اسپلیتر فیبرنوری چیست؟ نحوه کارکرد اسپلیتر و انواع آن

اسپلیتر فیبر نوری یک عنصر پسیو در شبکه‌های فیبر نوری است که عمدتاً در شبکه‌های PON (Passive Optical Network) مورد استفاده قرار می‌گیرد و نقش محوری در انتقال یکپارچه سیگنال‌های نوری ایفا می‌کند. شبکه‌های PON یک اصطلاح کلی است که برای EPON ،GPON ،XGPON ،XGSPON و ... کاربرد دارند. ناگفته نماند که اسپلیتر فیبر نوری به پایه گذاری سیستم‌های ارتباطی قوی با عملکرد بالا کمک می‌کند.

اسپلیتر فیبر نوری (Fiber Optic Splitter)

اسپلیتر فیبر نوری (تقسیم کننده نوری یا پرتو تقسیم کننده نوری) دستگاهی است که یک سیگنال فیبر نوری را به چندین سیگنال نوری و بالعکس تقسیم می‌کند. Splitter فیبر نوری به طور بهینه عملکرد مدارهای شبکه فیبر نوری را افزایش می‌دهد و نقش مهمی در توزیع سیگنال‌های نوری دارد همچنین آن‌ها عملکرد زیر ساخت شبکه را تضمین می‌کنند.

ساختار داخلی اسپلیتر فیبر نوری

در ادامه ساختار داخلی اسپلیتر را بررسی می‌کنیم. همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌شود، 4 قطعه وجود دارد که با شماره‌های 1 تا 4 شماره‌گذاری شده‌اند. این اجزا شامل موارد زیر می‌باشند:

1. Wafer
2. Cheap
3. Fiver array
4. اسپلیتر کامل شده

از Wafer برای قرار دادن تارهای فیبرنوری درون آن استفاده می‌شود و سپس به Fiber array تبدیل می‌شود. بنابراین،Fiber array می‌تواند دارای 1 تا 128 رشته فیبرنوری باشند. چیپ اسپلیتر (شماره 3 شکل فوق) با تکنولوژی هدایت موج ساخته شده است و در آن راه‌های مختلفی تعبیه شده است. برای هر چیپ اسپلیتر که دارای چند ورودی و خروجی است، یک Fiber Array متناسب انتخاب می‌شود. به عنوان مثال اگر چیپ دارای دو ورودی و 8 خروجی باشد، از Fiber Array با دو رشته فیبرنوری برای ورودی و از Fiber Array با 8 رشته فیبرنوری برای خروجی چیپ استفاده می‌شود. سپس این سه قسمت به هم چسبانده می‌شوند و شماره 4 شکل فوق که یک اسپلیتر کامل است، ساخته می‌شود.

پس از این مرحله برای مقاومت در برابر آسیب‌ها و جلوگیری از آسیب دیدن اسپلیتر، آن را داخل محفظه‌ای فلزی (اکثراً از جنس Steel) قرار می‌دهیم. به این دلیل اسپلیتر‌هایی با محفظه فلزی را "Steel Tube" می‌نامند. قطر روکش فیبرهای Fiber array عمدتاً 900 میکرون است. اما اگر قصد تولید اسپلیترهای کاستی را داشته باشیم (شماره 5 شکل فوق)، از فیبرهای با روکش 2 میلیمتر استفاده می‌کنیم و Steel Tube را به همراه بخشی از کابل‌ها داخل محفظه پلاستیکی به نام ABS قرار می‌دهیم. به همین دلیل به این اسپلیتر‌ها "اسپلیتر‌های کاستی ABS BOX" می‌گویند. اگر همین اسپلیتر‌های Steel Tube را داخل یک باکس آداپتور دار قرار دهیم، تبدیل به اسپلیتر‌های باکس می‌شوند و اگر آنها را داخل پنل‌های فنری نصب کنیم، تبدیل به اسپلیتر‌های رک مونت(Rack Mount) می‌شوند.

نحوه محاسبه افت اسپلیتر فیبر نوری

اسپلیتر فیبرنوری دارای یک یا دو ورودی و 2 به توان n خروجی است. که n نباید بزرگتر از 7 باشد. برای مثال، اسپلیتر 1:8 به معنای یک ورودی و 8 خروجی است، که در اینجا 8 برابر با 2 به توان 3 است و بنابراین n مساوی با 3 خواهد بود. در این حالت، افت اسپلیتر با فرمول ساده‌ای نظیر db3.5*3 یا همان n*3.5 محاسبه می‌شود. به عنوان مثال، افت اسپلیتر 1:128 برابر با 2 به توان 7 است؛ در نتیجه، افت آن معادل با 7 * 3.5 یعنی 24.5db می‌شود.

