استقرار سیستم های دریایی
اینترنت، محرکی برای پهنای باند
در دهه 80 و اوایل دهه 90 میلادی، اپراتورهای کابلی دریا، ظرفیت سیستم‌های جدید خود را به صورت تعداد کانال صوتی بیان می‌کردند. با افزایش ترافیک داده‌ها در اینترنت، دیگر در سیستم‌های جدید به تعداد کانال اشاره نمی‌شود و ظرفیت هر شبکه با نرخ بیت بیان می‌گردد که در آغاز به صورت مگابیت در ثانیه بوده و در حال حاضر به صورت گیگابیت و یا ترابیت در ثانیه سنجیده می‌شود. در حال حاضر بیشتر ظرفیت کابل‌های زیردریایی، حداقل نه به طور مستقیم، برای مدارهاي صوتی استفاده نمی‌شود. علاوه بر اپراتورهای مخابراتی، ظرفیتی معادل ۲/۵ یا ۱۰/۰ گیگابیت در ثانیه به اپراتورهای اینترنت زیرساخت، شرکت‌های میزبان اینترنت و سایر اپراتورهای شبکه داده‌ها، به فروش می‌رسد.
رشد 32 درصدی ترافیک اینترنت در سال
شرکت سیسکو، در گزارشی که در سپتامبر 2011 منتشر کرده، ارزیابی سالانه از ترافیک اینترنت را ارايه داده و نرخ رشد سالیانه ترافیک IP را در سراسر جهان برای سال‌های 2010 تا 2015 برابر 32 درصد پیش بینی كرده است. نرخ ترافیک به طور قابل ملاحظه‌ای در بعضی نقاط مثل خاورمیانه (با 52 درصد) و آمریکای لاتین (با 48 درصد)، بالاتر برآورد می‌شود.
دستگاه ها، اطلاعات و مراکز داده بیشتر
از عوامل مؤثر در رشد شبکه می‌توان دستگاه‌های بیشتر، تلفن‌های ویژه هوشمند و تبلت‌ها، استفاده بیشتر از برنامه‌های کاربردی داده‌ها بر روی دستگاه‌های تلفن همراه، افزایش استفاده از ویديو دیجیتال، و میزبانی و ذخیره سازی مورد نیاز برای ارايه خدمات را برشمرد. به عنوان نمونه در پایان سال 2011 ،جهان ۶/۰ میلیارد کاربر تلفن همراه داشت که ۱/۲ میلیون نفر از آنها از خدمات پهن باند تلفن همراه استفاده می‌کردند. برای خط ثابت به اینترنت، در جهان ۰/۶ میلیارد مشترک ثابت پهن باند بود. در پایان سال 2011 ،جهان ۲/۳ میلیارد کاربر ثابت داشته است.
مراکز داده ها، کمک به بار ترافیک
تنها بخشی از تمام ترافیک اینترنت بر روی کابل‌های زیر دریا قرار می‌گیرد، اما ترافیک بین‌المللی نیز که تا حدودی به دلیل خدمات ارتباطی جدید در آفریقا و جنوب آسیا در حال افزایش است، با نرخ مشابه در نظر گرفته می‌شود. روند تعیین محل مراکز داده نیز می‌تواند در تقاضا برای فیبر در کابل‌های زیر دریا تأثیر بگذارد. مراکز داده در ایسلند، که در آنجا انرژی با هزینه پایین و آلودگی کمتر در دسترس است، و بازارهای جدید از جمله در سوئد و گرینلند، که در آنها آب و هوا برای کاهش هزینه‌های خنک کننده مناسب است، از موارد توسعه جدید هستند.
روش های جدید بهینه سازی زمان تأخیر
یکی دیگر از موارد توسعه در سال‌های اخیر، کاهش زمان تأخیر برای ترافیک اطلاعات تجاری در بازار مالی و گسترش ویدئو کنفرانس‌هاست. زمان تأخیر کم، سود مالی قابل توجهی را برای شرکت‌های ســرمایه‌گذاری در استفــاده از رایانه برای تجارت برنامه‌ریزی شده فراهم می‌آورد. دستیابی به این امر با ارتقاء سیستم‌های انتقال موجود، و همچنین برنامه‌ریزی برای ایجاد مسیرهای جدید با هدف کاهش مسافت شبکه و به منظور کاهش زمان تأخیر، که بر حسب میلی ثانیه (MS) اندازه‌گیری می‌شود انجام می‌گیرد. بنا به گزارش‌ها، سیستم 1-AC نصب شده در سال 1998 که دو سوی اقیانوس اطلس را به هم وصل می‌نماید، پایین‌ترین رکورد تأخیر برابر ۶۴/۸ میلی ثانیه را دارد.
