(ب) استمرار تسلق الشبكة العالمية عبر الإنترنت، مدفوعاً بتصوير الفيديو، والحساب السحابي، وشبكة الأشياء، والاستخبارات الاصطناعية، وتواجه الشبكات البصرية، التي تشكل العمود الفقري للبلاغات الحديثة، ضغوطاً هائلة لتوفير قدرات مكانية أكثر ارتفاعاً، وقد تم بالفعل دفع التقنيات التقليدية مثل التعبئة المتعددة لشعبة وافلنغث، والزيادة في التصورات التي تحولت إلى حواجز الأساسية.

ما هو التعددية في شعبة المودي؟

وتُعدُّد وحدات التعبئة في الشعبة طريقة تستخدم فيها مختلف الأساليب المكانية المدعومة بألياف بصرية كقنوات بيانات مستقلة، وفي إطار نظام موحد من الألياف الموازية، لا يُنشر إلا الطريقة الأساسية (LP01) غير أن طريقة النسيج المصممة خصيصا ) الكثافة الخفيفة [FMFFFFFFFFFLT:1] أو

وهذا النهج يختلف اختلافاً جوهرياً عن الإدارة العالمية للدموع.() ويفصل WDM الإشارات عن طريق الموجة (التواتر) وينشر بالفعل على نطاق واسع، ويفصل نظام الإدارة القائمة على النتائج عن طريق الهيكل المكاني، ويكمل التقنيتين: يمكن الجمع بينهما إلى زيادة القدرة المتعددة، مثلاً، وينتج عن استخدام 10 قنوات للحركة العالمية و10 وسائل فضائية 100 قناة بيانات مستقلة عن الألياف.

فيزياء الموديس في فيلم "فيبر"

LDM, one must first understand waveguide modes. When light is confined in a cylindrical dielectricguide (the fiber), only certain electric field distributions satisfy the boundary conditions and these discrete solutions are called modes. In weakly guiding fibers ( where the refractive index difference between core and cladding is small), the moderoximated as [1]

وفي ألياف نموذجية قليلة الحركة، يُصمم موجز مصمم بعناية لمؤشرات الارتداد، يكفل أن تُنشر مجموعة مختارة من الأساليب (مثل 6 أو 10 من أساليب ضغط الدم) مع تأخير في المجموعات المتمايزة يمكن التحكم فيه، ويجب أن يُستفد الألياف إلى الحد الأدنى من التداخل بين الوسائط، رغم أن بعض التخاطبات المتبادلة أمر لا مفر منه ويجب أن يُبطل عن طريق معالجة الإشارات الرقمية.

كيف يعمل جهاز أشعة مقطعية من "ترانسميتر" إلى "الرّاسل"

ويتطلب تنفيذ الإدارة المتكاملة لإدارة الديون عناصر متخصصة في كلا طرفي الصلة، ويجسد الهيكل الأساسي نظاماً بصرياً موحداً متسقاً، ولكن مع قنوات فضائية متعددة.

مُحوِّل: مُدَوِّرات تُولد وتُعدِّد

وفي جهاز الإرسال، يتم تحويل مسارات البيانات الموازية إلى ناقلات بصرية منفصلة (سواء كانت ذات الموجات أو مختلف الألواح) ثم تُطلق هذه الإشارات إلى الألياف بحيث يُثير كل منها طريقة محددة، ويتم ذلك باستخدام [(FLT:0]) أجهزة متعددة .

  • Photonic lanterns:] A photonic lantern adiabatically tapers a bundle of single-mode fibers (SMFs) into a single few-mode fiber. Each SMF corresponds to a particular mode of the FMF. This is a low-loss, broadband tool widely used in SDM research.
  • Free-space optics with spatial light modulators (SLMs) or phase plates:] Beams are shaped using holograms or binary phase elements to produce the desired mode patterns, then combined with beam splitters or mirrors. This approach offers flexibility for experiments but is bulkier.
  • Integrated silicon photonic mode multiplexers:] On-chip devices using asymmetric directional couplers or Y-junctions can selectively excite modes in a few-mode waveguide. This is a key area for miniaturization and commercialability.