کاربرد اسپلیتر فیبر نوری

استفاده از اسپلیتر فیبر نوری نقطه قوت شبکه‌های PON است، زیرا با دریافت سیگنال از یک پورت OLT (Optical line terminal)، قادر به تقسیم آن تا 128 پورت خروجی می‌باشد. به عبارت دیگر بجای اینکه بخواهیم در مرکز مخابراتی برای هر مشترک از یک پورت OLT  استفاده کنیم، با استفاده از اسپلیتر، همان یک پورت را بین 128 مشترک تقسیم کرد.

پس از مرکز مخابراتی تا محل نصب اسپلیتر، عملا در مصرف فیبر نوری و پورت‌های OLT صرفه‌جویی بسیار بزرگ انجام می‌شود. در طراحی شبکه فیبر نوری که به آن ODN (Optical Distribution Network) نیز گفته می‌شود، هر چه اسپلیتر را به مشترک نزدیک‌تر قرار دهیم، در هزینه ODN صرفه‌جویی بیشتری داشته‌ایم. به عبارت دیگر، در مصرف کابل فیبر نوری صرفه‌جویی کرده‌ایم.

طراحی شبکه ODN با استفاده از اسپلیتر فیبر نوری

• طراحی توزیع شده
• استفاده از یک لایه اسپلیتر در محل مشترک
• استفاده از یک لایه اسپلیتر در محل نصب OLT

در طراحی توزیع شده عموماً از دو لایه اسپلیتر استفاده می‌شود. در این روش اسپلیتر اول می‌تواند در ODC (Optical Distribution Cabinet) قرار گیرد و اسپلیتر دوم در باکس توزیع یا همان FAT (Fiber Access Terminal) قرار می‌گیرد. این نوع طراحی برای محیط‌هایی با تراکم جمعیت کم مفید است.

طراحی نوع دوم عموماً در ساختمان‌هایی با تعداد مشترک زیاد استفاده می‌شود.

طراحی نوع سوم که گرانترین نوع ODN به حساب می‌آید، اسپلیتر را در رکی نصب می‌شود که OLT در آن نصب شده است. بنابراین، از هر خروجی اسپلیتر باید یک کابل تا محل مشترک کشیده شود. این روش به دلیل هزینه‌های زیاد، پیشنهاد نمی‌شود.

نقش اسپلیتر فیبر نوری در شبکه

افزایش ظرفیت شبکه (Increasing Network Capacity)

اسپلیتر فیبر نوری می‌تواند ظرفیت شبکه را با تقسیم یک فیبر نوری به چندین فیبر افزایش دهد و به طور گسترده در مخابرات، Data Centerها و شبکه‌های پهن‌باند خانگی به کار می‌روند. همچنین امکان اشتراک منابع فیبر نوری میان کاربران متعدد را فراهم می‌کنند و نیاز به کابل‌های اضافی را به حداقل می‌رسانند. نکته قابل توجه، مقرون به صرفه بودن و سادگی پیاده‌سازی، تقسیم سیگنال‌های نوری بدون نیاز به منابع انرژی اضافی، به استفاده وسیع آن‌ها کمک کرده است.

با امکان انتقال همزمان داده به چندین نقطه پایانی، تقسیم‌کننده‌های فیبر نوری به افزایش تقاضا برای اینترنت پرسرعت و برنامه‌های کاربردی با حجم داده بالا پاسخ می‌دهند. افزایش تقاضا، توسط فناوری‌هایی مانند  cloud computing، پخش ویدئو (video streaming) و اینترنت اشیا (IoT) نیاز به راه‌حل‌های شبکه‌ای مقیاس‌پذیر و کارآمد را تشدید نموده است.

تسهیل اشتراک فیبر در مکان‌های متعدد (Facilitating Shared Fiber Across Multiple Locations)

تقسیم‌کننده فیبر نوری به معنای امکان اشتراک فیبر نوری در مکان‌های متعدد است و به عنوان دستگاهی که سیگنال نوری را به چندین مسیر تقسیم می‌کند، نقش دارد. این نوآوری به کاربران یا مکان‌های متعدد این اجازه را  می‌دهد تا به طور کارآمد از یک کابل فیبر نوری مشترک استفاده کنند. این اشتراک گذاری مقرون به صرفه بوده و نیاز به کابل‌ها و زیر ساخت‌های اختصاصی را به حداقل می‌رساند. مزایای اسپلیترهای فیبر نوری فراتر از صرفه جویی در هزینه‌ها می‌باشد؛ چرا که به استقرار شبکه‌های نوری غیرفعال (PON) کمک کرده و ارتباط کاربران متعدد به یک دفتر مرکزی یا ارائه‌دهنده خدمات را تسهیل می‌کند و این امر منجر به توزیع موثر و مقرون‌به‌صرفه پهنای باند می‌شود. علاوه بر این، پرتو تقسیم‌ کننده‌های فیبر نوری قابلیت مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کنند و از معماری‌ شبکه‌های مختلف مانند  point-to-multipoint یا point-to-point پشتیبانی می‌کند و امکان گسترش آسان برای پذیرش تعداد بیشتری از کاربران را فراهم می‌کنند. در چنین شرایطی تقسیم‌کننده‌های فیبر نوری ضروری هستند و تقاضای رو به افزایش برای اینترنت پرسرعت و انتقال داده پاسخ می‌دهند.