هر دو شرکت امرالد اکسپرس و هیبرنیا اکسپـرس ادعا می‌کنند که سیستم‌های مربوطه آنها، اطلاعات را به سرعت در اقیانوس اطلس انتقال می‌دهند. در مورد سیستم اقیانوس اطلس هیبرنیا، زمان تأخیر از نیویورک و لندن کم و در حدود ۵۹/۶ میلی‌ثانیه است.
جوزف هیلت معاون ارشد هیبرنیا در امور مالی در مصاحبه با هفته نامه تجاری بلومبرگ که در مارس 2012 منتشر شد اظهار داشت که در زدن هر دکمه، ” آن پنج میلی ثانیه اضافی می‌تواند براي آنها میلیون‌ها … (شرکت تجارت الکترونیکی) تمام شود. ”
نقطه به نقطه در مقابل شبکه
بسیاری از سیستم‌های کابل جديد، از جمله سیستم‌های جدید بکار گرفته شده در آفریقا، از واحد انشعابی استفاده می‌کنند. این فناوري در اواخر دهه 1990 توسعه یافته و نشان داده است که برای مدیریت ترافیک و بهینه سازی در نصب کابل مؤثر است. در نمونه‌های اخیر سه کابل به محل انشعاب وارد می‌شوند. این کابل‌ها، یا دارای تعداد زیاد فیبر و یا کابل‌هایی با تعداد مختلف فیبر هستند. بنابراین، با این فناوری می‌توان به تمام كشورها از یک کابل بین‌المللی، کابل با تعداد کمتر فیبر نسبت به کل سیستم منشعب كرد. نتیجه آن است که سیستم‌های کابل زیردریایی در حال حاضر به عنوان شبکه‌های گرهي مطرح بوده و این تغییر قابل توجهی نسبت به شبکه‌های سال‌های اولیه است که همه مسیرهای شبکه به صورت نقطه به نقطه پیکربندی می‌شد.
شکست مسئله دیسپرشن (پخش) در دهه 1990
در دهه 90 میلادی، فناوری‌های جدید تقویت کننده‌های نوری و مولتی پلکس با تسهیم طول موج، نرخ انتقال بیت برای هر زوج فیبر را به ۲/۵ تا 5 گیگابیت در ثانیه رساندند. این تحولات، باعث پیشرفت عمده‌ای در طراحی و تولید فیبرهای نوری برای سیستم‌های زیردریا و کنترل دیسپرشن فیبر (پخش سیگنال‌های نوری) در مسافت‌های طولانی شده است. از سال 2000 به اين سو، پیشــرفت‌های قابــل توجه در فشرده سازی بیشتر طول موج و نرخ مدوالسیون سریعتر، نرخ انتقال را به بالایی یک ترابیت در ثانیه برای هر زوج فیبر رسانده است.
پهنای باند، همچنان رو به افزایش
در حالی که چالش موجود برای کابل‌های قدرت، انتقال ولتاژ بالاتر در مسافت‌های طولانی است، چالش کابل‌های مخابراتی، انتقال پهنای باند بالاتر در مسافت‌های طولانی است. تفاوت اصلی این است که بیشتر پیشرفت‌های حاصل در سال‌های اخیر، نه در مورد فیبر یا کابل، بلکه بهبود فناوری در تقویت کننده‌ها و سیستم‌های انتقال حاصل شده است. از اولین فیبرنوری کابل‌های زیردریایی نصب شده در دهه هشتاد میلادی تاکنون، به دلیل بهبود لیزر و مدولاسیون الکترونیکی نرخ بیت، در هر زوج فیبر، از 280 مگابیت در ثانیه به 622 مگابیت در ثانیه افزایش یافته است. در قسمت قبلی این مقاله جدول جزئیات رشد در ظرفیت پهنای باند و پیاده سازی در سیستم‌های بین‌المللی از اواخر دهه 1980 تا اوایل قرن 21 ارايه شد. با توجه به رشد قوی در پهنای باند سیستم‌های نصب شده در 8 سال گذشته (شكل 1) نیاز به تشریح جزئیات تحولات سیستم اولیه را به حداقل می‌رساند.
علل افزایش نرخ بیت
سوال مهم این است که چگونه در صنعت مخابرات، موفق به افزایش ظرفیت پهنای باند کابل در بیش از بیست سال گذشته شده‌اند؟ سه عامل برای بررسی می‌توان در نظر گرفت:
1) تعداد جفت فیبر
2) تعداد طول موج ،که اغلب به عنوان لاندا یا کانال اشاره می‌شود
3) سرعت انتقال در هر یک از طول موج که برحسب گیگابیت در ثانیه اندازه‌گیری می‌شود.