ويتم تشفير كل قناة بيانات على طريقة عملها المحددة، وقد تستخدم نماذج الصيغ المتقدمة للتعديلات مثل نظام إدارة عمليات حفظ السلام (التعديلات الاستقطابية الفصلية 16 ودرجة الطول) عادة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في الطيف، وقد تكون الإشارات أيضاً مُشوَّهة مسبقاً للتعويض عن العاهات التي تعتمد على الألياف.

Transmission: Propagation in Few-Mode Fiber

يجب أن تصمم الألياف القليلة الحركة نفسها بعناية، وتشمل المعايير الرئيسية ما يلي:

  • عدد الوسائط المدعومة: ] تبادل بين القدرات والتعقيدات، وزيادة القدرة على التعاطي مع المخدرات وزيادة القدرة على ذلك أيضاً.
  • Differential group delay (DGD):] Different modes travel at slightly different speeds due to their distinct propagation constants. This causes inter-modal dispersion, which must be compensated electronically (like chromatic dispersion). Fibers with low DGD (e.g., using graded-index profiles) streamline the receive.
  • Mode coupling:] Imperfections in the fiber (microbends, core ellipticity, stress) cause energy to transfer between modes. This cross talk degrades signal quality. However, as long as mode coupling is not too severe, MIMO (Multiple Input Multiple Output) DSP can undo it, similar to communications.

وكثيرا ما تشمل نظم الإدارة الطويلة الأجل المكثفة عمليات تضخم دورية باستخدام أجهزة مصفاة الألياف ذات الألياف ذات الألياف ذات الشفرة القليلة التي تحافظ على محتوى الوسائط، كما يجري دراسة عملية تضخيم الرامان.

Receiver: Demultiplexing and MIMO Digital Signal Processing

ويجب أن تُفصل الإشارة في جهاز الاستقبال إلى أساليب فردية، ويمكن القيام بذلك بنفس نوع المصباح الضوئي (المستخدم في المقابل) أو بصور فضائية حرة، غير أنه نظراً إلى التقلب أثناء الإرسال، فإن الإشارات الواردة متفاوتة، ولا يمكن للمرء أن يفصلها فصلاً نظيفاً، ولذلك، فإن MIMSP أمر أساسي.]

ويستخدم جهاز استقبال نموذجي متعدد الوسائط جهازاً للكشف المتجانس ] لكل قناة مكانية، أما الإشارات الكهربائية من جميع أجهزة الكشف (كل ما يقابل ناتجاً مكانياً من جهاز إبطال مفعول الذخائر العنقودية) فتتم رقمتهانة وتجهيزها بواسطة جهاز قياسي تابع للبعثة، ويحل هذا المكافئ مصفوفة التمزيق، ويصبح أساساً في إبطال القناة.

ويعالج نظام إدارة الدعم الميداني أيضا مسألة الاستقطاب (بما أن لكل طريقة استقطابين) واستعادة الناقلين، فعمليا، تتصرف وصلة إدارة النقل المتعدد الوسائط مثل نظام لاسلكي تابع للبعثة ولكن على قناة الألياف.

مزايا شعبة الخدمات المتعددة

والفوائد الرئيسية للإدارة المتعددة الأبعاد هي زيادة هائلة في القدرة على الألياف لكل سلالة، ففي التجارب المختبرية، أظهرت الإدارة المتوسطة الأجل قدرات تتجاوز 1 بيتا في الثانية على ألياف واحدة، وبخلاف القدرة الخام، تقدم وزارة الدفاع عدة مزايا عملية:

  • Leverages existing infrastructure:] MDM can be deployed in existing conduits and ducts without drag new fiber cables, as long as the existing fiber is replaced or a new few-mode fiber is installed along the same route. This saves significant capital expenditure.
  • Compatibility with WDM:] MDM multiplies the capacity of WDM. A system with 100 WDM channels and 10 modes yields 1000 channels. This is a natural evolution for terabit-class links.
  • Potential for reduced power consumption:] by transmit more data per fiber, MDM can reduce the number of transceiversivers and amplifiers per bit, potentially lowering energy per bit compared to spacing many separate single-mode fibers.
  • Spectral efficiency scaling: ] MDM adds a new degree of freedom (space) to the existing dimensions of time, wavelength, and polarization. This is essential to continue the growth of fiber capacity per the (slowing) Moore's law for optical communications.
  • Flexibility in network design:] MDM can be used for "spatial superchannels" where multiple modes are combined to transport very high data rates, streamlineing network management.

