تطوير المنابر البصرية المرنة وغير الحساسة للنشر الحضري

تزايد أهمية المحركات البصرية المتقدمة في مجال التواصل الحضري

(أ) أن المدن الحديثة تعتمد على شبكات الألياف البصرية لحمل حركة البيانات المتزايدة بشكل هائل، التي تنتج عن الحوسبة السحابية، وتسيل الفيديو، والتطبيب عن بعد، والتشغيل الصناعي، حيث أن سكان المناطق الحضرية يتوسعون ويتوسعون في شبكة الإنترنت، فإن متعهدي الشبكات يواجهون التحدي المزدوج المتمثل في إيصال عرضي عالي، بينما ينشرون الألياف في الأماكن التي لم تصمم قط للتقبيل.

وقد أسفرت عمليات الانجاز الأخيرة في تصميم الألياف - بما في ذلك هندسة الفهرسة - المزودة بالأرقام القياسية، والكيمياء المتقدمة المطوية، والربطات المصغرة - الألياف التي تحافظ على فقدان منخفض حتى مع شعاع النحل صغير يصل إلى ٥ مم، وهذه الابتكارات تحول كيفية قيام المدن بربط هياكلها الأساسية، وتمكينها من سرعة النشر، وانخفاض تكاليف الصيانة، وزيادة قدرة الشبكات الهندسية على التكيف.

أساسيات تكنولوجيا الفيبر البصرية

ويقود الألياف البصرية الضوء من خلال نواة محاطة بطبقة ملتوية ذات مؤشر أقل رجعي، ويحد التفكير الداخلي الإجمالي الضوء، مما يتيح الإشارة إلى السفر بعشرات الكيلومترات بأقل قدر من التفشي، ويمكن أن تُحدَّد الألياف ذات الصبغة الواحدة عند الحد الأدنى من الخسائر والزوارق العالية، ولكن يفترض أن حالة النسيج ستوضع في مسارات مبسطة تقريبا.

وينشأ الحساسية من حيث أن المجال المفرغ للطريقة المصحوبة بمرشدين يمتد إلى التصفيق، وفي الألياف التقليدية، يتفاعل هذا المجال بقوة مع واجهة التنظيف المكشوفة عندما يتم منحنى الألياف، ونتيجة لذلك، ترتفع سرعة في التكثيف الذي يمكن أن يجعل الصلة غير قابلة للاستخدام، وهذا أمر يثير إشكالية خاصة في البيئات الحضرية حيث يجب أن تبحر الألياف حول الأعمدة، وتدخل خزانات.

لماذا بيند راديس يُهم

إن نصف قطرة النحل - أصغر منحنى يمكن أن يتحمله الألياف دون فقدان مفرط - هي مواصفات حرجة، فالألياف التقليدية تتطلب عادة نصفا أدنى من نصف قطره ٣٠ مم أو أكثر، ويمكن للألياف الحساسة، على النقيض، أن تعمل في نصف قطري يتراوح بين ٥ و ١٠ ملم مع عقوبة لا تذكر، وهذا الفرق ليس مجرد أكاديمي، بل يؤثر مباشرة على سهولة التركيب، وعلى كثافة الطرق الكابلة.

تحديات الانتشار الحضري

وينطوي نشر الألياف البصرية في المدينة على حواجز لا توجد في المناطق الريفية أو الضواحي، وتكتنف الشوارع المرافق القائمة - المياه والغاز والكهرباء وكابلات النحاس القديمة - مما يترك الممرات الضيقة للألياف الجديدة، وتملك المباني جدراناً ملموسة، وقطع المصعد، ومجمعات مشتعلة تعقّد مساراتها، بالإضافة إلى أن الشبكات الحضرية يجب أن تدعم مزيجاً من القيود الجوية والمدوبة.

