ما هو المفتاح الضوئي؟
مبدأ عمل المفاتيح الضوئية:
وظائف المفاتيح الضوئية:
1- الحماية:
2- إضافة أو إسقاط بصري مضاعف:
3- المراقبة الطيفية البصرية:
فوائد المفاتيح الضوئية:
أنواع المفاتيح الضوئية:
1- مفاتيح بصرية ميكانيكية:
2- مفاتيح “MEMS” الضوئية:
ميزات المفتاح الضوئي:

مع النمو المتزايد لطلب الإرسال عالي السرعة للشبكات أصبحت الشبكات الضوئية الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة، وتلعب المفاتيح الضوئية دوراً حيوياً في نظام الشبكة البصرية اليوم، كما يمكن أن توفر للمستخدمين قدراً كبيراً من الطاقة والمساحة وتوفير التكاليف، وتتوفر مفاتيح ضوئية مختلفة لذا يمكنك اختيار مفتاح مناسب بناءً على متطلباتك.

 

ما هو المفتاح الضوئي؟

 

المفتاح الضوئي: هو جهاز يمكنه بشكل انتقائي تبديل إشارات الضوء التي تمر عبر الألياف الضوئية أو الدوائر الضوئية المتكاملة من دائرة إلى أخرى، وهذا يعني أنّه يمكنها نقل الإشارات الضوئية بين القنوات المختلفة في شبكات الاتصال، ومع تزايد شعبية الإنترنت والهاتف توسعت كميات أكبر من البيانات التي تديرها شبكات الاتصال، وتوفر تقنية حلاً مثالياً للاستفادة الكاملة من قدرة الأنظمة البصرية.

 

مبدأ عمل المفاتيح الضوئية:

 

عندما تمر إشارة ضوئية من جهاز كمبيوتر إلى آخر في شبكات الألياف البصرية فقد يكون من الضروري نقل الإشارة بين مسارات الألياف المختلفة، ولتحقيق ذلك يلزم وجود مفتاح لنقل الإشارة بأقل خسارة والمفتاح البصري هو تقنية مطلوبة، كما يتم تشغيل المفتاح البصري غالباً بطريقة ميكانيكية تقوم فقط بنقل الألياف أو المكونات الضوئية الضخمة الأخرى، لكنّها يمكن أن توفر استقراراً عالياً غير مسبوق وأداء منخفض التكلفة لا مثيل له.

 

وظائف المفاتيح الضوئية:

 

يتم نشر المفاتيح الضوئية بشكل أساسي في إنشاء مسار الضوء، كما إنّها تتميز بقابلية التوسع وقدرة التحويل الموثوقة للغاية، وفيما يلي الوظائف الرئيسية التي تتحملها المفاتيح الضوئية في الشبكات المتقاطعة الضوئية:

 

1- الحماية:

 

في بعض الأحيان قد يؤدي فشل نقطة واحدة إلى تعطل الشبكة بالكامل، ويهدف تبديل الحماية إلى حماية بيانات الإرسال، والتي يمكن أن تتجنب حدوث خطأ في الشبكة قبل العثور على أسباب الفشل.

 

2- إضافة أو إسقاط بصري مضاعف:

 

يجب أن تكون المفاتيح الضوئية مزودة بإمكانية إضافة أو حذف قنوات الموجة دون أي معالجة إلكترونية ويسمى هذا النوع من المفاتيح الضوئية أيضاً بالمفاتيح الانتقائية ذات الطول الموجي.

 

3- المراقبة الطيفية البصرية:

 

المراقبة الطيفية البصرية: هي عمليات إدارة الشبكة، وفي هذه العملية يوتلقى المشغلون جزءاً صغيراً من الإشارة التي يتم النقر عليها بصرياً لمراقبة مستوى الطاقة ودقة الطول الموجي والتحدث البصري المتقاطع.

 

فوائد المفاتيح الضوئية:

 

استخدام مفاتيح الألياف له فوائد عديدة مقارنة بالمفاتيح النحاسية التقليدية، وغالباً ما تكون الطبقة الليفية المستخدمة في المفاتيح الضوئية ثابتة، وهذا يعني أنّ كابلات المفتاح البصري يجب أن تتم مرة واحدة فقط ويمكن إعادة تكوينها عن بُعد دون الحاجة إلى الترقيع أو التدخل اليدوي.

 

تعمل المفاتيح الضوئية على تقليل التكلفة واستخدام الطاقة وتأخيرات التحويل الكهربائي ممّا يؤدي إلى إنشاء مسارات شفافة مع زمن انتقال قريب من الصفر، وبالإضافة إلى ذلك نظراً لأنّ تحويل الألياف الضوئية يستخدم برنامج إدارة، فإنّه يحتفظ بقائمة لتوجيه الوصلات المتقاطعة.

 

لا تسمح المفاتيح الضوئية بالتبديل عالي السرعة فحسب بل إنّها تزيد أيضاً من استقرار الاتصالات الضوئية، فعلى سبيل المثال إذا تم اكتشاف مقاطعة في مسار اتصال واحد فيمكن للمحول البصري التبديل إلى مسار مختلف في أقل من “10 مللي ثانية”.

 

أثناء صيانة المعدات يمكن تحويل جميع مسارات الاتصالات إلى مسار مؤقت أثناء أعمال الصيانة وإعادتها إلى المسار الأصلي بعد اكتمال العمل، وهذا يلغي مخاطر انقطاع الاتصال أثناء أعمال الصيانة، كما تُعد المفاتيح الضوئية مكونات لا غنى عنها لاستقرار وصيانة أنظمة الاتصالات الضوئية عالية السرعة وذات السعة الكبيرة.

