ما هي شبكة PON (الشبكة الضوئية السلبية)؟ دليل شامل للمبتدئين

أصبحت شبكة PON (الشبكة الضوئية السلبية) التقنية الأساسية المعتمدة للوصول إلى النطاق العريض عبر الألياف الضوئية في جميع أنحاء العالم. تعمل هذه الشبكة وفق بنية من نقطة إلى عدة نقاط، حيث تستخدم مقسمات ضوئية غير مزودة بالطاقة لتمكين ليف ضوئي واحد من خدمة نقاط نهاية متعددة في وقت واحد.

اليوم، لم تعد تقنية PON مقتصرة على شبكات مزودي خدمات الاتصالات؛ بل توغلت بعمق في الشبكات الخاصة للمؤسسات، وشبكات المنطقة المحلية (LANs)، وشبكات المنازل الذكية من الجيل التالي، مما أدى إلى زيادة الطلب العالمي على حلول FTTH ذات النطاق الترددي العالي.

معنى الشبكات الضوئية السلبية

PON هو اختصار لشبكة الألياف الضوئية السلبية . تربط تقنية PON عدة مستخدمين في وقت واحد عبر ليف ضوئي واحد. قبل ظهور تقنية PON، كانت تقنيات الوصول الضوئية الأخرى تؤدي نفس الوظائف، وكانت معدات التقارب النشطة موجودة في شبكة توزيع الألياف الضوئية (ODN). باستخدام مُقسِّمات الألياف الضوئية السلبية بدلاً من معدات التقارب النشطة في شبكة توزيع الألياف الضوئية، تُلغي تقنية PON الحاجة إلى الأجهزة النشطة، مما يُؤكد الطبيعة السلبية للشبكة.

تتكون شبكة PON من محطة الخط الضوئي OLT، وشبكة التوزيع الضوئية ODN ، ووحدة الشبكة الضوئية ONU.

OLT عبارة عن معدات مكتبية مركزية. تشتمل معدات المستخدم على ONTs وONUs.

• ONT عبارة عن محطة شبكة بصرية، يستخدمها عادةً مستخدم واحد، والمعروف أيضًا باسم المودم البصري. تنتمي محطات مستخدم FTTO وFTTH إلى ONT.
• تتم مشاركة ONU عادةً بواسطة عدة مستخدمين ويتم استخدامها بشكل أساسي في FTTB. يمكن أيضًا الإشارة إلى معدات المستخدم بشكل جماعي باسم ONU.

للحصول على تفاصيل حول الاختلافات بين الأنواع المختلفة من وحدات الشبكة الضوئية (ONU)، راجع المقالة "ما هي الاختلافات بين ONU ​​و ONT و SFU و HGU ...".

يشير مصطلح ODN إلى شبكة التوزيع الضوئية السلبية، والتي تتكون من خطوط كابلات ضوئية للوصول ومقسمات ضوئية بين وحدتي OLT وONU. لمزيد من التفاصيل حول ربط خطوط الكابلات الضوئية للوصول، يُرجى الرجوع إلى مقال "بنية شبكة التوزيع الضوئية" . ولمزيد من التفاصيل حول إعداد المقسمات الضوئية، يُرجى الرجوع إلى مقال "الفرق بين التقسيم الأولي والتقسيم الثانوي في شبكة التوزيع الضوئية وتطبيقاتهما" .

المبادئ التقنية لشبكة PON: كيف تعمل؟

لفهم كيفية تحقيق نظام PON لاتصال سلس من نقطة إلى عدة نقاط عبر ليف بصري واحد، يجب أن ننظر في كيفية إدارته للبيانات في كلا الاتجاهين. يعمل نظام PON النموذجي باستخدام أطوال موجية منفصلة للإرسال والاستقبال، مما يضمن اتصالاً ثنائي الاتجاه دون تداخل في الإشارة.

الإرسال في اتجاه المصب: أسلوب البث

في اتجاه الإرسال (من محطة OLT إلى نقاط نهاية المستخدم)، تستخدم شبكة PON طريقة البث . ترسل محطة OLT تدفقات بيانات مستمرة عبر الألياف، والتي يتم تقسيمها بالتساوي بواسطة مقسم بصري سلبي للوصول إلى كل وحدة ONU أو ONT متصلة.

