ถึง 100 GHz/km
2. อัตราการสื่อสารแบบดิจิตอล เกินกว่า 2,000 Mbyted
3. ใช้งานได้มากกว่า 100,000 ช่องของสัญญาณเสียง
4. ความยาวคลื่นของแสงมีค่าใกล้เคียง เส้นผ่าศูนย์กลางของแกน เพราะฉะนั้นจึงมีความสามารถทางความถี่มากขึ้น
5. ค่า Mode Field Diameter (MFD) มีค่ามากกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของแกน
ลักษณะการเดินทางของแสงภายในเส้นใยแสง
ปัญหาอันดับแรกที่ต้องคำนึงถึงก็คือ ทำอย่างไรจึงจะสามารถป้อนแสงเข้าไปใน CORE ที่มีขนาดเล็กมากของเส้นใยแสงได้ และเมื่อป้อนแสงเข้าไปแล้ว แสงนั้นจะเดินทางอย่างไรใน CORE ซึ่งเราจะทำการศึกษาถึงปัญหาพื้นฐานเหล่านี้
การป้อนแสงเข้าไปในเส้นใยแสง
เนื่องจากว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงนั้น จะกระจายกว้างออกเนื่องจากปรากฏการณ์การเบี่ยงเบนของแสง ตามที่กล่าวมาแล้ว ในการที่จะป้อนแสงเข้าไปใน CORE ที่มีขนาดเล็กมากนั้นต้องใช้เลนซ์ทำการรวมแสง แต่ทว่าแสงที่รวมนั้น ไม่ใช่ว่าจะถูกป้อนเข้าไปในเส้นใยแสงได้ทั้งหมด แสงที่มีมุมตกกระทบที่เหมาะสมเท่านั้น จึงจะสามารถเข้าไปในเส้นใยแสงได้ จากรูปแสดงมุมรับแสงของเส้นใยแสงจากรูปจะเห็นว่าที่จุดป้อนแสงของเส้นใยแสงนั้นจะเป็นจุดต่อของตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเหของแสงต่างกัน 3 ชนิด
เรียกว่า อัตรารส่วนของผลต่างของดัชนีการหักเกของแสง สำหรับ sin ? max นี้ตามศัพท์เทคนิคของวิชาแสงเรียกว่า NUMERICAL APERTURE เขียนย่อว่า "NA" หมายถึงการเปิดรับให้แสงผ่าน และใช้เป็นตัวแสดงเงื่อนไข การป้อนแสงเข้าไปในเส้นใยแสง นอกจากนั้นยังถือเป็นตัวประกอบพื้นฐาน อันหนึ่งที่มีผลต่อประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแสง ระหว่างต้นกำเนิดแสงกับเส้นใยแสงด้วย จากรูปจะเห็นได้ว่าถ้าหากขนาดของ CORE และ NA มีค่าคงที่แล้วจะกำหนดปริมาณของแสงที่ป้อนเข้าไปใน CORE ได้ทันทีเส้นใยที่มี CORE ขนาดใหญ่และมีค่า NA มากจะมีประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแสงระหว่างต้นกำเนิดแสงกับเส้นใยแสงสูงมาก
รูปแสดงผลของ NA และขนาดของ CORE ที่มีต่อประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแสงระหว่างต้นกำเนิดแสงกับเส้นใยแสง
MODE การเดินทางของแสงภายในเส้นใยแสง (Propagation Mode)
แสงที่ป้อนเข้าไปในเส้นใยแสงด้วยค่าของมุมรับแสงที่อยู่ในช่วงของมุมรับแสงสูงสุดนั้นแสงจะเดินทางในเส้นใยแสงด้วย ลักษณะที่เกิดการสะท้อนกลับไปมาตรงรอยต่อของ CORE กับ CLAD โดยที่แสงสะท้อนกลับไปมาจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าพร้อมกันด้วยแต่ทว่าจาก INTERFERENCE ของแสงภายใน CORE นั้นมุมสะท้อนกลับที่รอยต่อจะเกิดขึ้นได้ จำเป็นต้องมีเงื่อนไขที่เหมาะสม เกี่ยวกับเงื่อนไขที่เหมาะสมนี้จะได้กล่าวในหัวข้อต่อไปนี้ จะใช้เส้นใยแสงที่มีรูปร่างเป็นแผ่นแบนดังจะแสดงในรูป (b) แทนลักษณะเส้นใยแสงที่มีรูปร่างกลมดังรูป (a) และอีกอย่างหนึ่งเพื่อทำให้การอธิบายเกี่ยวกับ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของแสงง่ายขึ้นจะพิจารณาเฉพาะสนามไฟฟ้าเท่านั้น
