Optik Bilgisayar Ağları - II

Bu yazının birinci bölümüne ulaşmak için tıklayınız.

Internet'in yaygın kullanımı, patlayan artışı ile, Internet omurgasında taşınan trafik inanılmaz derecede artıyor. Bu artış kişisel kullanıcılardan, şirket intranetlerine kadar her yerde hissediliyor. Artık Internet ağında sadece veri değil, ses, video trafiği de seyahat etmekte ve yepyeni uygulamalar hayatımıza girmekte. Bu talep ile başa çıkabilmek için gerek telekom şirketleri, gerekse kablo tv şirketleri ağlarında fiberoptik üniteler kullanmaya başladılar.

Bir optik ağda çok çeşitli üniteler ve modüller bulunmaktadır. Bu yazımda bu ünite ve modüllerden okuyucunun kafasında bir optik ağ nasıldır ve nasıl çalışır fikrini oluşturabilmesi için teknik açıdan bahsetmek istiyorum.

Üniteleri aktif ve pasif olarak ikiye ayırmak mümkün. Aktif ürünler, telekomünikasyon ve kablo televizyon marketlerinde kullanılan kaynak (source) lazerler, pump lazerler, dış (external) modülatorler, photodetectorler, receiverlar ve birleştirilmiş (integrated) lazer modülleri olarak sıralanabilir. Pasif olarak nitelendirilen ürünler ise isolatorler, WDM (Wavelength Division Multiplexing) couplerlar, gratingler, circulatorler, optik switchler, ayarlanabilir filtreler (tunable filters), micro-electronic-mechanical-systems (MEMS), wavelength lockers ve switchlerdir. Kolayca anlaşılabileceği gibi aktif üniteler optik sinyali üretmekte kullanılırken, pasif üniteler ise üretilmiş bu sinyali ayrıştırmak, yansıtmak, birleştirmek gibi amaçlar için kullanılırlar.

Kaynak (Source) Lazerler

Optik ağın bir ucunda, ağ boyunca seyahat edecek olan ilk sinyali oluşturur. Bu lazerler dalga boyları (wavelength) ve güç seviyelerine göre sınıflandırılırlar. Örneğin, telekom ağları icin genellikle 1550 nanometre dalga boyu tercih edilirken, kablo tv ağları için 1310 veya 1550 nanometre dalga boyunda en verimli çalışırlar. Miliwattlarla ölçülen güç genellikle lazerin ne kadar uzak mesafelere sinyal gönderebileceğini belirler. Bir WDM sistemindeki her kanal (channel) için ayrı bir lazer gerekmektedir.

Modülatörler

Modülatörler kaynak ışını aktive ve deaktive etmekte kullanılırlar. Işık aktive edildiğinde şifrelenip ağ boyunca gönderilir. Modülasyon direkt olarak kaynak lazer sinyalini açıp kapatmakla ya da dış ortamdaki devamlı açık olan bir lazer ışığını iletmekle olabilir. Kısa mesafeli, az performans gerektiren ağlar direkt modülasyona daha uygundur. Diğer sistemler ise sinyali şifrelemek için diş modülatörlerden yararlanır.

Pump Lazerler

Işık sinyali ağda uzun mesafeler giderken kayıplara uğrayabilir. Sinyali tekrar oluşturmak için optik güçlendiriciler (amplifier) kullanılır. Pump lazerler de bu optik güçlendiriciler içine yerleştirilir. Optik güçlendiricilerin 90’larda keşfi günümüzün ileri fiberoptik ağlarının doğmasına imkan verdi. Böylece ışık sinyallerinin tekrar elektrik sinyallerine dönüştürülmeden 600 km’yi aşan mesafelerde seyahat etmesi sağlanmış oldu. Optik güçlendiriciler optik ağın performans ihtiyaçlarına göre altı taneye kadar pump lazer barındırabilir. Bu lazerler güçlendiriciyi oluşturan erbiumlu fibere enerji vermek için kullanılır. Optik güçlendiriciler genelde 1550 nanometrelik, 60 kilometreyi aşan fiberoptik sistemler içindir.