التحديات والعقبات

وعلى الرغم من وعدها، تواجه وزارة الدفاع والأمن عدة تحديات تقنية وتجارية هامة حالت دون انتشارها على نطاق واسع في منتصف العشرينات.

Mode Coupling and Crossote

وفي أي ألياف حقيقية، لا تكون الأساليب مثالية بسبب القصور، مما يؤدي إلى حدوث انقسام عشوائي بين المواسرات، مما يؤدي إلى التقاطع، وفي حين أن نظام إدارة المعلومات الإدارية يمكن أن يعوض عن الانقلابات الثابتة والببطيئة التباين، فإن الديناميات السريعة (مثلا من الاهتزازات الميكانيكية) تتطلب مقاييس تكيفية، وبالنسبة لنظم الانقلاب الطويلة، فإن التقلبات يمكن أن تتراكم، وتتطلب قدرا كبيرا من المقاييس.

الفرق المختلفة

حتى في الألياف المنخفضة الحجم، الفرق بين الوسائد يمكن أن يكون عشرات أو مئات من ثانيات الكوكتيل لكل كيلومتر، وبالنسبة للمسافات الطويلة، يجب أن يكون هذا التشت بين الوسائط متساوياً، مما يتطلب مرشحات طويلة للذاكرة في نظام إدارة الدعم، وهذا يزيد من الكفاءة واستهلاك الطاقة.

التوسيع

ومن الصعب تضخيم طرق متعددة في آن واحد دون إثارة المطاردة أو تحقيق مكاسب غير متكافئة، ويجب تصميم أجهزة مصفاة الألياف ذات الألياف التي تعمل بالفلور أوكتين لتوفير مكاسب موحدة عبر الوسائط، ويمكن استخدام تضخيم الرامان ولكن يتطلب قدرا كبيرا من القوة الضخية والسيطرة المتأنية، وعدم وجود تضخم فعال من حيث التكلفة، يمثل عقبة رئيسية أمام حركة التعبئة الطويلة الأجل.

التكامل والتكلفة

ولا تزال الجيل الحالي من المكونات ينتج بكلفة منخفضة، ويستخدم في كثير من الأحيان بصفات فضائية مجانية، ولكي تخترق وزارة الدفاع والقوى العاملة في مجال الإدارة، والدوائر الصناعية المتكاملة للصوتيات التي تعالج أشكالا متعددة على رقاقة، لا تزال الصناعة في مرحلة مبكرة من هذا التطور.

توحيد المعايير

ولا توجد معايير معتمدة على نطاق واسع لأنواع الألياف القليلة الحركة، أو الوصلات البينية، أو مواصفات الموصلات، ولا يتردد متعهدو الشبكات في نشر التكنولوجيا المحتفظ بها، ولا تزال جهود توحيد المعايير التي يبذلها الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية واللجنة الانتخابية المستقلة مستمرة ولكنها بطيئة.

أحدث الملاجئ البحثية والتجارية

ومنذ أوائل عام 2010 كان موضوع الإدارة المتكاملة للتنوع البيولوجي موضوعاً مثيراً في بحوث الاتصالات البصرية، وتشمل المراحل الرئيسية ما يلي:

  • 2011:] First demonstration of MDM with 6 modes over 40 km using MIMO DSP.
  • 2015: ] Bell Labs (Nokia) achieved 1 Pb/s on a 12-core multicore fiber combined with MDM (using 2 modes per core).
  • 2018:] Researchers in Japan demonstrated 10-mode MDM over 1000 km with advanced FM-EDFAs.
  • 2021:] Record capacity of 1.01 Pb/s over a single 10-mode fiber using 100 WDM channels (10 modes × 100 × × × × × × × ×
  • 2023: ] A joint team (University of Tokyo, NTT) achieved 10.66 Pb/s on a 15-mode fiber over 13 km using 100 nm bandwidth.
  • 2024:] OFC papers focused on low-DGD few-mode fibers with 6 modes for data center interconnects, aiming for shorter-reach, lower-cost applications.