รูปแสดงเส้นใยแสงแบบกลมและแบบระนาบแบน
1. ประวัติความเป็นมาของ SDH/SONET
เครือข่าย SDH
1. ประวัติความเป็นมาของ SDH/SONET
เมื่อเราย้อนกลับไปในอดีต ระบบเครือข่ายโทรศัพท์สาธารณะนับว่าเป็นระบบส่งสัญญาณข้อมูลทางไกลที่สะดวกที่สุด ข้อมูลดิจิตอลที่ส่งผ่านเครือข่ายโทรศัพท์จะถูกเปลี่ยนให้มีรูปสัญญาณเป็นอนาล็อก และถูกมัลติเพล็กซ์รวมกันไปในช่องสัญญาณขนาด 4 KHz ต่อมาได้มีการพัฒนาเทคนิคการมอดูเลตสัญญาณอนาล็อกให้เป็นดิจิตอล (เช่น PCM หรือ Pulse Code Modulation ) ทำให้สามารถส่งสัญญาณอนาล็อกผ่านเครือข่ายดิจิตอลด้วย ผลที่ตามคือ การพัฒนาเครือข่ายโทรศัพท์สาธารณะจากระบบอนาล็อกเดิมไปเป็นระบบดิจิตอลซึ่งเรียกว่า “ เครือข่าย ISDN ” ซึ่งมีช่องสัญญาณอัตราเร็วข้อมูล 64 Kbps เมื่อเรารวมช่องสัญญาณ 64 Kbps หลาย ๆ ช่องสัญญาณด้วยการมัลติเพล็กซ์แบบ TDM แล้วจะทำให้เราสามารถส่งข้อมลดิจิตอลผ่านเครือข่ายโทรศัพท์ดิจิตอลได้ด้วยอัตราเร็วข้อมูลมากกว่า 2 Mbps ยิ่งอัตราเร็วของการส่งข้อมูลมีมากขึ้นเท่าใด ความซับซ้อนของการมัลติเพล็กก็ยิ่งมากขึ้นเพราะจำนวนช่องสัญญาณมากขึ้น อีกทั้งแต่ละช่องสัญญาณยังมีอัตราบิตที่แตกต่างกัน เนื่องจากการส่งมาจากต่างสถานีกัน จึงต้องมีการเพิ่มบิต เข้าไปเพื่อปรับอัตราบิตในแต่ละช่องสัญญาณเท่ากันบิตเหล่านี้จะถูกมัลติเพล็กซ์ออกเมื่อปลายไปถึงปลายทาง วิธีการมัลติเพล็กซ์แบบนี้เรียกว่า “ Plesiochronus ” หรือ “ เกือบจะเป็นซิงโครนัส ” ดังนั้นเครือข่ายการทำงานความเร็วสูงในยุคแรกเริ่มจึงมีชื่อเรียกว่า “ เครือข่าย Plesiochronus Digital Hierarchy ” เรียกสั้น ๆ ว่า เครือข่าย PDH เพราะมีการใช้มัลติเพล็กซ์ Plesiochronus ในทุกระดับชั้นนั่นเอง
เครือข่าย PDH
สามารถส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วถึง 140 Mbps จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในยุโรป แต่อย่างไรก็ตามเครือข่าย PDH ยังมีข้อจำกัดเช่น ขาดความคล่องตัวในการใช้งานเนื่องจากต้องการใส่บิตเพิ่ม และดึงบิตออกทุกครั้งที่ผ่านอุปกรณ์มัลติเพล็กซ์และทำให้สิ้นเปลืองอุปกรณ์ด้วย จากความต้องการในการสื่อสารข้อมูลของคอมพิวเตอร์ที่เป็นมัลติมิเดียมีมากขึ้น ทำให้อัตราการส่งข้อมูล 140 Mbps ของ PDH จึงต้องมีการคิดใหม่ว่าการสื่อสารข้อมูลแบบซิงโครนัสจริง ๆ น่าจะช่วยเรื่องการแก้ไขเรื่องความเร็วได้ จึงเป็นที่มาของการพัฒนาเครือข่ายใหม่ ที่เรียกว่า “ เครือข่าย SDH” (Synchronous Digital Hierarchy ในเขตประเทศยุโรป และ “ เครือข่าย SONET” (Synchronous Optical Network ) ในเขตอเมริกาเหนือในเวลาต่อมา หลังจากได้มีการพัฒนาเครือข่ายการส่งข้อมูลดิจิตอลความเร็วสูงระยะทางไกล SDH ต่อจากระบบส่งข้อมูล PDH ในยุโรปแล้วองค์การ ITU-T (หรือ CCITT เดิม) ได้ออกมาตรฐานออกข้อมูลการส่งระดับเบื้องต้นของเครือข่ายเป็น 155.52 Mbps ซึ่งเรียกว่า “ มาตรฐาน STM- 1” (Synchronous Transport Module ) สำหรับมาตรฐานอัตราส่งข้อมูลที่สูงกว่าที่ได้จากมัลติเพล็กซ์อัตราส่งข้อมูล STM -1 นั้น ได้แก่ Synchronous -4 Mbps STM – 16 (2.48 Gbps ) และ STM- 64 (9.95 Gbps ) นอกจากนี้แล้วยังกำหนดมาตรฐานของเฟรมข้อมูล การมัลติเพล็กซ์แบบทริบูทารีและการเทียบสัญญาณ (Mapping )
เครือข่าย SONET
นั้นเป็นเครือข่ายการส่งข้อมูลระยะไกลของระบบโทรศัพท์ในเขตอเมริกาเหนือผ่านสายใยแก้วนำแสง ซึ่งมีองค์กร ANSI เป็นผู้นำมาตรฐานอัตราการข้อมูลเบื้องต้นที่ระดับ 155.52 Mbps เช่นกับเครือข่าย SDH เพียงแค่ว่าการใช้ช่องสัญญาณพื้นฐานซึ่งมีอัตราการส่งต่ำกว่า เรียกว่า “STS- 1” (Synchronous Transport Signal 1 ) และการใช้มัลติเพล็กช่องสัญญาณพื้นฐานให้มีอัตราการส่งสูงขึ้น ก่อนจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณแสง ส่งออกไปตามสายใยแก้วนำแสง โดยเรียกสัญญาณแสงนี้ว่า “OC-n” ตามสัญญาณไฟฟ้าก่อนแปลงคือ STS-n (OC =Optical concentrated )
เพื่อให้เป็นมาตรฐานเดียวกันจึงแบ่งโมเดลของ SDH ออกเป็น 4 ชั้นคือ 2.1 ชั้นแรก เรียกว่าโฟโตนิก เป็นชั้นทางฟิสิคัลที่เกี่ยวกับการเชื่อมเส้นใยแก้วนำแสง และอุปกรณ์ประกอบทางด้านแสง 2.2 ชั้นที่สอง เป็นชั้นของการแปลงสัญญาณแสง เป็นสัญญาณไฟฟ้า หรือในทางกลับกัน เมื่อแปลงแล้วจะส่งสัญญาณไฟฟ้าเชื่อมกับอุปกรณ์สื่อสารอื่น ๆ ชั้นนี้ยังรวมถึงการจัดรูปแบบเฟรมข้อมูล ซึ่งเป็นเฟรมมาตรฐาน แต่ละเฟรมมีลักษณะชัดเจนที่ให้อุปกรณ์ตัวรับและตัวส่งสามารถซิงโครไนซ์เวลากันได้ เราจึงเรียกระบบนี้ว่า Synchronous 2.3 ชั้นที่สาม เป็นชั้นที่ว่าด้วยการรวมและการแยกสัญญาณ ซึ่งได้แก่วิธีการมัลติเพล็กซ์ และดีมัลติเพล็กซ์ เพราะข้อมูลที่เป็นเฟรมนั้นจะนำเข้ามารวมกัน หรือต้องแยกออกจากกัน การกระทำต้องมีระบบซิงโครไนซ์ระหว่างกันด้วย 2.4 ชั้นที่สี่ เป็นชั้นเชื่อมโยงขนส่งข้อมูลระหว่างปลายทางด้านหนึ่งไปยังปลายทางอีกด้านหนึ่ง เพื่อทำให้เกิดวงจรการสื่อสารที่สมบูรณ์ ในการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์หนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่งจึงเสมือนเชื่อมโยงถึงกันในระดับนี้ เพื่อให้การรับส่งระหว่างปลายทางด้านหนึ่งไปยังอีกปลายทางด้านหนึ่งมีลักษณะสื่อสารไปกลับได้สมบูรณ์ การรับส่งจึงมีการกำหนดแอดเดรสของเฟรมเพื่อให้การรับส่งเป็นไปอย่างถูกต้อง กำหนดโมดูลการรับส่งแบบซิงโครนัส ที่เรียกว่า STM - Synchronous Transmission Module โดย เฟรมของ STM พื้นฐาน มีขนาด 2430 ไบต์ โดยส่วนกำหนดหัวเฟรม 81 ไบต์ ขนาดแถบกว้างของการรับส่งตามรูปแบบ STM จึงเริ่มจาก 155.52 เมกะบิตต่อวินาที ไปเป็น 622.08 และ 2488.32 เมกะบิตต่อวินาที จะเห็นว่า STM ระดับแรกมีความเร็ว 155.52 เมกะบิตต่อวินาที ซึ่งเป็น 3 เท่าของแถบกว้างพื้นฐานของ SDH ที่ 51.84 เมกะบิตต่อวินาที STM จึงเป็นส่วนหนึ่งที่อยู่ภายใน SDH ด้วย
3. แนวคิดเบื้องต้นของเครือข่าย SDH
3.1 ประโยชน์ของ SDHSDH (Synchronous Digital Hierarchy)
เป็นมาตรฐานสากลของเครือข่ายสื่อสัญญาณความเร็วสูง เป็นเครือข่ายที่มีความทันสมัยมากในการสื่อสัญญาณและการบริหารจัดการเครือข่ายเทคโนโลยีของ SDH ช่วยให้ network operator สามารถตอบสนองความต้องการใช้ capacity ของช่องสัญญาณของลูกค้าได้อย่างรวดเร็ว เครือข่าย SDH สามารถถูกออกแบบสร้างให้มีความสามารถในการฟื้นตัวเองได้อย่างอัตโนมัติในกรณีที่มีปัญหาขัดข้องเกิดขึ้นกับเครือข่าย ทำให้เครือข่ายมีความสามารถในการใช้การได้(availability)ที่สูงขึ้น การจัดโครงสร้างการมัลติเพล็กซ์ของสัญญาณ SDH ได้ช่วยให้สามารถต่อไขว้ (cross-connect) ช่องสัญญาณ low-order ที่อยู่ภายในช่องสัญญาณ high-order ได้โดยไม่จำเป็นต้องดีมัลติเพล็กซ์สัญญาณทั้งหมดออกก่อน ซึ่งเป็นข้อดีที่สำคัญประการหนึ่งของ SDH เมื่อเทียบกับ PDH
3.2 สำคัญของเครือข่าย SDH - SDH
เป็นมาตรฐานนานาชาติที่ใช้ร่วมกัน- อุปกรณ์ที่ต้องการใช้น้อยกว่าแบบ PDH- มีความคล่องตัว(flexibility)ของเครือข่ายสูง- เครือข่ายมีความสามารถในการใช้การได้(availability)ที่สูง- มีการบริหารจัดการเครือข่ายที่ดี- อุปกรณ์จากผู้ขายคนละรายสามารถทำงานเข้ากันได้ (compatibility)การนำเทคโนโลยี SDH เข้ามาใช้ได้ทำให้โครงสร้างเครือข่ายที่แต่เดิมใช้ PDH เปลี่ยนแปลงจากระบบ point-to-point ที่ดูง่าย ไปเป็นเครือข่ายที่มีการเชื่อมโยง nodes เป็น ring หรือ mesh ซึ่งให้ความคล่องตัวมากกว่า สามารถควบคุมการสวิทซ์ cross-connect ได้จากระยะไกลระบบบริหารจัดการเครือข่าย (Network Management System(NMS)) จะช่วยให้สามารถควบคุมและจัดการเครือข่ายได้จากระยะไกลได้เป็นอย่างดี SDH ได้ทำให้เกิดแนวทางในการสร้างเครือข่ายใหม่ขึ้นมาคือ- การใช้เครือข่ายแบบ ring และความสามารถของระบบเส้นใยนำแสงช่วยให้สามารถได้รับเครือข่ายที่มีความคล่องตัว มีประสิทธิภาพ และคุ้มกับการลงทุน- สามารถวางเครือข่าย SDH ลงบนโครงสร้างเครือข่ายที่มีอยู่แล้วได้อย่างเหมาะสม- เครือข่าย SDH สามารถถูกปรับเปลี่ยนให้สอดคล้องกับความต้องการใช้งานเครือข่ายได้ง่าย- ระบบบริหารจัดการเครือข่ายจะช่วยให้ network operator สามารถควบคุมและซ่อมบำรุงรักษาเครือข่ายได้สะดวกและง่ายขึ้น
