تمكن المهندسون من ألمانيا من تحقيق سرعة قياسية في نقل البيانات عبر الألياف في ظروف حقيقية وغير مختبرية - 500 جيجابت / ثانية في قناة واحدة.
/ فليكر / توني ويبستر / CC BYالذي وضع السجل
وفقًا
لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD) ،
يمكن أن يصل عدد أجهزة إنترنت الأشياء خلال ثلاث سنوات
إلى 50 مليار ، ومع زيادة عدد الأدوات ، سيزداد أيضًا حجم حركة المرور في شبكات الهاتف المحمول - حسب
بعض التقديرات ، حوالي أربعة أضعاف. تقول ديلويت إن البنية التحتية الحالية للألياف البصرية ، والتي ستكون أساس شبكات الجيل الخامس ، لن تتعامل مع هذا العبء.
لهذا السبب ، تعمل المزيد والمزيد من الشركات والمؤسسات البحثية على التقنيات التي تزيد من إنتاجية "البصريات". إحدى هذه المنظمات هي جامعة ميونخ للتكنولوجيا (TUM). قبل خمس سنوات ، طور موظفوها خوارزمية للتكوين الاحتمالي
لكوكبة الإشارة - تشكيل كوكبة الاحتمالية أو PCS (سنتحدث أكثر عن ذلك لاحقًا). في عام 2016 ، بفضل مساعدتها ، كان من الممكن لأول مرة
تحقيق معدل نقل بيانات تيرابت في المختبر.
في فبراير من هذا العام ، سجلت نفس المجموعة من العلماء رقما قياسيا آخر - فقد قاموا بنقل البيانات بسرعة 500 جيجابت / ثانية ، لكنهم فعلوا ذلك في ظروف "المجال". للاختبارات ، استخدمنا معالج إشارة Nokia PSE-3 ، والذي تم تقديمه في شبكة المشغل الألماني M-Net.
كيف تعمل الخوارزمية
PCS هي تقنية تكمل
تعديل سعة التربيع (QAM) في شبكات الألياف. في حالة QAM الكلاسيكية ، جميع النقاط (قيم سعة الإشارة) لها أوزان متساوية وتستخدم بنفس التردد.
تحدد خوارزمية PCS ، التي طورها مهندسون من TUM ، في كل مرة المجموعة المثلى من النقاط الأكثر ملاءمة للحالة الحالية للقناة. لكل نقطة من نقاط الكوكبة ، يتم حساب احتمالية تشويه البيانات وقيمة الطاقة المطلوبة لإرسال الإشارة. كلما قل تشوه الرسالة واستهلاك الطاقة ، كلما زاد
استخدام سعة معينة. يتم تحديد عدد مرات استخدام نقطة الكوكبة بواسطة وظائف توزيع الاحتمالات. يتم اشتقاقها تجريبياً لكل شبكة محددة استنادًا إلى البيانات على متوسط مستوى الضوضاء في القناة البصرية.
/ Wikimedia / Splash / CC BY-SA / كوكبة الإشارة لـ 16-QAMعادةً ، من غير المرجح أن تستخدم PSC نقاط إشارة عالية السعة. وفقًا للمطورين ، يسمح هذا بزيادة مناعة الإشارة للضوضاء وزيادة سرعة النقل. على سبيل المثال ، بالنسبة لـ 16-QAM ، يكون "الكسب" من 15 إلى 43٪.
تطبيق التكنولوجيا والإمكانات
وفقًا لماركوس ويلدون ، رئيس Nokia Bell Lab ، في المستقبل ، سيسمح PCS لشبكات الألياف البصرية بنقل كميات كبيرة من البيانات والتكيف بشكل ديناميكي مع متطلبات حركة المرور الحالية (على سبيل المثال ، في شبكات 5G).
هذه التقنية مدعومة بالفعل من قبل مزود معدات شبكة Infinera. تستخدم الشركة التعديل الاحتمالي في معالجات الإشارات الرقمية لسلسلة ICE. تدعي Infinera أن الأجهزة
يمكنها زيادة عرض النطاق الترددي للشبكة حتى 800 جيجابت / ثانية ، ولكن حتى الآن لم يتم اختبار قدراتها. يقول ممثلو الشركة أن التكنولوجيا ستساعد مشغلي شبكات الهاتف النقال ومزودي خدمات الإنترنت على خفض تكاليف تطوير البنية التحتية وبناء خطوط جديدة.
ولكن يمكن أن تتأثر شعبية التعديل الاحتمالي بعيب واحد: يتم تحسينه بشكل سيء للعمل مع الطرق الحالية
لتصحيح الخطأ المباشر (FEC) أثناء نقل البيانات. تم
تصميم أساليب FEC لضمان استخدام جميع المجموعات في قناة بشكل متساوٍ. في حالة PCS ، يتم تحديد بعض نقاط الكوكبة أكثر من غيرها ، مما قد يؤثر على أداء الشبكة. لحل هذه المشكلة
، يتم تطوير أساليب FEC أكثر تقدمًا ، على سبيل المثال ، مخططات تصحيح "الموازاة" وإجراء العديد من الاختبارات في وقت واحد.
ما نكتب عنه في مدونة الشركة:
/ Flickr / Groman123 / CC BY-SAالتحوير الاحتمالي التناظري
هناك نوع آخر من تشكيل كوكبة الإشارة - هندسية. إنه يختلف عن الاحتمالية في أنه لا يغير تواتر استخدام نقطة معينة ، ولكن شكل الكوكبة. لهذا ، يضاف تشكيل الطور إلى تعديل السعة للإشارة ، والذي يسمح لك "بنقل" النقاط بالنسبة لبعضها البعض. مثل التعديل الاحتمالي ، تساعد الأشكال الهندسية على تحقيق استخدام أكثر فعالية للقناة البصرية: يتم اختيار موقع النقاط في الكوكبة بحيث تكون
نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) في كل منها كحد أقصى.
تتمثل ميزة الشكل الهندسي على الشكل الاحتمالي في العدد الأصغر لقيم السعة المحتملة. هذه الميزة تقلل من فرصة تشويه الإشارة. ومع ذلك ، فإن التعديل الهندسي له عيب: في الممارسة العملية ،
اتضح أنه أقل فعالية في تقليل تشويه الإشارة من الاحتمالية.
يأمل الخبراء في تحسين التعديل الهندسي باستخدام طرق تعلم الآلة ، واستخدامها لتحديد الشكل الأمثل لكوكبة الإشارة. النتائج ليست مؤثرة للغاية حتى الآن: في دراسة عام 2018 ،
ساعدت شبكة عصبية بسيطة أحادية الطبقة
على زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء بنسبة واحد بالمائة. ومع ذلك ، يخطط المهندسون لمواصلة العمل والتجربة مع الشبكات العصبية المتكررة.
حتى الآن ، يعد التعديل الهندسي لكوكبة الإشارة أقل احتمالية عند العمل في شبكات حقيقية ، وبالتالي تعتبر الأخيرة هي الطريقة الواعدة لزيادة عرض النطاق الترددي لقنوات الإنترنت. من المتوقع أن يفيد التعديل الاحتمالي في المستقبل القريب موفري الإنترنت في إنشاء
ألياف عالية السرعة للخطوط
الرئيسية وكذلك موفري الخدمات السحابية ، على سبيل المثال ، عند نقل البيانات بين مراكز البيانات المختلفة.
قراءة إضافية في مدونتنا على حبري: