في تطوير البنية التحتية للشبكات الحديثة، تلعب كابلات الألياف الضوئية دورًا حاسمًا. من بين الأنواع المختلفة المتاحة، الألياف أحادية النمط (SMF) والألياف متعددة الأنماط (MMF) هما الخياران الأكثر استخدامًا، حيث يخدم كل منهما أغراضًا مميزة عبر تطبيقات مختلفة. ومع ذلك، لا يزال العديد من مهندسي الشبكات والمتخصصين في تكنولوجيا المعلومات يجدون الاختلافات بين هذه الأنواع من الألياف مربكة. تستعرض هذه المقالة خصائصها الهيكلية، ومسافات الإرسال، واعتبارات التكلفة، وتشفير الألوان لمساعدة المتخصصين على اختيار الحل الأكثر ملاءمة لاحتياجات شبكاتهم.
بشكل أساسي، تسمح الألياف أحادية النمط بانتشار نمط ضوئي واحد فقط عبر الكابل، بينما تدعم الألياف متعددة الأنماط أنماطًا ضوئية متعددة في وقت واحد. هذا التمييز الأساسي يخلق اختلافات كبيرة في قطر النواة، ومتطلبات الطول الموجي، وسعة النطاق الترددي، وتلوين الغلاف، ومسافة الإرسال، وهيكل التكلفة الإجمالية.
تتميز الألياف أحادية النمط بقطر نواة أصغر بكثير مقارنة بنظيرتها متعددة الأنماط. يبلغ قطر نوى SMF النموذجية حوالي 9 ميكرومتر (µm)، على الرغم من وجود مواصفات أخرى. في المقابل، يبلغ قطر نوى الألياف متعددة الأنماط بشكل عام 50 ميكرومتر أو 62.5 ميكرومتر. يعزز قطر النواة الأكبر قدرة الألياف متعددة الأنماط على تجميع الضوء، مما يبسط عمليات الاتصال. يحافظ كلا النوعين من الألياف على قطر غلاف قياسي يبلغ 125 ميكرومتر.
يؤدي قطر النواة الأكبر إلى ارتفاع معدلات التوهين للألياف متعددة الأنماط. تقلل النواة الضيقة للألياف أحادية النمط من انعكاس الضوء أثناء الإرسال، مما يقلل بشكل كبير من تدهور الإشارة. توضح قيم التوهين المقارنة هذا التمييز:
تستوعب النواة الأكبر للألياف متعددة الأنماط مصادر ضوء فعالة من حيث التكلفة مثل مصابيح LED (الثنائيات الباعثة للضوء) و VCSELs (الليزر المنبعث من السطح ذو التجويف الرأسي)، والتي تعمل عادةً بأطوال موجية 850 نانومتر و 1300 نانومتر. تتطلب الألياف أحادية النمط مصادر ليزر أو ليزر ديود، والتي تعمل عادةً بأطوال موجية 1310 نانومتر و 1550 نانومتر.
تصل ألياف OM5 متعددة الأنماط الحالية إلى أقصى سعة نطاق ترددي تبلغ 28000 ميجاهرتز*كم، وهي مقيدة بأنماط الضوء المتعددة الخاصة بها. توفر الألياف أحادية النمط نظريًا إمكانات نطاق ترددي غير محدودة لأنها تنقل نمطًا ضوئيًا واحدًا فقط.
وفقًا لمعايير TIA-598C للتطبيقات غير العسكرية، تتميز كابلات الألياف أحادية النمط عادةً بأغلفة صفراء بينما تستخدم كابلات الألياف متعددة الأنماط أغلفة برتقالية أو مائية. يسهل هذا التوحيد القياسي للألوان التحديد السريع أثناء إجراءات التثبيت والصيانة.