อุปกรณ์ SDH
สามารถทำฟังก์ชั่นต่างๆได้มากมายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเรื่อง traffic protection ทำให้สามารถนำมาใช้กับเครือข่ายได้ทั้งแบบ point-to-point, chain หรือ ring ฟังก์ชั่นพื้นฐานที่ต้องมีในเครือข่าย SDH ประกอบด้วย การมัลติเพล็กซ์ (multiplexing) การต่อไขว้สัญญาณ (cross-connecting) และการอินเตอร์เฟสกับสายส่งการสื่อสัญญาณ(line interfacing/transmission) หากจะเทียบกับอุปกรณ์ PDH แล้วอุปกรณ์ network element ของ SDH นั้นจะมีการรวมฟังก์ชั่นพื้นฐานหลายฟังก์ชั่นเข้าไว้ในอุปกรณ์ network element ตัวเดียวกันได้ ขณะที่ของ PDH ไม่มี ตัวอย่าง เช่น อุปกรณ์ add-drop multiplexer(ADM) จะประกอบด้วยฟังก์ชั่นการมัลติเพล็กซ์cross-connect และ(optical) line interface
อุปกรณ์ network element ของ SDH
จะมีอยู่ 3 แบบหลักๆด้วยกันคือ add-drop multiplexer (ADM), digital cross connect (DXC) และ regenerator(REG)
3.2.1 Add-drop multiplexer (ADM)
การจัดโครงสร้างการมัลติเพล็กซ์ของ SDH ได้ช่วยให้สามารถต่อไขว้ (cross-connect)สัญญาณระดับ low-order ที่บรรจุอยู่ภายในสัญญาณระดับ high-order ได้โดยไม่ต้องดีมัลติเพล็กซ์สัญญาณทั้งหมดออกก่อน ซึ่งเป็นข้อดีของ SDH เมื่อเทียบกับ PDH อุปกรณ์ add-drop multiplexer ได้ใช้ประโยชน์จากข้อดีดังกล่าวนี้ โดยสามารถดึงช่องสัญญาณที่ต้องการออกแล้วเพิ่มช่องสัญญาณใหม่เข้าไปหรือทำการต่อไขว้ช่องสัญญาณซึ่งสามารถทำฟังก์ชั่นทั้งหมดนี้ภายในอุปกรณ์ตัวเดียวกันได้ทำให้เหมาะที่จะใช้ในโครงสร้างเครือข่ายที่เป็นแบบ chain หรือแบบ ring การใช้โครงสร้างแบบ ring จะทำให้เครือข่ายมี availability ที่สูงขึ้นเพราะสามารถส่งทราฟฟิกใน 2 ทิศทางโดยรอบ ring ทำให้สามารถ protection ทราฟฟิกได้หลายรูปแบบโดยการใช้ route diversity นี้ระดับความสามารถในการ cross-connect ของอุปกรณ์ ADM จะขึ้นอยู่กับอุปกรณ์แต่ละรุ่นที่ผลิตออกมาบางรุ่นสามารถ cross-connect ได้เฉพาะระดับ VC-4 เพราะต้องการนำมาใช้งานในส่วนของ core network ขณะที่บางรุ่นสามารถ cross-connect ได้จาก VC-12 ถึง VC-4 ทำให้เหมาะที่จะนำมาใช้งานในส่วนของ access network