Işın Tanıyıcılar  (Optic Photodetector) ve Alıcılar (Receiver)

Alıcılar ve photodetectorler optik sinyalleri algılarlar ve onları tekrar elektrik sinyallerine dönüştürürler. WDM sistemlerde kullanılan alıcılar fiberoptik hattının dalgaboyu değişimi gerektirdiği her ucunda kullanılır. Işın Tanıyıcılar (Photodetector) ise bütün bir ağ boyunca, güç seviyesi veya kanal sayısı gibi çeşitli istatistiki parametreleri izlemekte kullanılırlar.

Couplers, Filters, Isolators, Circulators

WDM Couplerlar bir optik ağdaki sinyalleri birleştirmeye veya ayırmaya yarar. Bu ürünlerin çoğu ince film filtreleri, mikrolensler ve özel optik malzemelerde kullanılır. WDM ürünleri genelde alıcıdadır ve her sistem dalgaboyu için bir çıkış (output) portu vardır. 

Ayırıcılar (Isolator) bir optik ağda sinyallerin bir yönde gitmesini sağlar ve ters yöne geri dönmesini engeller. Circulatorlerde bu açıdan ayırıcılara benzerler. Işığın sadece bir yönde gitmesini sağlarlar, fakat pek çok port ihtiva ederler ve değişik portlar, ışığın optik ağda değişik yollar izlemesini sağlar. 

Anahtarlar (Switches) ve İncelticiler (Attenuators)

Optik anahtarlar(switchler) ağ içinde ışığı değişik yollara göndermek için kullanılır. İncelticiler (attenuators) ise optik sinyalin gücünü ağdaki optik alıcıların alabileceği seviyede olmasını ayarlar.

İncelticiler ve anahtarlar sabit ya da değişken şekilde olabilir. İncelticiler bir ağda pek çok noktada kullanılarak alıcının performansını arttırmada kullanılırlar. Anahtarlar ise ışığın katedeceği yolun korunması, sinyali takip etme ya da bant genişliğinin (bandwidth) ayarlanması amacına hizmet ederler. Geleceğin optik ağlarında anahtarlar sistemin pek çok parametresinin ayarlanmasında ve pek çok uygulama için kilit görevini yapacaklar. Bu anahtarların komplekslik seviyesi genelde anahtara giren ve çıkan fiber hatlarının sayısı ile belirleniyor. Şu anda piyasada 32 giriş ve 32 çıkış ışık hattı olan anahtarlar var.

Bir de MEMS (mikroelektronikmekanik) teknolojisine dayanan anahtar ve incelticiler var. Bu tip sistemlerde ışığı göndermek için pek çok sayıda çok ufak aynalar kullanılıyor. Bunlarda bildiğimiz, geleneksel yarıiletken (semiconductor) teknikleri ile yüksek performanslı ve güvenilir uygulamalar ucuz ve çok miktarda üretebiliyor.

Fiber Bragg Gratings

Aynı fiber üzerinde değişik dalga boylarında yol alan ışığı ayırmak ve filtrelemek amacıyla üretilirler. Genelde sinyal izleme, sistemdeki gücü aynı seviyeye getirme, ışığın yayılıp dağılmasını engelleyici uygulamalarda kullanılırlar.

Dalgaboyu Kilitleyiciler (Wavelength Lockers)

Yoğun ve sıkışık WDM sistemlerindeki dalgaboyu lazerlerini stabilize etme amacı ile üretilmişlerdir. Bu locker lar sistemin çalıştığı her an boyunca, bir kaynak lazer'in dalgaboyunun, ona komşu yakın başka bir dalgaboyu kanalıyla karışmamasını sağlarlar, yani bir anlamda kilitler. Bu amaca da çok az miktarda lazer ışığını filtreleyip/farkedip, lazere dengeleyici bir geri ışık göndermekle ulaşır.