در یک استقرار سیستم های دریایی، تعداد فیبر به صورت “جفت فیبر” بیان می‌شود، به طوری که ترافیک دو سویه قابل استفاده است. با توجه به توسعه فناوری تافت‌گری و واتافت‌گری که برای تجمیع و مجزا نمودن طول موج استفاده می‌شود، تعداد طول موج‌هایی که به طور مؤثر می‌توان مدیریت و بر روی آنها اطلاعات ارسال نمود، به طور قابل توجهی افزایش یافته است.
طول موج / کانال ها
همان طور که در شکل 2 نشان داده شده، تا سال 1995 ، به جز سیستم‌های محدودی که در انتقال از چند طول موج استفاده مي‌کردند هیچ سیستمی از نوع WDM مستقر نشده بود، در آن زمان تنها سه سیستم 12 -TAT با سه طول موج، 5-TPC با دو طول موج و یک کابل داخلی ژاپن که WDM را با استفاده از 4 طول موج مورد استفاده قرار میداد به صورت چند کاناله استفاده می‌شد. WDM سیستم‌هایی هستند که در آنها از چهار طول موج استفاده می‌شود. صنعت کابل زیردریایی تا سال 1998 که فناوری DWDM (با بیش از از 4 طول موج) به طور گسترده مطرح شد اصولا سیستم‌های با 2 و یا بیشتر طول موج را نمیشناخت.
بالاخره در سال 1999 سیستم‌های با طول موج‌های بیشتر مورد استفاده قرار گرفت. در اواخر دهه 90، سیستم‌های DWDM ،فاصله کانال‌ها را بهبود بخشيده و از 100 گیگاهرتز (۰/۸ نانومتر) به 50 گیگاهرتز کاهش داد. این امر باعث شد که تولیدکنندگان بتوانند برای مصارف تجاری، تا 360 طول موج را به طور مؤثر در تست آزمایشگاهی انتقال دهند.
مروری بر سیستم های نصب شده در اقیانوس اطلس
همان طور که در قسمت‌های قبل بیان شد، اولین کابل تلگراف دریایی در اقیانوس اطلس نصب شد. از دهه 1920 تا اواسط دهه 50 ،خدمات تلفنی در اقیانوس از طریق سیستم‌های رادیویی ارايه می‌شد. برای اولین بار در سال 1956، سیستم 1 – TAT با 36 کانال تلفنی در اطلس راه اندازی شد. سیستم جانشین آن از کابل‌های کواکسیال مشابه که برای ظرفیت‌های بالاتر طراحی شده بود و تا 10000 کانال تلفنی را انتقال میداد، قبل از نصب اولین کابل نوری اقیانوسی یعنی 8-TAT مورد استفاده قرار گرفت.
شكل 3 مسیر و مسافت سیستم‌های کابل نوری را که از سال 1988 نصب آنها شروع شده، نشان می‌دهد. تا اواسط دهه 90 ،این سیستم‌های کابلی توسط کنسرسیومی از ارايه دهندگان وقت در هر دو طرف اقیانوس اطلس ساخته می‌شد.
آتالنتیک کراسینگ (AC) اولین پروژه کابل اقیانوسی بود که در دوره رونق مخابراتی دهه 90 در سال 1998 کاملا توسط بخش خصوصی نصب شد. اکنون به سختی می‌توان باور كرد، ولی زمانی که مطالعه امکان سنجی برای 1- AC در اواخر سال 1996 و اوایل سال 1997 انجام شد، سرویس دهندگان وقت اروپا هنوز از ظرفیت انتقال با چند E1 صحبت می‌کردند. E1 واحد ظرفیت انتقال نوری برابر 048/2 مگابیت در ثانیه است.
داده‌هاي نشان داده شده فقط مربوط به آن دسته از سیستم‌های اقیانوس اطلس است که از آمریکای شمالی به اروپا کشیده شده‌اند. سیستم‌های نصب شده از 1998 تا 2002 شامل 2- AC، 14-TAT ، سیستم آپولو، جمینی یا برج جوزا، کلمبوس 3 ،فلگ آتالنتیک (نام جدید: گلوبال کام) و تیکو گلوبال نت ورک هستند. سیستم تیکو که در دوره رونق مخابرات برابر 3 میلیارد دلار قیمت گذاری شده بود در سال 2005 به مبلغ 130 میلیون دلار به (Tata (VSNL واگذار شد. این سیستم‌ها نیازهای سیستم‌های TATهای قدیمی‌تر را برطرف می‌کرد و همگی تا سال 2004 کنارگذاشته شدند، بجز 14 – TAT که تنها کابلي است که هنوز فعال است. کنار گذاشتن این سیستم‌ها در بین سال‌های 2003 تا 2008 با کاهش مسیر- مسافت با توجه به شكل 3 کاملا مشهود است.
حدود ده سال است که در اقیانوس اطلس سیستم جدیدی نصب نشده است. البته در آینده نزدیک شاهد بکارگیری دو سیستم با تأخیرات زمانی کم به نام هیبرنیا اکسپرس و امرالد اکسپرس خواهیم بود. اهمیت این سیستم‌ها آن است که ظرفیت انتقال در اقیانوس اطلس، با راه اندازی آنها به بیش از چهار برابر خواهد رسید.
نرخ بیت 100 گیگا بیت در ثانیه در حال آزمایش
هر چقدر در سیستم‌هاي بکار گرفته شده تعـداد طول موج افزایش یابد، نرخ بیت افزایش مي‌يابد که باعث افزایش ظرفیت انتقال می‌شود. در سال 2011 ،شرکت NTT سرعت انتقال 100 گیگابیت در ثانیه را در یک کانال طول موج با موفقیت انجام داد و بر همین اساس تصمیم گرفته شد که تا پایان 2013 سیستم کابل 1-PC خود را در اقیانوس آرام با این فناوري ارتقاء دهد. سیستم انتقال 100 گیگابیت در ثانیه با استفاده از یک طرح تشخیص منسجم و مدارهای مجتمع فوتونیکی انجام می‌گیرد. در ماه اوت سال 2012 ،گلف بریج اينترنشنال اعلام كرد که اولین سیستم تجاری 100 گیگابیت با تکرار کننده را در مدیترانه و در شبکه‌ای که مصر را به ایتالیا پیوند می‌دهد، نصب كرده است. هیبرنیا نیز در صدد تست سیستم 100 گیگابیت در اقیانوس اطلس است.
سیستم های 40 گیگابیت
تعدادی از سیستم‌های موجود قرار است به پهنای باند 40 گیگابیت در ثانیه ارتقاء یافته و یا برنامه‌ریزی برای ارتقاء به 100 گیگابیت در ثانیه انجام شده است. در حال حاضر در برخی موارد، انتقال به 40 گیگابیت در ثانیه نیز اجرا شده است کراس ساوترن در اوایل سال 2012 اعلام کرد که سیستم خود را تا پایان فصل دوم سال به 40 گیگابیت در ثانیه به روز رسانی می‌کند و همچنین قرار است با تجهیز رابط کاربری به کارت های 100 گیگابیت در ثانیه، پهنای باند را حتی بيشتر از حد نیاز اعلام شده ارايه كند.
طبق گزارش این شرکت، تقاضای سالیانه در سطح 35 تا 40 درصد در حال رشد است و تخمین زده می‌شود که پهنای باند مورد نیاز استرالیا و نیوزیلند به 620 گیگابیت در ثانیه برسد. در فوریه 2011 ،شرکت SME4 قرارداد ارتقاء ظرفیت لینک 40 گیگابیت در ثانیه را با نصب تجهیزات در محل به 100 گیگابیت امضا كرد. این ارتقاء در سال 2012، پنجمین موردی است که برای دستیابی به ظرفیت 6 ترابایت انجام می‌شود. ظرفیت جدید در واقع 25 برابر ظرفیت شبکه اصلی است که در سال 2000 با 240 گیگابیت در ثانیه طرح و راه اندازی شد.
دورنمای کابل های زیر دریا
رشد گسترده اقتصادی در جوامع اقتصادی در حال ظهور نشان می‌دهد که مصرف برق قطعا افزایش خواهد یافت. افزایش نیازهای رو به رشد در بازارهای پیشرفته، بازار کابل‌های برق زیر دریا را نیز افزایش خواهد داد. این رشد، تقاضای نصب کابل برای ارتباط مزارع بادی دریایی به شبکه‌های برق در سواحل و همچنین سیستم‌های نظارتی و مانیتورینگ منابع طبیعی در کف دریا را افزایش خواهد داد. بازارهای کابل نوری زیردریایی با موج افزایش تقاضا و رکود به دلیل ایجاد ظرفیت‌های اضافی رو به روست. همانطور که قبلا مشاهده شده است، با افزایش نصب کابل‌های زیر دریایی برای کشورهای جنوب صحرا، در سرمایه‌گذاری برای هر دو حوزه زیرساخت مخابراتی و اهداف غیر مخابراتی آنها چندین برابر مؤثر بوده است. همچنین بسیاری از این بازارها که قبال توسعه نیافته بودند تبدیل به مراکز اقتصادی شده، و سرمایه گذاری بیشتری در این کشورها جریان یافته است و باعث بالا رفتن سطح زندگی و افزایش سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های قدرت شده است. این روند رشد قوی و به دنبال آن رکود فعالیت همراه با پیش بینی بازار برای فرصت‌های رشد در آینده ادامه خواهد یافت.
این مقاله توسط مهندس محمدعلی مساواتی نوشته شده و در مجله سیم و کابل منتشر شده است.