ในส่วนนี้จะพิจารณาแนวความคิดและหลักการเบื้องต้นที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างเครือข่าย SDH และอธิบายถึงแนวความคิดของสถาปัตยกรรมเครือข่าย SDH โดยทั่วไป มาตรฐาน SDH ถูกกำหนดเพื่อจุดมุ่งหมายที่จะให้ได้รับความสามารถเครือข่ายที่มากขึ้นและสถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบใหม่ที่ดีกว่าเดิม อุปกรณ์ network element ของ SDH นั้นมีฟังก์ชั่นพื้นฐานสำคัญหลายอย่างภายในอุปกรณ์เดียวกันและมีประสิทธิภาพกับความคล่องตัวที่มากกว่าอุปกรณ์ PDH ในเครือข่ายแบบเดิม4.1 โครงสร้างเครือข่ายพื้นฐาน ในส่วนนี้จะกล่าวถึงภาพรวมทั่วไปของโครงสร้างและโทโปโลยีของเครือข่ายพื้นฐานของ SDHด้วยคุณสมบัติต่างๆของฟังก์ชั่นการมัลติเพล็กซ์ของ SDH ได้ทำให้อุปกรณ์ add-drop multiplexerสามารถนำมาใช้ในเครือข่ายแบบใหม่ได้อย่างคุ้มค่าและมีประสิทธิภาพ อย่างเช่น การใช้ในเครือข่ายแบบ ring และbus เป็นต้น
4.1.1 เครือข่ายแบบ Mesh
โครงสร้างเครือข่ายแบบ Mesh เกิดจากการเชื่อมโยงอุปกรณ์ cross-connect เข้าหากันเป็นลักษณะตาข่าย และมักจะใช้เป็นเครือข่ายในระดับ Core networkโหนด CC สามารถถูกบริหารจัดการจากระยะไกล ทำให้สะดวกต่อการจัดสรรและกำหนดใช้งานวงจรได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้คุณภาพและความคล่องตัวของเครือข่ายดีขึ้น โหนด CC ยังสามารถทำฟังก์ชั่นของการ protection ระบบต่างๆได้อีกด้วย ทำให้ availability ของเครือข่ายดีขึ้น
4.1.2 เครือข่ายแบบ Ring
ระบบ ring ของ SDH เกิดจากการเชื่อมโยงโหนดต่างๆเข้าด้วยกันเป็นลูปปิด แต่ละโหนดก็คือ add-drop multiplexer(ADM) โดยแต่ละ ring section หรือแต่ละ span นั้นจะมี transmission capacity เหมือนกันอุปกรณ์ ADM ควรจะสามารถติดต่อกับทราฟฟิกทั้งหมดที่อยู่บนสายส่งได้ และมี non-blocking switch matrix อยู่ภายใน หน้าที่หลักของ ADM คือ การเพิ่มและดึงช่องสัญญาณtributary จากสัญญาณ aggregate STM-N เครือข่ายแบบ ring แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ uni-directional และ bi-directional ขึ้นกับทิศทางการวิ่งของทราฟฟิกในภาวะปกติ ถ้าเป็น ring แบบ uni-directional ทราฟฟิกใช้งานจะวิ่งรอบ ringในทิศทางเดียวกันเท่านั้น (อย่างเช่น ตามเข็มนาฬิกา) นั่นคือ ทราฟฟิกที่รับและส่งระหว่างโหนดคู่หนึ่ง จะวิ่งอยู่คนละด้านของ ring แต่ถ้าเป็น ringแบบ bi-directional ทราฟฟิกที่รับและส่งระหว่างโหนดคู่หนึ่งจะวิ่งทางด้านใดด้านหนึ่งของ ring เท่านั้นวิธีการ protection แบบต่างๆมากมายได้ถูกเสนอขึ้นมาเพื่อเพิ่มความสามารถในการใช้งานวงจรช่องสัญญาณได้ วิธี protection ที่นิยมใช้กันมาก 2 วิธีในระบบ ring คือ path protection(SNCP)และ Bi-directional Self-Healing Ring protection(BSHR) ถ้าลองเปรียบเทียบกับเครือข่ายที่ใช้อุปกรณ์ cross-connect แล้ว จะพบว่า การใช้ ring นั้นจะลงทุนต่ำกว่า ฟื้นตัวทราฟฟิกได้เร็วกว่าควบคุมง่ายกว่าและสร้างเครือข่ายได้ง่ายกว่า