دستیابی به تست و نظارت فیبر نوری به طور موثر (Achieving Efficient Fiber Optic Testing and Monitoring)

اهمیت Splitter فیبر نوری در توزیع موثر سیگنال‌های نوری است که امکان تست و نظارت فیبر نوری را در کاربردهای مختلف مانند مخابرات، Data Center و سیستم‌های CATV فراهم می‌کند. اسپلیترهای فیبر نوری به عنوان اجزای ضروری در شبکه‌های فیبر نوری برای توزیع سیگنال نوری و تقسیم توان طراحی و تولید شده‌اند. با تقسیم یک سیگنال نوری به چندین مسیر، امکان آزمایش و نظارت همزمان را بدون ایجاد اختلال در انتقال اصلی فراهم می‌کنند. به همین علت تکنسین‌ها می‌توانند به راحتی به نقاط مختلف شبکه دسترسی داشته و قدرت سیگنال، کیفیت و سایر پارامترها را نظارت کنند، و اگر دچار مشکل شدند به راحتی آن‌ها را شناسایی و رفع کنند. همچنین می‌توانند بدون نیاز به قطع ارتباط اصلی، آزمایش‌های دوره‌ای و نگهداری پیشگیرانه را انجام دهند، که این امر منجر به افزایش اطمینان و پایداری شبکه می‌شود.

پیشرفت‌های اخیر بر تضمین سازگاری با شبکه‌های پرسرعت و پهنای باند بالا متمرکز است، که به دلیل افزایش تقاضا برای انتقال سریع‌تر داده‌ها ضروری شده است. تولیدکنندگان در حال توسعه اسپلیتر فیبر نوری پیشرفته‌ هستند که قادر به مدیریت سرعت‌های بالاتر با افت کم (insertion loss) و تخریب سیگنال (minimal signal degradation) حداقلی هستند. این تکامل با ظهور فناوری‌هایی مانند FTTH و 5G که در آن تقسیم کننده‌های فیبر نقش محوری در توزیع موثر سیگنال‌های نوری ایفا می‌کنند و ارتباط قابل اعتماد و عملکرد بالا را تضمین می‌کنند، بسیار حیاتی می‌شود.

پشتیبانی از معماری مختلف شبکه‌های فیبر (Supporting Different Fiber Network Architectures)

اسپلیتر فیبر نوری در معماری‌های متنوع شبکه فیبر نوری برای پاسخگویی به کاربردها و نیازهای مختلف شناخته می‌شود. اسپلیتر فیبر نوری نیاز به فیبرهای جداگانه برای هر کاربر را به حداقل می‌رساند و علاوه بر این اسپلیترهای نوری در استقرار FTTH نقش مهمی دارد و اینترنت پر سرعت، تلویزیون و خدمات تلفن را مستقیماً به منازل مسکونی و مشاغل می‌آورند در معماری‌های مراکز داده، جایی که تقاضا برای cloud computing و data storage در حال افزایش است، تقسیم‌کننده‌های فیبر نوری سیگنال‌ها را به سرورها، سوئیچ‌ها و storage devices مختلف توزیع می‌کنند و از ارتباطات و انتقال یکپارچه داده‌ها اطمینان می‌دهند.

اسپلیترهای فیبر نوری یکی از تجهیزات مهم در شبکه‌های فیبر نوری هستند و در شبکه‌های PON نقش حیاتی دارند. با استفاده از این اسپلیترهای نوری متخصصین Splitter فیبر نوری با امکان دسترسی آسان به نقاط مختلف شبکه برای آزمایش و نظارت، نگهداری پیشگیرانه بهبود یافته و عملکرد کلی سیستم را تضمین می‌کند و به راحتی می‌توان از آن‎‌ها نگهداری نمود و اگر شبکه دچار خطا یا مشکل شد به سرعت آن را شناسایی و برطرف کرد. اسپلیترهای نوری نه تنها به کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک می‌کنند بلکه با فراهم کردن راه‌حل‌های انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر، نیازهای روزافزون به پهنای باند و انتقال سریع داده را نیز برآورده می‌سازند.