• كيف يعمل توجيه البيانات: يتم بث إطارات البيانات إلى جميع المستخدمين في وقت واحد.
• الأمان والتصفية: تحتوي كل حزمة بيانات على مُعرِّف عنوان مُحدد. عندما تستقبل وحدة الشبكة الضوئية (ONU) الإشارة المُذاعة، فإنها تتحقق من هذا المُعرِّف. إذا كانت البيانات تخص ذلك المستخدم، تقبلها وحدة الشبكة الضوئية؛ وإلا، يتم تجاهل الحزمة.
• أمن شبكة الهاتف المحمول: لمعالجة المخاوف المحتملة المتعلقة بالخصوصية والمتأصلة في البث، تستخدم معايير PON الحديثة تقنيات التشفير في اتجاه المصب (مثل تشفير AES-128) لضمان عدم تمكن المستخدمين من التنصت على تدفقات البيانات المجاورة.

الإرسال في اتجاه المنبع: تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM)

في اتجاه الإرسال (من وحدات الشبكة الضوئية المتعددة إلى وحدة إنهاء الخط الضوئي المركزية)، لا يمكن بث إشارات البيانات، وإلا ستتداخل وتتسبب في فقدان كبير للبيانات. لذلك، تستخدم أنظمة الشبكات الضوئية السلبية تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM).

• تخصيص النطاق الترددي الديناميكي (DBA): يعمل جهاز OLT كوحدة تحكم مركزية في حركة المرور، حيث يقوم بتخصيص فترات زمنية محددة ومميزة (شرائح زمنية) لكل وحدة ONU متصلة.
• منع الاصطدام: لا تُرسل كل وحدة ONU بياناتها الواردة إلا خلال الفترة الزمنية المحددة لها، مثل طلبات المستخدمين على الإنترنت أو الملفات التي يتم تحميلها. يضمن هذا التوقيت الدقيق وصول حزم البيانات من المنازل المختلفة إلى وحدة OLT بشكل منظم، مما يمنع تداخل الإشارات.

المكونات المادية الأساسية الثلاثة لنظام PON

تعتمد بنية شبكة PON الكاملة على ثلاثة مكونات مادية أساسية لتحقيق اتصال سلس من نقطة إلى عدة نقاط. يُعد فهم أجهزة PON هذه وواجهاتها أمرًا ضروريًا لهندسة الشبكات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها ميدانيًا.

• OLT (محطة الخط البصري): يقع جهاز OLT في المكتب المركزي لمزود خدمات الاتصالات. ويعمل كمحرك للنظام بأكمله، حيث يقوم بتحويل حركة مرور الإنترنت القياسية إلى إشارات ضوئية وإدارة تخصيص النطاق الترددي الديناميكي.
• وحدة الشبكة الضوئية / الطرفية (ONU / ONT): يتم وضع جهاز ONT في مقر العميل (منازل أو شركات). يقوم الجهاز بتحويل الموجة الضوئية الواردة إلى إشارات كهربائية. ويقوم الفنيون بفحص الجهاز بشكل دوري. واجهة PON على جهاز ONT للتأكد من أن سلك توصيل الألياف الوارد يقدم إشارات ليزر نظيفة إلى جهاز توجيه الواي فاي المحلي.
• شبكة التوزيع الضوئية (ODN): مسار الكابلات السلبي بالكامل الذي يربط وحدة OLT المركزية بطرف المستخدم. لا تحتوي شبكة التوزيع الضوئي (ODN) على أي إلكترونيات نشطة، وتتكون من كابلات ألياف ضوئية رئيسية، ووصلات ضوئية، وصناديق توزيع الألياف، ومقسمات ضوئية.