 

تستخدم الاتصالات الضوئية الضوء لتحقيق اتصالات عالية السرعة وكبيرة الحجم، كما يتطلب هذا النوع من الاتصال أيضاً سرعة عالية عند التبديل بين مسارات الاتصال، حيث تستغرق المفاتيح اليدوية الكثير من الوقت والأخطاء تكون موجودة أيضاً، كما يمكن استخدام المفاتيح الإلكترونية للتبديل السريع والموثوق.

 

ولكن هذا يتطلب تغيير الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية “Converting optical to electrical” والانتقال عبر المفتاح وتحويلها مرة أخرى إلى إشارة ضوئية، وهذا يسبب صعوبة في حركة البيانات عند كل مفتاح وتتضاءل مزايا الاتصال البصري، كما يمكن للمفاتيح الضوئية تقسيم أو إعادة توجيه أجزاء معينة من البيانات بسرعة وموثوقية، دون الحاجة إلى تحويل الإشارات إلى إشارات كهربائية.

 

أنواع المفاتيح الضوئية:

 

مع نمو متطلبات البيانات لم تعد المفاتيح الكهربائية التقليدية تلبي طلب الأشخاص، وهناك نوعان رئيسيان من المفاتيح الضوئية هي المفاتيح الضوئية الميكانيكية البصرية والمفاتيح البصرية “MEMS” أي الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة.

 

1- مفاتيح بصرية ميكانيكية:

 

المفتاح البصري الميكانيكي البصري: هو نوع قديم من المفاتيح ولكنّه الأكثر استخداماً على نطاق واسع حيث يمكن أن ينتج تحديدات مختلفة للمسار البصري، ومن مجموعة من أقسام المسار البصري التي يتم توجيهها في اتجاهات مكانية مختلفة، ومن ثم يمكن استخدامها في مراقبة الطاقة الضوئية متعددة القنوات أو شبكات المنطقة المحلية البصرية أو تبديل مصادر الليزر المتعددة أو المستقبلات الضوئية في شبكات إيثرنت.

 

كما أنّه يتم استخدامها في اختبار وقياس الألياف والعناصر أو الأنظمة وكذلك التطبيقات في أنظمة استشعار الألياف متباينة الاتجاهات، ووفقاً لعدد إشارات إعادة التوجيه تحتوي المفاتيح الضوئية الميكانيكية على تكوينات مختلفة مثل “1 × 1? و”1 × 2? و”1 × 4? و”1 × 16”.

 

كما تعمل وحدة التبديل بربط القنوات الضوئية عن طريق إعادة توجيه إشارة ضوئية واردة واحدة إلى إشارة معينة من “8 ألياف” إنتاج، كما يمكن أن يحقق هذا النوع من المفاتيح الضوئية موثوقية ممتازة وفقدان إدخال وتقاطع نقل الكلام.

 

2- مفاتيح “MEMS” الضوئية:

 

تستخدم المفاتيح الضوئية “MEMS” مرآة دقيقة لعكس شعاع الضوء، ويمكن تغيير الاتجاه الذي ينعكس فيه شعاع الضوء عن طريق ضبط زاوية المرآة ممّا يسمح بتوصيل ضوء الإدخال بأي منفذ خارجي، كما إنّه مفتاح ضوئي مضغوط يربط القنوات الضوئية عن طريق إعادة توجيه الإشارات الضوئية الواردة إلى ألياف الإخراج المحددة، وحالة التبديل مستقرة للغاية ضد التغيرات البيئية في درجة الحرارة والاهتزاز بسبب تصميمها الفريد.

 

يمكن اعتبار المفتاح البصري “MEMS” بدرجة ما فئة فرعية من المفاتيح الضوئية الميكانيكية، ولكنّها تتميز عن المفاتيح الضوئية الميكانيكية في العديد من الجوانب مثل الخصائص والأداء والموثوقية، والأكثر وضوحاً هو أنّ المفتاح البصري الميكانيكي يحتوي على حجم أكبر مقارنة بالبدائل الأخرى لكنّ مفتاح “MEMS” يتغلب على ذلك، بالإضافة إلى ذلك تحتوي المفاتيح الضوئية “MEMS” أيضاً على تكوينات مختلفة مثل “1 × 8? و”1 × 12? و”1 × 16”.

 

“MEMS” هي اختصار لـ “micro electro mechanical systems”.

 

ميزات المفتاح الضوئي:

 

المفتاح البصري بالكامل هو مفتاح دارة بدون توجيه حزم.

 

لا يقوم بتوجيه حزم “IP” بشكل انتقائي.

 

يقوم بتبديل البيانات الموجودة على الألياف بدون تحويل.

 

يستخدم التبديل البصري بالكامل تبديل “OOO”.

 

“OOO” تحويل المدخلات البصرية وجوهر المفتاح البصري والإخراج البصري.

 

لا يستخدم تحويل “OEO” أي بصري – كهربائي – بصري.

 

يقوم بتبديل إشارة الضوء بالكامل من ألياف إلى أخرى.

 

لا يوجد به اضطراب في التوقيت أو زمن انتقال أو تلف في البيانات.

 

ملاحظة: “OEO” هي اختصار لـ “Optical Electronic Optical”.

 

ملاحظة: “OOO” هي اختصار لـ “Optical-to-Optical-to-Optical”.

 

ملاحظة: “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.