Add-Drop Multiplexor

Optik ağlarda add-drop multiplexer sayesinde optik sinyaller elektrik sinyaline dönüştürülmeden kat edilen yol boyunca eklenebilir ya da çıkarılabilir. Mesela San Fransisco ile New York arasındaki bir ağ, Chicago’da ışığın bir miktarını bırakabilir veya yeni ışık sinyali alabilir. Bu modül, anahtarlar, fiber bragg gratingler ve incelticilerden oluşur.

Bahsettiğim bu optik ağ parçaları birleştirilip modüller oluşturulabilir. Bu modüller optik veya optoelektronik parçaların paketlenmesi ile oluşturulur. Bu modüller arasında yukarıda bahsettiğim güçlendiriciler, add-drop multiplexerlar, transmitterlar, transreceiverlar ve optik sistemleri test eden modüller var.

Optik güçlendiriciler birden fazla coupler, isolator, pump lazer gibi pasif ve aktif parçalar ihtiva eder.

İleticiler (Transmitters)

Bu modül ise kaynak lazer'leri, modülatörleri, dalgaboyu kilitleyicileri (wavelength lockers) birleştirip sinyali oluşturup, ayrı bir paket içinde şifrelemekte kullanılır.

Transceivers

Bu modül ileticiler (transmitter) ve alıcıyı (receiver) birleştirerek oluşturulmuştur. Böylece ışık sinyalleri aynı paket içinde yaratılır, şifrelenir, alınır ve çözülür. Bu modül optik ağın uç noktalarına yerleştirilir.

Kablo TV İleticileri ve Güçlendiricileri

Kablo televizyon ağlarında interaktif eğlence uygulamaları için ışığın dönüş yolunda kullanılabilecek lazerler ve kullanıcıya hem analog hem de dijital (evlerimizde her iki türlü kablo yayını olabilir) sinyaller sağlayacak modüller kullanılır. Bu modüller de ileticilerden ve amplifierlardan ibarettir.

Özel Telekom Modülleri

Telekom ağlarındaki yüksek trafik yüzünden optik modüller OC-48 (2.5Gbps) ya da OC-192 (10Gbps) hızları desteklemek durumundadırlar. Optik ağ içinde değişik sıcaklık aralıklarında işlemlerini devam ettirmek durumundadırlar.

Test Modülleri

Bu modüller optik parçaların üretim süresince dizaynın ne kadar doğru olduğunu kontrol etmek için kullanıldıkları gibi optik ağ içinde seyahat eden ışığın performansını ölçmek için de kullanılırlar. WDM hatlarındaki ışığın kayıp parametreleri, gürültü (noise) oluşturan kaynaklar ya da güç kontrol değişkenleri test aletleri ile izlenebilir.

1970’lerden bu yana elektronik teknolojisi otuz senede günlük hayatımızda kullandığımız ürünlerde müthiş değişiklikler yaptı. Yarı iletkenler (semiconductor) sayesinde şu anda bu yazıyı okuduğunuz bilgisayarlar doğdu, her türlü bilgiye kolayca erişebildiğimiz Internet çağına eriştik. Şu anda optik teknolojisi de elektronik teknolojisinin ilk doğduğu günlerdeki emekleme aşamasında. Işığın tartışılmaz hızı ve iletişimde kaybı minimuma indirmesi nedeniyle büyüyen ağlarda tek alternatif olacak. Şu anda telekom ağlarında omurgada, devre anahtarlaması (circuit-switching) ve paket anahtarlamasının (packet-switching) yerine geçiyor ve geçecek. Böylece, şu anda sadece hayal edebildiğimiz her an Internet'e bağlı olma, video-on-demand uygulamları çok sıradan olacak.

Serhad Döken

Artan Internet Trafiği Nasıl Taşınacak - Optik Bilgisayar Ağları