أنواع مقسمات الألياف الضوئية الصناعية في أجهزة شبكات PON

باعتباره المكون الأساسي في بنية شبكة التوزيع الضوئي (ODN)، يقوم مقسم الإشارة الضوئية بتقسيم شعاع ليزر واحد إلى مسارات متعددة (مثل 1×4 ، 1×8، 1×32، أو حتى 1×64). ولملاءمة بيئات النشر المتنوعة، تُصنّع شركة Yingda ثلاثة أشكال رئيسية تجارية لصناديق ومقسمات شبكة التوزيع الضوئية (PON):

• فواصل الكتابة الصغيرة: مغلفة بأنبوب فولاذي مقاوم للصدأ صغير الحجم مع ألياف مكشوفة. تم تصميم هذه الأنابيب للتوصيل المباشر داخل وصلات إغلاق عالية الكثافة، أو صواني التوصيل، أو إطارات التوزيع البصري الصغيرة (ODF).
• فواصل نوع وحدة ABS: تأتي هذه الصناديق في غلاف بلاستيكي متين من مادة ABS مع أسلاك توصيل محمية. وهي الخيار الأمثل لصناديق التوزيع الخارجية المثبتة على الجدران، حيث توفر حماية ميكانيكية قوية ضد الظروف الجوية القاسية.
• مقسمات وحدات من نوع الكاسيت / LGX: تصميم معياري للأجهزة، سهل التركيب والتشغيل، مزود مسبقًا بمحولات SC/APC أو SC/UPC القياسية. تنزلق هذه الكاسيتات بسلاسة في حاويات التثبيت على الرفوف، مما يبسط عملية التركيب الميداني بشكل كبير في مراكز بيانات المؤسسات ومراكز الاتصالات.

بصفتها شركة مصنعة معتمدة لألياف شبكة PON في الصين، توفر شركة Yingda حلول FTTH PON الجاهزة، حيث تقوم بتوريد هذه المقسمات الضوئية المتميزة، وحاويات التوزيع، وكابلات الألياف مباشرة من مصنعنا إلى مقاولي الهندسة العالميين.

جدول مواصفات فقد الإدخال للمقسم

في تصميم شبكات PON الاحترافية، يُعد حساب ميزانية الطاقة الضوئية أمرًا بالغ الأهمية لتجنب تدهور الإشارة. في كل مرة يقوم فيها مقسم ضوئي بتقسيم الضوء، فإنه يُحدث فقدًا ماديًا في قوة الإشارة، يُقاس بفقد الإدخال (IL).

كقاعدة عامة، تُضيف كل مرحلة من مراحل تقسيم الإشارة (مثلاً، من 1×2 إلى 1×4) حوالي 3 ديسيبل من الفقد. علاوة على ذلك، وبسبب الموصلات الإضافية وواجهات المحولات، تُظهر مُقسّمات الإشارة القياسية من نوع الكاسيت فقدًا أعلى بنحو 0.2 ديسيبل من مُقسّمات الإشارة من نوع ABS.

يوضح الجدول أدناه مواصفات فقد الإدخال النموذجية التي تم اختبارها في مصنع Yingda عبر نسب تقسيم مختلفة:

مواصفات الفاصل	فقدان الإدراج (نموذجي) الوحدة: ديسيبل	فقدان الإدراج (نموذجي) الوحدة: ديسيبل
	نوع وحدة ABS	نوع كاسيت
1 × 2	4.2	4.4
1 × 4	7.8	8.0
1 × 8	10.9	11.1
1 × 16	13.9	14.1
1 × 32	17.2	17.4
1 × 64	20.9	21.2

الاختلافات بين تقنيات PON: EPON وGPON و10G PON

تشمل تقنيات شبكات الاتصال الضوئية السلبية (PON) المستخدمة حاليًا بشكل رئيسي EPON و GPON ، بالإضافة إلى 10G-EPON و XG-PON . وعلى الرغم من وجود اختلافات كبيرة بين تقنيات PON المختلفة، إلا أن الاختلافات الرئيسية من وجهة نظر المستخدمين تكمن في سرعة الخط، وعرض النطاق الترددي المتاح، وطول الموجة العاملة.