ป้าหมายหลักในการวางแผน
การวางแผนและการจัดโครงสร้างของเครือข่ายจะต้องพยายามลดค่าใช้จ่ายในการลงทุนและดำเนินการ แต่คุณภาพของบริการและความคล่องตัวของเครือข่ายยังอยู่ในเกณฑ์ที่ดี การออกแบบเครือข่ายสื่อสารโทรคมนาคม ต้องพิจารณาถึงปัจจัยหลายอย่าง เช่น รูปแบบการกระจายของทราฟฟิกค่าใช้จ่ายในการลงทุนและการนำเทคโนโลยีใหม่เข้ามาใช้งานเพื่อให้เครือข่ายที่ได้สอดคล้องกับเงื่อนไขต่างๆอย่าเหมาะสม เช่น เงื่อนไขในเรื่องของค่าใช้จ่ายในการลงทุน ความน่าเชื่อถือและความคล่องตัวของเครือข่ายเมื่อกำลังวางแผนเครือข่ายเงื่อนไขเป้าหมายต่างๆจะต้องถูกสมดุลให้สอดคล้องกับความต้องการการใช้งานของลูกค้าหรือธุรกิจ การหาจุดสมดุลจึงเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวางแผนเครือข่าย
บทสรุปและแนวโน้มในอนาคตเกี่ยวกับ SONET/SDH
การสื่อสารในแบบ SONET/SDH
ออกแบบมาเพื่อการโทรคมนาคมและเป็นเครือข่ายผ่านสายใยแก้วนำแสง เนื่องจากต้องการความเร็วสูง ดังนั้นการจะส่งสัญญานในลักษณะนี้จำเป็นจะต้องใช้อุปกรณ์เครือข่ายในลักษณะที่แตกต่างออกจากเดิมเช่น เครื่องทวนสัญญาน, เครื่องสลับสับเปลี่ยนช่องทางเดินสัญญาน, เครื่องเปลี่ยนมาตราฐานสัญญาน จากอดีตจนถึงปัจจุบันนับว่าการพัฒนาเป็นมาอย่างยาวนานและต่อเนื่องเพื่อจุดประสงค์หลักคือให้ได้การส่งสัญญานด้วยความเร็วที่สูงขึ้นผ่านสายใยแก้วนำแสง ดังที่จะเห็นจากมาตราฐานความเร็วในการส่งที่ต้องการระดับช่องสัญญานมากขึ้นหรือที่เรียกว่า Optical Level ตั้งแต่ OC-1, OC-2 ไปจนกระทั่งในปัจจุบันนี้ (2007) OC-3072ที่สามารถลำเลียงข้อมูลได้สูงถึง 153 Gbps ใช้เป็นการลำเลียงข้อมูลในเครือข่ายเชื่อมต่อหลักระหว่างประเทศ-ทวีป ทำให้การติดต่อสื่อสารในปัจจุบันเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว แต่กระนั้นความต้องการของผู้ใช้งานนั้นก็ยังเพิ่มขึ้นอยู่ทุกวัน เนื่องจากการบริการทางโทรคมนาคมมีมากขึ้นในรูปแบบี่หลากหลายขึ้น ตราบไดที่ยังหารูปแบบในการส่งลักษณะอื่นไม่ได้ หรืออีกนัยหนึ่งก็คือตราบไดที่ยังหาความเร็วที่มากกว่าแสงไม่ได้ การส่งแบบ SONET/SDH ยังคงพัฒนาต่อไป จะมีการเพิ่มความเร็วในการส่ง การเพิ่มคุณภาพของอุปกรณ์ความผิดพลาดจะเกิดขึ้นน้อยลง ความต้านทานจะต่ำลง และราคาก็จะถูกลง เพื่อให้สามารถนำเครือข่ายลักษณะนี้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้นในอนาคตอันไกล้ จากเอาไว้ส่งข้ามทวีปประเทศกลายมาเป็นนำมาส่งระหว่างประเทศ ภายในประเทศ ระหว่างจังหวัด หรือระหว่างองค์กรเป็นต้นเป็นต้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น