تقارن الجداول التالية مسافات الإرسال عبر سرعات إيثرنت المختلفة لأنواع الألياف المختلفة:
| نوع الألياف | إيثرنت سريع 100BASE-FX | 1 جيجابت إيثرنت 1000BASE-SX | 1 جيجابت إيثرنت 1000BASE-LX | 10 جيجابت إيثرنت 10GBASE-SR | 25 جيجابت إيثرنت 25GBASE-SR-S | 40 جيجابت إيثرنت 40GBASE-SR4 | 100 جيجابت إيثرنت 100GBASE-SR10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| أحادي النمط OS2 | 5000 م | 5000 م | 10 كم | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM1 | 2000 م | 275 م | 550 م (مطلوب تهيئة الوضع) | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM2 | 2000 م | 550 م | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM3 | 2000 م | 550 م | 300 م | 70 م | 100 م | 100 م | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM4 | 2000 م | 550 م | 400 م | 100 م | 150 م | 150 م | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM5 | لا يوجد | 550 م | 300 م | 100 م | 400 م | 400 م | لا يوجد |
تتراوح تكاليف جهاز الإرسال والاستقبال للحلول متعددة الأنماط عادةً من مرتين إلى ثلاث مرات أقل من نظيراتها أحادية النمط. تتصاعد الفروق في الأسعار مع زيادة سرعات الإرسال، كما هو موضح في المقارنة التالية لتسعير جهاز الإرسال والاستقبال النموذجي:
| السرعة | نوع جهاز الإرسال والاستقبال | السعر | فرق السعر |
|---|---|---|---|
| 1G | أحادي النمط SFP | 10.00 دولار | 1.00 دولار |
| 1G | متعدد الأنماط SFP | 9.00 دولار | |
| 10G | أحادي النمط SFP+ | 27.00 دولار | 7.00 دولار |
| 10G | متعدد الأنماط SFP+ | 20.00 دولار | |
| 25G | أحادي النمط SFP28 | 59.00 دولار | 20.00 دولار |
| 25G | متعدد الأنماط SFP28 | 39.00 دولار | |
| 40G | أحادي النمط QSFP+ | 309.00 دولار | 270.00 دولار |
| 40G | متعدد الأنماط QSFP+ | 39.00 دولار | |
| 100G | أحادي النمط QSFP28 | 499.00 دولار | 400.00 دولار |
| 100G | متعدد الأنماط QSFP28 | 99.00 دولار |
لا يوجد نوع من الألياف يتفوق عالميًا على الآخر. يقدم كل منهما مزايا مميزة اعتمادًا على متطلبات التطبيق المحددة واعتبارات التكلفة.
لا ينصح بالخلط المباشر بين أنواع الألياف هذه بسبب أحجام النواة غير المتوافقة وخصائص نقل الضوء، مما يتسبب في فقدان إشارة كبير واحتمال فشل الرابط.
لا ينصح به بشكل عام بسبب فقدان الضوء المفرط. ومع ذلك، تعمل التكوين العكسي في بعض الأحيان مع كابلات تهيئة الوضع المناسبة أو محولات الوسائط.
تعد متطلبات مسافة الإرسال بمثابة عامل القرار الأساسي. تكفي الألياف متعددة الأنماط لمعظم تطبيقات مراكز البيانات (300-400 متر)، بينما تتفوق الألياف أحادية النمط في التطبيقات لمسافات طويلة التي تمتد للكيلومترات. يجب أن تؤثر مسارات الترقية المستقبلية والتكلفة الإجمالية للملكية أيضًا على الاختيار.
تهيمن أنظمة الألياف أحادية النمط على التطبيقات لمسافات طويلة مثل شبكات الاتصالات وشبكات المناطق الحضرية والشبكات الضوئية السلبية. تظل حلول الألياف متعددة الأنماط سائدة في بيئات المؤسسات ومراكز البيانات والشبكات المحلية حيث تسود المسافات القصيرة. يجب على مصممي الشبكات تقييم المتطلبات الفنية والعوامل الاقتصادية بعناية عند اختيار حل الألياف الأمثل لتنفيذهم المحدد.