مضيق الفضاء والهيكل الأساسي

وفي المناطق الحضرية الكثيفة، كثيرا ما يكون حجم الكابلات الألياف قد شبع بالفعل، ويجب أن تتقاسم الألياف الجديدة القنوات وخطوط الكابلات مع خدمات أخرى، مما يؤدي إلى تشديد النقاط الزجرية، وعلاوة على ذلك، فإن ملاك المباني والسلطات البلدية تتطلب بشكل متزايد عدم تعطيل المنشآت الجديدة الخدمات القائمة، كما أن الألياف المرنة التي يمكن توجيهها حول العقبات دون كسر يمكن تركيبها في أحجام أصغر، مما يقلل من تكاليف الموافقة على الأشغال المدنية.

التكامل مع الهياكل الأساسية للإرث

ولم تصمم معظم المباني القديمة على الإطلاق لاستيعاب الكابلات البصرية الألياف، فالطرق القائمة - مثل صنابير الكابلات الملتوية، وخطوط القنوات، وأجهزة الصخور المرتفعة - كانت موجهة نحو الكابلات الملتوية من النحاس أو الكابلات الكنسية، وهذه الطرق لها العديد من الزوايا الحادة والمساحات الممزقة.

الموثوقية في البيئات الدينامية

وتعاني البيئات الحضرية من الاهتزاز من حركة المرور والتشييد وحتى شلال المشاة، ويمكن أن تؤدي عملية التركيب الهيكلي للمباني والتوسع الحراري إلى ضغوط بطيئة ومستمرة على الكابلات، وقد يؤدي الألياف الصلبة إلى تطوير مسارات مجهرية تنمو بمرور الوقت، مما يؤدي إلى الفشل في نهاية المطاف، وتُنتج عن ذلك تصميمات حساسة تتضمن معدات أطول تكلفة وأكثر مرونة في الازدهار، مقاومة هذه الميكانيكي.

تطور المحركات الخفيفة الحساسة

وقد بدأ العمل بالجيل الأول من الألياف المقاومـة للـغ في أوائل العقد الأول من القرن الماضي كحل لمنشآت الألياف إلى البيت (الخامسة) حيث استخدمت هذه الألياف المبكرة تصميما مكتظا - وهو حلقة من المواد ذات المؤشرات المنخفضة حول القاع - مما دفع المظلة المرشدة بعيدا عن واجهة التكافل - وفي حين أن هذه العوامل فعالة، فإنها لا تزال بحاجة إلى رعاية ذات جيل محكم.

وتتجاوز الألياف الحديثة الحساسة إلى حد بعيد معيار G.657، وهي تتضمن عدة ابتكارات:

• Nano — structuredd core regions] that create a “trench” or “moat” of lower refractive index near the core, which reflects escaping light back into the core.
• Radially graded index profiles] that smooth the transition between core and cladding, reducing stress concentrations.
• Dual —cladding layers where the outer cladding has a lower modulus of elsyity, absorbing bending strain before it reaches the glass.

وتتيح هذه التصميمات للألياف الحفاظ على تصعيد تحت 0.2 در/كوم عند خط الموجات التشغيلية حتى عندما تُكبّن في حلقات تلائم اليد، وهي الآن منتشرة في كل شيء من المباني السكنية المرتفعة إلى أنفاق مترية تحت الأرض.

الابتكارات المادية والتصميمية

وجوهر أي ألياف حساسة من النحل هو رقمها القياسي للانحلال والمواد المستخدمة في تشييده، وقد ظهرت ثلاثة نُهج تقنية أولية.

استخدام التقنيات لتحديث المرونة

فالسيليكا المزودة بالوقود، وهي المادة الأساسية من أكثر الألياف البصرية، هي في جوهرها مادة ثابتة، إذ إن الصبغة السائلة التي تستخدمها عناصر مثل الغرمانيوم أو الفوسفور أو الفلور، يمكن للمصنعين أن يغيروا خصائصها الميكانيكية الحرارية، كما أن الفينيوم يزيد من الرقم القياسي للانحلال ويخفض أيضا بدرجة طفيفة درجة الحرارة التي تتحول إلى الزجاج، مما يجعل من النسيب الفلوري أقل نوعا ما.

