Table of Contents

مقدمة

وفي عالم التجارة الإلكترونية، كل عدد من الحسابات الثانوية الصغرى، شهدت الصناعة المالية تحولاً هائلاً من التجارة في الطوابق إلى أسواق إلكترونية كاملة، حيث تتنافس الخوارزميات على تنفيذ أوامر في أجزاء من ثانية، وقد أدى هذا التطور إلى طلب غير مرض على نقل البيانات الألياف الضوئية، وفي قلب العديد من الشبكات ذات السرعة العالية، فإن اختيارات السفر عبر الكابلات.

تطور البيانات المالية

من النحاس إلى (فيبر)

وقد اعتمدت شبكات التجارة الإلكترونية المبكرة على مقصورة النحاس، التي كانت كافية لمعدلات البيانات المنخفضة نسبيا والمسافات المتوسطة في التسعينات، ونظرا لأن أحجام التجارة قد زادت وأصبحت الاستراتيجيات الفوقية أكثر تطورا، أصبحت قيود النحاس واضحة، فقد أجبرت تحلل الإشارات والتداخل الكهرومغناطيسي، ومحدودية نطاق الترددات على الهجرة إلى الهياكل الأساسية البصرية للألياف، حيث تقدم بيانات عن ارتفاع حجم الضوضاء في السوق، وانخفاض مستوى الترددات الكهربائية

سباق الأسلحة الخفيفة

فالانتقال إلى الألياف ليس فقط بشأن القدرة؛ بل هو بشأن السرعة، وعندما ظهرت أول وصلات للموجات الدقيقة للتجارة، بدأ سباق بين الألياف والحلول اللاسلكية، وبالنسبة للطرق التي يكون فيها انتشار الموجات الدقيقة أسرع من سرعة الضوء في الزجاج - مثل ما بين لندن وفرانكفورت - فإن التصنيف اللاسلكي له حافة، ولكن في ظل بيئات مراكز البيانات الكثيفة وفي الاتصالات الطويلة الأجل التي لا يمكن تجنبها باستمرار.

المبادئ الأساسية للمستقبلات البصرية

تحويل من الضوء إلى الإشارة الكهربائية

ويقوم جهاز استقبال بصري بتشغيل جهاز إرسال بصري عكسيا، وتتمثل مهمته الرئيسية في الكشف عن الضوء المتحرك القادم - الذي عادة من مصدر ليزر - وتحويله إلى تيارات كهربائية يمكن تكبيرها وإعادة تشكيلها وتجهيزها، وأكثر العناصر أهمية في هذه السلسلة هو جهاز التصوير الضوئي، وتؤثر نوعية هذا التحويل تأثيرا مباشرا على نسبة الإشارة إلى الضوضاء، والربط بين البيانات والارتباطات البالغة الأهمية، والارتباطات.

أنواع الصور: PIN vs. APD

أما التكنولوجيات الأكثر شيوعاً لأجهزة التصوير الضوئي المستخدمة في أجهزة الاستقبال البصرية العالية السرعة فهي أجهزة التصوير الضوئي PIN وأجهزة التصوير الفلولندية، وهي بسيطة وموثوقة وتوفر التسلسل الممتاز، وتفضل وجود وصلات قصيرة النطاق مشتركة في مراكز البيانات التي تكون فيها الطاقة البصرية عالية، وتستخدم الأجهزة المحلية البرمجية تطبيقاً أطول من ذلك لتكليف أجهزة التصوير الضوئي، مما يتيح زيادة الحساسية في تكلفة البث.

Coherent vs. Direct Detection

وتستخدم معظم وصلات مراكز البيانات المالية اليوم الكشف المباشر: حيث يمثل وجود الضوء أو غيابه بيانات ثنائية، ويُعد الكشف المتسق الذي يُجمع البيانات عبر نطاق الترددات ومرحلة الموجة الخفيفة على السواء، ويُتيح كفاءة وحساسية على مستوى الأطياف العليا، ولكنه كان أكثر تعقيدا وأبطأ من حيث معالجة التقلبات، غير أن التقدم في تجهيز الإشارات الرقمية قد قلص الفجوة.

معايير الأداء الرئيسية

وعند تقييم أجهزة الاستقبال البصرية للتطبيقات الحرجة، فإن عدة بارامترات هي الأكثر أهمية: الاستجابة )A/W(، وضمادات التردد، وكهرباء معادلة الضوضاء، وتأخر المجموعات، وتحدد الاستجابة مدى تحول الضوء بصورة فعالة إلى نظام قائم؛ وتخفض القيم العليا الحاجة إلى التأثير بعد التأجيل الذي يضيف إلى درجة الحرارة، وتقضي فترات التكرار القصوى لمعدل البيانات التي يمكن أن يتعامل معها جهاز الاستقبال.

How Optical Receivers Minimize Latency

تخفيض جليد الطائرات

فالجليس - وهو الانحراف عن التوقيت المثالي للتحولات في الإشارات - هو مصدر رئيسي لعدم التيقن في الروابط البصرية، وإذا ما أدخل جهاز استقبال المرارة المفرطة، فإن دائرة استرداد البيانات في المراحل النهائية يجب أن تستخدم هوامش توقيت أوسع، مما يزيد من درجة الاحتياج العام، ويدمج المتلقين البصريون المتطورون بين الحزمة المخففة من المقاييس، ويتسببون في اختلالات دقيقة في التقلبات، بالإضافة إلى ذلك.

استهلاك الطاقة المنخفضة وإدارة الحرارة

ويمكن أن تُحدث الآثار الحرارية تغيرات طفيفة في التوقيت في أجهزة الاستقبال البصرية، وإذا ما تسخن جهاز استقبال أثناء التشغيل، فإن التحول في الخصائص شبه الموصلية، وتغير التأخير في النشر، وتُعدَّل أجهزة استقبال بصرية عالية الأداء لمراكز البيانات المالية من أجل الاستهلاك المنخفض للطاقة، وتشمل خصائص الاستقرار الحراري، وتُدمج بعض الوحدات المتقدمة في مجموعات من التحيُّزات التي تُعوَّض عنها درجات الحرارة، وتُدمج عوامل الحرارة مباشرة في مجموعة من مجموعات مُصُ دُعُرُرُبُرُها.

تصحيح الأخطاء الأمامية وتجارة اللياقة

ويستخدم تصحيح الأخطاء الوافدة عادة في روابط طويلة الأجل مع أخطاء طفيفة ناجمة عن الضوضاء والتشتت، غير أن اللجنة الاقتصادية الأوروبية تستحدث مرونة في معالجة هذه الأخطاء - وغالبا ما تكون عدة ثواني - وهذا أمر غير مقبول بالنسبة للعديد من التطبيقات التجارية، ولهذا السبب، فإن أجهزة الاستقبال الضوئي المستخدمة في الشبكات المالية المنخفضة التردد تعمل في كثير من الأحيان دون وجود فرق في النقد، وتعتمد بدلا من ذلك على ارتفاع معدلات الاختلال من حيث المقاييس وتبقية على المسافات.

الدقة في استرداد القفل والتسلسل

وتعتمد مراكز البيانات المالية بشكل متزايد على معايير دقيقة للتزامن الزمني مثل بروتوكول الوقت المحدد IEE 1588 لمواءمة نظم التجارة العالمية، ويجب على المتلقين المختصين أن يستخرجوا التوقيت من مسارات البيانات الواردة بدقة عالية لإطعام الساعات المتزامنة، ويفضل أن تكون هناك ممرات متبادلة مع دوائر متكاملة لنزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج تتضمن فترات قفل سريعة وضجيج منخفض في المراحل.

التكامل على مستوى المنظومة في مراكز البيانات المالية

وفي مراكز بيانات أماكن العمل - حيث تكون مبادلات شركات التجارة المضيفة - يمكن أن تكون المسافة بين محركات المطابقة ومعدات التجار مجرد بضع مئات مترات، ويمكن أن تكون الروابط البصرية القصيرة المدى باستخدام أجهزة الاستلام المتعددة التكلفة وغير القائمة على أساس VCSEL هي ذات طابع مشترك، وأن تؤدي المتلقين البصري في هذه الوحدات إلى تحقيق مستويات منخفضة من الطاقة وبصمات صغيرة، لا يمكن بالضرورة أن تكون ذات حساسية قصوى.

شعبة الوافلنغتس متعددة الأطعمة المتعددة

وكثيرا ما تشترك شركات التجارة في عدة مواد متزامنة للبيانات - فصول مختلفة من الأصول، وكتب أوامر الصرف، وخدمات الأنباء - يتيح تعدد تقسيم الوافل إشارات بصرية متعددة لتقاسم الألياف الواحدة، مما يقلل بدرجة كبيرة من تعقيد إدارة الكابلات والحيز المادي، ويجب أن تشمل أجهزة الاستقبال الضوئية في نظم إدارة النفايات السائلة ذات الموجة المائلة، التي يمكن أن تُحدث سلفا ضئيلة في مجال الرعي.

التعجيل بالموجات الصلبة وإدماج برامج العمل الخاصة بالمجان

ومن أجل زيادة تقليل درجة التساهل، يدمج بعض أجهزة الاستقبال البصرية مباشرة مع صفائف البوابات القابلة للبرمجة في الميدان أو دوائر متكاملة مخصصة للتطبيقات، ويلغي هذا التكامل الحاجة إلى قطع الذاكرة القصيرة (المعدات الكهربائية/الموزعة) ويقلل من المسافة المادية بين جهاز التصوير والمنطق الذي يُستخدم فيه النظام.