في تطوير البنية التحتية للشبكات الحديثة، تلعب كابلات الألياف الضوئية دورًا حاسمًا. من بين الأنواع المختلفة المتاحة، الألياف أحادية النمط (SMF) والألياف متعددة الأنماط (MMF) هما الخياران الأكثر استخدامًا، حيث يخدم كل منهما أغراضًا مميزة عبر تطبيقات مختلفة. ومع ذلك، لا يزال العديد من مهندسي الشبكات والمتخصصين في تكنولوجيا المعلومات يجدون الاختلافات بين هذه الأنواع من الألياف مربكة. تستعرض هذه المقالة خصائصها الهيكلية، ومسافات الإرسال، واعتبارات التكلفة، وتشفير الألوان لمساعدة المتخصصين على اختيار الحل الأكثر ملاءمة لاحتياجات شبكاتهم.
بشكل أساسي، تسمح الألياف أحادية النمط بانتشار نمط ضوئي واحد فقط عبر الكابل، بينما تدعم الألياف متعددة الأنماط أنماطًا ضوئية متعددة في وقت واحد. هذا التمييز الأساسي يخلق اختلافات كبيرة في قطر النواة، ومتطلبات الطول الموجي، وسعة النطاق الترددي، وتلوين الغلاف، ومسافة الإرسال، وهيكل التكلفة الإجمالية.
تتميز الألياف أحادية النمط بقطر نواة أصغر بكثير مقارنة بنظيرتها متعددة الأنماط. يبلغ قطر نوى SMF النموذجية حوالي 9 ميكرومتر (µm)، على الرغم من وجود مواصفات أخرى. في المقابل، يبلغ قطر نوى الألياف متعددة الأنماط بشكل عام 50 ميكرومتر أو 62.5 ميكرومتر. يعزز قطر النواة الأكبر قدرة الألياف متعددة الأنماط على تجميع الضوء، مما يبسط عمليات الاتصال. يحافظ كلا النوعين من الألياف على قطر غلاف قياسي يبلغ 125 ميكرومتر.
يؤدي قطر النواة الأكبر إلى ارتفاع معدلات التوهين للألياف متعددة الأنماط. تقلل النواة الضيقة للألياف أحادية النمط من انعكاس الضوء أثناء الإرسال، مما يقلل بشكل كبير من تدهور الإشارة. توضح قيم التوهين المقارنة هذا التمييز:
تستوعب النواة الأكبر للألياف متعددة الأنماط مصادر ضوء فعالة من حيث التكلفة مثل مصابيح LED (الثنائيات الباعثة للضوء) و VCSELs (الليزر المنبعث من السطح ذو التجويف الرأسي)، والتي تعمل عادةً بأطوال موجية 850 نانومتر و 1300 نانومتر. تتطلب الألياف أحادية النمط مصادر ليزر أو ليزر ديود، والتي تعمل عادةً بأطوال موجية 1310 نانومتر و 1550 نانومتر.
تصل ألياف OM5 متعددة الأنماط الحالية إلى أقصى سعة نطاق ترددي تبلغ 28000 ميجاهرتز*كم، وهي مقيدة بأنماط الضوء المتعددة الخاصة بها. توفر الألياف أحادية النمط نظريًا إمكانات نطاق ترددي غير محدودة لأنها تنقل نمطًا ضوئيًا واحدًا فقط.
وفقًا لمعايير TIA-598C للتطبيقات غير العسكرية، تتميز كابلات الألياف أحادية النمط عادةً بأغلفة صفراء بينما تستخدم كابلات الألياف متعددة الأنماط أغلفة برتقالية أو مائية. يسهل هذا التوحيد القياسي للألوان التحديد السريع أثناء إجراءات التثبيت والصيانة.