لمساعدة مسؤولي الشبكات والمهندسين على اختيار معايير PON المناسبة بناءً على التكلفة والمسافة ومتطلبات عرض النطاق الترددي، يوضح جدول المقارنة الشامل أدناه المواصفات الفنية الأساسية عبر الأجيال المختلفة:

العناصر	EPON	GPON	10G-EPON (غير متماثل)	10G-EPON (التماثل)	XG-بون	XGS-بون
المعايير التقنية	ياردة/ت 1475	YD / T1949	ياردة/ت 2274	ياردة/ت 2274	ياردة/ت 2202	ياردة/ت 3691
معدل الخط (Mbps) الوصلة الهابطة	1250	2488	10312.5	10312.5	9953	9953
معدل الخط (Mbps) الوصلة الصاعدة	1250	1244	1250	10312.5	2488	9953
عرض النطاق الترددي المتاح (Mbps) الوصلة الهابطة	950	2200	8300	8300	8500	8500
عرض النطاق الترددي المتاح (Mbps) الإرسال	900	1100	900	8000	2000	8500
الطول الموجي لمركز العمل (نانومتر) للوصلة الهابطة	1490	1490	1577	1577	1577	1577
الطول الموجي لمركز العمل (نانومتر) للوصلة الصاعدة	1310	1310	1310	1270	1270	1270

التطور المعماري الأساسي:

• EPON (شبكة إيثرنت PON): يعتمد هذا النظام على بروتوكولات إيثرنت القياسية، ويوفر سرعات متناظرة تبلغ 1.25 جيجابت في الثانية. وهو حل فعال من حيث التكلفة، ومجرب على مر الزمن، ويُستخدم على نطاق واسع في بنى النطاق العريض السكنية الأساسية.
• GPON (Gigabit PON): توفر تقنية GPON نطاق ترددي غير متماثل - 2.488 جيجابت في الثانية للتحميل و1.244 جيجابت في الثانية للرفع. كما تدعم نسب تقسيم أعلى (تصل إلى 1:128) وتوفر ميزات أمان فائقة، مما يجعلها الخيار الأمثل لمشغلي الاتصالات المتميزين.
• تقنية 10G PON وتقنية Combo PON: تساهم معايير الجيل التالي مثل XG-PON وXGS-PON في رفع قدرات النطاق الترددي إلى 10 جيجابت في الثانية بشكل متناظر مذهل. ولتسهيل عملية الانتقال السلس للشبكة، تقنية كومبو بون يُمكّن المشغلين من تشغيل خدمات GPON القديمة وخدمات PON من الجيل التالي بسرعة 10 جيجابت في وقت واحد على نفس بنية ODN التحتية دون تغيير خطوط الألياف الحالية، مما يزيد من عائد الاستثمار للبنية التحتية الحالية. كابل الألياف الضوئية عمليات النشر.

الأسئلة الشائعة

ماذا يعني ضوء/مؤشر LED الخاص بشبكة PON على جهاز التوجيه الخاص بي؟

يشير ضوء PON LED الموجود على مودم الألياف أو جهاز التوجيه الخاص بك إلى حالة الاتصال بين جهازك الموجود في المبنى (ONU/ONT) والجهاز المركزي لمزود الخدمة (OLT).

ماذا تشير إليه حالات إضاءة شبكة PON المختلفة؟

• أخضر ثابت / تشغيل: تم تسجيل جهازك بنجاح لدى وحدة OLT المركزية. المسار البصري سليم، واتصالك بالإنترنت مُنشأ فعلياً.
• وميض أخضر: يحاول الجهاز حاليًا إجراء مصافحة أو مصادقة مع شبكة مزود الخدمة. إذا استمر وميضه بشكل متواصل، فهذا يشير عادةً إلى وجود خلل في إعدادات التزويد من جانب مزود خدمة الإنترنت.
• أحمر ثابت أو مطفأ / منطفئ: انقطع الاتصال البصري تمامًا. هذا يعني أن وحدة الشبكة الضوئية (ONU) لا تستقبل أي إشارة ضوئية. تشمل الأسباب الشائعة انحناءً شديدًا في سلك التوصيل، أو فصل محول الألياف، أو انقطاعًا في كابل التوزيع المحلي.

ما الفرق بين تقنية PON وتقنية WiFi؟

تتعامل كل من تقنية PON وتقنية WiFi مع مراحل منفصلة تمامًا من اتصال الشبكة. تقنية PON هي وصلة الألياف الضوئية المادية التي تنقل البيانات عالية السرعة من مركز الاتصالات إلى مودم المبنى. أما تقنية WiFi، فهي إشارة الراديو اللاسلكية التي يُصدرها جهاز التوجيه المحلي لتوزيع اتصال الإنترنت على حاسوبك المحمول أو هاتفك الذكي أو أجهزة المنزل الذكية داخل المبنى.