الأثر على التجارة العالية التردد

Microsecond and Nanosecond Edge

وتقاس الميزة التنافسية في التجارة العالية التردد في الثانية الصغرى وحتى الثانية النانو، ويمكن أن تحدد نقطة الأسعار التي تصل إلى ٥٠ ثانية قبل أن يحدد المنافس من يحصل على الترتيب، وأن تكون أجهزة الاستلام البصرية جزءا لا يمكن التفاوض عليه من تلك الحافة، وأن توفر الانتقال من مستوى منخفض إلى أعلى من متوسط إلى بيانات، وأن تكفل عدم تحول الشبكة نفسها إلى الاختناق التجاري.

دراسات الحالة الحقيقية في العالم

وقد ناقشت عدة شركات تجارية بارزة ومشغلات للتبادل علناً استخدامها للمستقبل البصري المتقدم، فعلى سبيل المثال، فإن برنامج التبادل التجاري الإلكتروني لمجموعة شيكاغو، غلوبكس، يستخدم شبكة افتراضية مصممة خصيصاً تعتمد على أجهزة استقبال منخفضة التردد لضمان الوصول العادل، وبالمثل، فإن مراكز البيانات التي تستضيف العديد من المبادلات المالية تقدم خيارات للوصل بين الشركات ذات القيمة المضافة العالية والمتمثلة في استخدام وثائق إلكترونية مختارة على وجه التحديد.

الآثار التنظيمية والسوقية

وقد أثار السعي إلى تحقيق درجة من المرونة من خلال تحسين أجهزة الاستقبال الضوئية والبنى التحتية للألياف تساؤلات تنظيمية بشأن العدالة واستقرار السوق، ويدفع بعض المنظمين بأن المزايا دون المستوى الثاني تعطي للشركات التي لديها أكبر رأسمال للاستثمار في التكنولوجيا ميزة غير عادلة، ويشير آخرون إلى أن الشبكات التي تعمل على رفع مستوى الأسعار والسيولة، وأن النقاش مستمر، ولكن حقيقة واحدة لا تزال واضحة: تكنولوجيا الاستلام الضوئية ستستمر في التطور.

الاتجاهات المستقبلية

الدائرة المتكاملة الصورية

ويمكن أن تجمع الدوائر المتكاملة الصوتية بين الوظائف البصرية المتعددة - الليزر، والمرشد، والمستقبل، بل وحتى بعض تجهيز الإشارات - على رقاقة واحدة، كما أن أجهزة الاستقبال الضوئي التي تستخدم الموافقة المسبقة عن علم توفر تخفيضات كبيرة في الحجم والكهرباء والتكاليف، بينما تقوم أيضا بإلغاء عدة تحويلات كهربائية - بصقلات كهربائية تضيف إلى التساهل، كما أن التنفيذ المبكر لمراكز البيانات المالية قد بدأ يظهر بالفعل، ويبشر بالتأخر في استخدام أجهزة التصوير الضوئي.

Quantum Photonics and Security

وفي حين أن التوزيع الكمي الرئيسي )القاعدة العامة للكيمياء( يتعلق أساسا بالأمن، فإن تكنولوجياتها الكامنة وراء التصوير - أجهزة الكشف عن الفوتونية الواحدة وأجهزة الاستلام ذات الصبغة الموجية - قد تفيد أيضا التطبيقات الحرجة - التي يمكن أن تحقق درجة عالية من الحساسية، ويمكن أن تتيح الوصول إلى أبعد من ذلك دون زيادة، وبالتالي تقلل الحاجة إلى أجهزة إعادة تحديد منتصف العمر التي تضيف إلى التساهل، بالإضافة إلى ذلك، فإن أساليب الربط الشبكي الكمية يمكن أن تتيح إمكانية الوصول إلى مواقع جديدة.

الطريق إلى منطقة البحر الكاريبي الثانية من نهاية إلى فترة الطوارئ

ولا يزال الهدف النهائي للاتجار بالترددات العالية هو إجراء صفقة كاملة من نظام الدخول إلى مرحلة التأكيد في إطار ثاني دقيقة واحدة، وهذا يتطلب ليس فقط أجهزة استقبال بصرية سريعة بل أيضا مفاتيح تحويل منخفضة التردد، وأجهزة الدفع المزودة بمقياس للجرعات، وبوابات الصرف، وما زال مصنّعو أجهزة الاستلام البصرية يضغطون الحدود: فالالمواد المتقدمة مثل أجهزة التصوير الضوئي تعد بزيادة السرعة وبزيادة عدد ساعات الترددات؛

خاتمة

فأجهزة الاستقبال الضوئية هي أكثر بكثير من مجرد أجهزة تصوير - فهي أدوات دقيقة تصمم لاستخراج كل ثانية ممكنة من الأداء من شبكات الألياف البصرية، وفي بيئة التجارة ذات الجودة العالية، فإن دورها حيوي، إذ أن التحول إلى إشارات كهربائية مع الحد الأدنى من المواد التي تتيح تطوير النظام العالمي للأخشاب، والتحول إلى محركات ابتكارية ذات نوعية مربحة، يتأثر مباشرة بالسرعة التي يُطلب فيها على بيانات السوق.