تكنولوجيا التكتل التي تُستخدم في خضم

كما أن التغليف الأولي الذي طبق على الألياف الزجاجية أثناء عملية السحب ليس مجرد طبقة وقائية - بل هو عنصر ميكانيكي حاسم، كما أن المعاطف الشائكة التي تعمل بالأشعة فوق البنفسجية تعمل على إحداث تحول في نحو 1.2 غلوبال، كما أن النسيجات التي تُستخدم في طبقة الكبل المرنة التي تُستخدم في طبقة زراعية أكثر رقعة من 0.5 غبار.

المشغلات المصغرة والتصميمات الفوتونية

ومن النهج المختلف أساسا إيجاد ألياف ثقوب أو مصغرة حيث تعمل فتحات الهواء في التصفيق كمنطقة منخفضة المؤشرات بدلا من أن تكون سليكا مغرقة، ويمكن أن تحقق هذه الألياف البلورة الضوئية مقاومة شديدة للغاية ويمكن تصميمها لتوجيه الضوء في شكل واحد عبر نطاق موجي واسع للغاية، بينما تُوجد مركبات الكربون الكلورية فلورية أكثر تكلفة في صناعة الألياف الحضرية الصلبة.

المنافع الرئيسية للشبكات الحضرية

إن اعتماد الألياف المرنة التي لا تراعي الاعتبارات المتأصلة يولد مزايا ملموسة طوال دورة حياة شبكة حضرية.

كفاءة التركيب وتخفيض الوقت المخصص للخدمة

ومع تشديد نطاق الضمادات، يمكن للمركّبات أن تُرسل أليافاً عبر القنوات الكهربائية الموجودة، وحول الشعاعات، وتحولها إلى مواقد عمودية ضيقة دون الحاجة إلى نقاط إضافية أو ضيوف وقائية، مما يعجل بعملية التركيب، ويقطع في كثير من الأحيان الوقت بنسبة 30 في المائة مقارنة باستخدام الألياف القياسية، ويترجم الادخار إلى ملايين من الدولارات وتوليد الإيرادات بسرعة أكبر.

التكلفة الإجمالية للمالكين

كما أن انخفاض مخاطر انقطاع الألياف أثناء الخدمة عن طريق الإقراض العرضي (مثلا أثناء الصيانة في المستقبل) يقلل من النفقات التشغيلية، كما أن ارتفاع القدرة على الاستمرار يطيل حياة الشبكة ويؤجل رفع مستوى التحديثات الباهظة التكلفة، كما أن دراسة من جانب مجموعة الاتصالات البصرية الحساسة Corning، التي تستخدم في المائة من الألياف الحضرية] قد أظهرت وجودها.

تحسين موثوقية الشبكة وخبرة العملاء

وتحافظ الألياف الحساسة من حيث اللزوم على خصائص بصرية مستقرة حتى عندما تتعرض الكابلات للإجهاد من حركة البناء أو التقلبات الحرارية، مما يؤدي إلى انخفاض عدد حالات انقطاع الخدمات وتحسين الأداء بالنسبة للخدمات مثل فيديو 4K/8K، والواقع الافتراضي، والتطبيقات القائمة على السحب، ونظراً إلى أن الضوء الضائع يُقلل إلى أدنى حد، فإن هامش الشبكة أوسع مما يتيح تقسيم الشبكات البصرية السلبية إلى فترات أطول، وتحسين القدرات.

التطبيقات العالمية الحقيقية في البيئات الحضرية

ويجري بالفعل نشر التكنولوجيا عبر مجموعة واسعة من السيناريوهات الحضرية.

Smart City Infrastructure

وتحتاج أجهزة الاستشعار في المدن الذكية، وأضواء المرور، وكاميرات المراقبة، ومراقبو البيئة إلى وصلات الألياف الكثيفة التي تخترق مواقع المصابيح، وأعمدة المرور، ومواجهات البناء، ويمكن إنهاء الألياف الحساسة داخل هذه الصناديق الصغيرة العاملة في مجال المفاعلات، وتُغطى بالأشعة على أنها صغيرة لا تتجاوز 5 مم دون تردي إشارات، وعلى سبيل المثال، فإن مدينة برشلونة قد نشرت().