وهناك أيضا بحوث نشطة في استخدام الإدارة المتوسطة الأجل لتطبيقات قصيرة المدى مثل شبكات مراكز البيانات، حيث يمكن تخفيض تعقيد نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكامل لأن المسافات قصيرة )١٠٠-١٠ كيلومترا( والألياف يمكن أن تكون أبسط، وقد يكون ذلك أول مكان تجاري لإدارة الدمج.

المستقبل: أين رأس إدارة الدمج؟

فترة قصيرة (1-3 سنوات): مراكز البيانات وشبكات العاصمة

أما أكثر الطرق الممكنة اعتماداً مبكراً للحركة المتعددة الأبعاد فهي في مقاطعات مركز البيانات ذات القدرات العالية، وهذه الروابط عادة قصيرة (كمية صغيرة) وتتطلب توسيع النطاق الترددي على نطاق واسع، وتعاني تحديات الـ دي جي دي دي وربط الوسائط من شدة أقل من المسافات القصيرة، ويمكن استخدام مخططات المنظمة المتعددة الجنسيات (مثلاً، 2 x 2 ميغاواط في شكلين من الأشكال مثل LP01 و LP11a).

الشبكة الفرعية الطويلة الأجل والشبكات الأرضية

ومع نضج نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكامل، وأصبح نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكامل أكثر كفاءة، يصبح نشره في إطار نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكامل ممكناً، حيث أن الكابلات المغمورة التي تتسم بكثافة رأسمالية كبيرة وتتمتع بدورات رفع مستوى طولها (20+ سنة)، يمكن أن تستفيد من إدارة إدارة الشؤون الإدارية لتجنب وضع كابلات جديدة، وتدفع الأوساط البحثية اليابانية والأوروبية إلى الحصول على ألياف موحدة محدودة من أجل تطبيقات الغواصات، ومن المرجح أن تدعم عملية الألياف الجديدة عملية الانتقال من نوع 6 إلى 10 موديلات.

طويل الأجل (7 سنوات): التكامل مع الأبعاد الأخرى

وستتحقق القدرة النهائية للألياف من خلال الجمع بين جميع درجات الحرية المتاحة: الاستقطاب الموجي، والوسيلة المكانية، والنواحي الأساسية المتعددة، وكثيرا ما يسمى Full Spatial Division Multiplexing.

الاتصالات والاستشعارات الكمية

ولا تقتصر وسائل إدارة الأشعة على الاتصالات التقليدية فحسب، بل يمكن أن تحمل الوسائط المكانية معلومات كمية، مما يتيح توزيعاً كبيراً من الأبعاد الرئيسية، بالإضافة إلى ذلك، يمكن للإدارة المتعددة الأبعاد أن تحسن الاستشعار عن الألياف الموزعة بتوفير قنوات متعددة للأخطار للاستشعار عن السلالات ودرجة الحرارة والهتز.

خاتمة

وتقف شعبة النقل المتعدد الجوانب على حدود البحوث المتعلقة بالاتصالات البصرية، مما يوفر مساراً لتكثيف قدرة الهياكل الأساسية القائمة للنسيج دون وضع كوابل جديدة، ومن خلال استخدام الأساليب المكانية للنسيج المتطور، تضيف وزارة الدفاع بعداً جديداً إلى نقل البيانات، وهو ما يتفق مع أسلوب إدارة الأسلحة العالمية وتقنيات أخرى متعددة التكثيف، وفي حين أن العقبات التقنية الهامة لا تزال تقترن بالصور المتطورية في تصميم المختبرات، وتضليلترسيمها، وتضاعف، وتكلف