تقارن الجداول التالية مسافات الإرسال عبر سرعات إيثرنت المختلفة لأنواع الألياف المختلفة:
| نوع الألياف | إيثرنت سريع 100BASE-FX | 1 جيجابت إيثرنت 1000BASE-SX | 1 جيجابت إيثرنت 1000BASE-LX | 10 جيجابت إيثرنت 10GBASE-SR | 25 جيجابت إيثرنت 25GBASE-SR-S | 40 جيجابت إيثرنت 40GBASE-SR4 | 100 جيجابت إيثرنت 100GBASE-SR10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| أحادي النمط OS2 | 5000 م | 5000 م | 10 كم | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM1 | 2000 م | 275 م | 550 م (مطلوب تهيئة الوضع) | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM2 | 2000 م | 550 م | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM3 | 2000 م | 550 م | 300 م | 70 م | 100 م | 100 م | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM4 | 2000 م | 550 م | 400 م | 100 م | 150 م | 150 م | لا يوجد |
| متعدد الأنماط OM5 | لا يوجد | 550 م | 300 م | 100 م | 400 م | 400 م | لا يوجد |
تتراوح تكاليف جهاز الإرسال والاستقبال للحلول متعددة الأنماط عادةً من مرتين إلى ثلاث مرات أقل من نظيراتها أحادية النمط. تتصاعد الفروق في الأسعار مع زيادة سرعات الإرسال، كما هو موضح في المقارنة التالية لتسعير جهاز الإرسال والاستقبال النموذجي:
| السرعة | نوع جهاز الإرسال والاستقبال | السعر | فرق السعر |
|---|---|---|---|
| 1G | أحادي النمط SFP | 10.00 دولار | 1.00 دولار |
| 1G | متعدد الأنماط SFP | 9.00 دولار | |
| 10G | أحادي النمط SFP+ | 27.00 دولار | 7.00 دولار |
| 10G | متعدد الأنماط SFP+ | 20.00 دولار | |
| 25G | أحادي النمط SFP28 | 59.00 دولار | 20.00 دولار |
| 25G | متعدد الأنماط SFP28 | 39.00 دولار | |
| 40G | أحادي النمط QSFP+ | 309.00 دولار | 270.00 دولار |
| 40G | متعدد الأنماط QSFP+ | 39.00 دولار | |
| 100G | أحادي النمط QSFP28 | 499.00 دولار | 400.00 دولار |
| 100G | متعدد الأنماط QSFP28 | 99.00 دولار |
لا يوجد نوع من الألياف يتفوق عالميًا على الآخر. يقدم كل منهما مزايا مميزة اعتمادًا على متطلبات التطبيق المحددة واعتبارات التكلفة.
لا ينصح بالخلط المباشر بين أنواع الألياف هذه بسبب أحجام النواة غير المتوافقة وخصائص نقل الضوء، مما يتسبب في فقدان إشارة كبير واحتمال فشل الرابط.
لا ينصح به بشكل عام بسبب فقدان الضوء المفرط. ومع ذلك، تعمل التكوين العكسي في بعض الأحيان مع كابلات تهيئة الوضع المناسبة أو محولات الوسائط.
تعد متطلبات مسافة الإرسال بمثابة عامل القرار الأساسي. تكفي الألياف متعددة الأنماط لمعظم تطبيقات مراكز البيانات (300-400 متر)، بينما تتفوق الألياف أحادية النمط في التطبيقات لمسافات طويلة التي تمتد للكيلومترات. يجب أن تؤثر مسارات الترقية المستقبلية والتكلفة الإجمالية للملكية أيضًا على الاختيار.
تهيمن أنظمة الألياف أحادية النمط على التطبيقات لمسافات طويلة مثل شبكات الاتصالات وشبكات المناطق الحضرية والشبكات الضوئية السلبية. تظل حلول الألياف متعددة الأنماط سائدة في بيئات المؤسسات ومراكز البيانات والشبكات المحلية حيث تسود المسافات القصيرة. يجب على مصممي الشبكات تقييم المتطلبات الفنية والعوامل الاقتصادية بعناية عند اختيار حل الألياف الأمثل لتنفيذهم المحدد.