5G and IoT Backhaul

وتستلزم عمليات نشر المواد الصغيرة من طراز 5G كثافة عالية من محطات القاعدة - التي كثيرا ما تكون مثبتة على أضواء الشوارع أو أعمدة المرافق العامة أو جدران البناء، وهذه المواقع محدودة جدا لإدارة الألياف، ويمكن ربطها وربطها في إطار مجموعة النسيج الصغير وتبسيط التركيب والحد من خطر الضرر أثناء الصيانة.

In —Building Enterprise Networks

وتستخدم المباني المكتبية الكبيرة والمستشفيات والجامعات الألياف للربط بالخلف بين الطوابق، إذ أن النسيج التقليدي البالغ 62.5/125 ميكروغرام متعدد الوسائط له متطلبات أساسية كبيرة وغير مستقرة إلى حد ما، ولكن الألياف الوحيدة التي تستخدم في وصلات عالية السرعة كانت أكثر إشكالية، وأصبح الآن الألياف الوحيدة الحساسة تسمح لشبكات المؤسسات باستخدام نفس نوع الألياف في المستقبل بالنسبة لجرد المركبات ولبناء الأسلاك.

التوجيهات المستقبلية والبحوث الجارية

وفي حين أن الألياف الحالية التي لا تُحسّن الحساسية تلبي بالفعل معظم احتياجات النشر الحضري، فإن البحوث لا تزال تدفع الحدود.

التكامل مع الإلكترونيات المرنة

وينتج عن ارتفاع الأجهزة القابلة للارتداء والعرض المرن الطلب على الألياف التي يمكن ارتداؤها في المنسوجات أو النسيج في المناطق الفرعية البلاستيكية، وتتطلب هذه التطبيقات ألياف ذات مرونة شديدة - نصف قطري واحد أو أقل - وقدرة على نقل البيانات والطاقة على حد سواء.() وقد أثبت الباحثون في أوبتيكا (أساساً سابقاً) [Frange-LT:1]

التصنيع المسبق وتخفيض التكاليف

ومن المتوقع أن تؤدي هذه الفجوة إلى زيادة تكلفة إنتاج الألياف ذات الصبغة الواحدة، وذلك بسبب الخطوات الإضافية للتصنيع من أجل الخنادق والمعاطف الخاصة، وقد تصبح الابتكارات في عملية مثل زيادة سرعة الرسم بالرصد الصناعي المكرر في الوقت الحقيقي واستخدام مصادر أغلى دوبانا، مع تزايد أحجام الإنتاج، خيارا حضريا جديدا لجميع الألياف الحساسة.

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

وقد حقق معيار مجموعة 657 التابع للاتحاد الدولي للاتصالات نجاحا كبيرا، ولكن هناك عمل مستمر لتحديد فئات أكثر صرامة من حيث الأداء ولمواءمة إجراءات الاختبار بين الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية واللجنة الانتخابية المستقلة، والهدف هو تبسيط المشتريات لمشغلي الشبكات وكفالة أداء الألياف من مختلف البائعين بشكل متسق، كما تنظر هيئات المعايير في الألياف المتعددة الوسائط الحساسة من أجل تطبيقات قصيرة الأجل مثل مراكز البيانات، التي تواجه تحديات مماثلة في مجال الكابلات.

خاتمة

(ب) إن التحول إلى الألياف البصرية المرنة والمراعية للمشاعر هو أحد أكثر الاتجاهات تبعية في الهياكل الأساسية للاتصالات السلكية واللاسلكية الحضرية، حيث أن معالجة القيود المادية للمساحات الضيقة والمسارات القديمة والبيئات الدينامية، تتيح هذه الألياف زيادة سرعة تصميم الشبكات وتوافرها، كما أن مشغلي الشبكات الذين يستثمرون في الألياف المتوافقة مع المعايير العالمية اليوم لا يحلون مشاكل التركيبة المباشرة فحسب، بل أيضاً أعلى من حيث