موضوعات ندوة نظم الاتصالات الضوئية لطلاب الهندسة

الاتصال البصري هو نوع واحد من الاتصالات حيث الألياف البصرية يستخدم بشكل أساسي لنقل الإشارة الضوئية إلى الطرف البعيد بدلاً من التيار الكهربائي. تتضمن اللبنات الأساسية لهذا النظام بشكل أساسي المغير أو مزيل التشكيل ، وجهاز إرسال أو مستقبل ، وإشارة ضوئية وقناة شفافة. ينقل نظام الاتصال البصري البيانات بصريًا باستخدام الألياف الضوئية. لذلك يمكن القيام بهذه العملية ببساطة عن طريق تغيير الإشارات الإلكترونية إلى نبضات ضوئية باستخدام مصادر ضوء الليزر أو LED. بالمقارنة مع النقل الكهربائي ، حلت الألياف الضوئية في الغالب محل الاتصالات السلكية النحاسية داخل الشبكات الأساسية بسبب العديد من الفوائد مثل النطاق الترددي العالي ، ونطاق الإرسال ضخم ، وخسارة منخفضة للغاية ولا يوجد تداخل كهرومغناطيسي. تسرد هذه المقالة موضوعات ندوة نظم الاتصالات الضوئية لطلاب الهندسة.

موضوعات ندوة نظم الاتصالات الضوئية

قائمة بصري نظام الاتصال تتم مناقشة موضوعات الندوة لطلاب الهندسة أدناه.

التصوير المقطعي للتماسك البصري

التصوير المقطعي للتماسك البصري هو اختبار تصوير غير جراحي يستخدم إشارات ضوئية لالتقاط صور الرؤية الجانبية لشبكية العين. باستخدام هذا OCT ، يمكن لطبيب العيون أن يلاحظ طبقات مميزة من شبكية العين حتى يتمكن من تعيين وقياس عرضها للتشخيص. تشمل أمراض الشبكية بشكل رئيسي الضمور البقعي المرتبط بالعمر وأمراض العين السكرية. كثيرا ما يستخدم OCT لتقدير اضطرابات العصب البصري.

يعتمد التصوير المقطعي للتماسك البصري بشكل أساسي على موجات الضوء ولا يمكن استخدامه في الظروف التي تتداخل مع مرور الضوء في جميع أنحاء العين. يعد OCT مفيدًا جدًا في تشخيص حالات العين المختلفة مثل الثقب البقعي ، الوذمة البقعية ، التجعد البقعي ، الجلوكوما ، الجر الزجاجي ، اعتلال الشبكية السكري ، اعتلال الشبكية المركزي المصلي ، إلخ.

التبديل البصري للانفجار

OBS هي تقنية شبكة بصرية تستخدم لتحسين استخدام موارد الشبكة الضوئية مقارنة بـ OCS أو تبديل الدائرة الضوئية. يتم تنفيذ هذا النوع من التبديل من خلال WDM (مضاعفة تقسيم الطول الموجي) وتقنية نقل البيانات حيث تنقل البيانات عبر الألياف الضوئية عن طريق إنشاء العديد من القنوات حيث تتوافق كل قناة مع طول موجي ضوئي معين. OBS قابل للتطبيق داخل الشبكات الأساسية. تجمع تقنية التبديل هذه بشكل أساسي بين مزايا تبديل الدائرة الضوئية وتبديل الحزمة الضوئية مع تجنب عيوبها الخاصة.

اتصالات الضوء المرئي

الاتصالات الضوئية المرئية (VLC) هي تقنية اتصال حيث يتم استخدام الضوء المرئي بنطاق معين من التردد كوسيط اتصال. لذلك ، يتراوح نطاق التردد للضوء المرئي من 400 إلى 800 تيراهيرتز. يعمل هذا الاتصال في ظل نظرية نقل البيانات عن طريق الأشعة الضوئية لنقل واستقبال الرسائل ضمن مسافة محددة. تشمل خصائص اتصالات الضوء المرئي بشكل أساسي حبس الإشارة ، وعدم خط الرؤية ، والأمن في المواقف الخطرة.

الاتصال البصري في الفضاء الحر

الاتصال البصري في الفضاء الحر هو تقنية اتصال بصري تستخدم انتشار الضوء في الفضاء الحر لنقل البيانات لاسلكيًا لشبكات الكمبيوتر أو الاتصالات السلكية واللاسلكية. تعد تقنية الاتصال هذه مفيدة للغاية في أي مكان تكون فيه الاتصالات المادية غير عملية بسبب التكاليف المرتفعة. تستخدم الاتصالات الضوئية للفضاء الحر أشعة ضوئية غير مرئية لتوفير اتصالات لاسلكية عالية السرعة يمكنها نقل واستقبال الفيديو والصوت وما إلى ذلك.

تستخدم تقنية FSO ضوءًا مشابهًا للإرسال البصري باستخدام كابل الألياف الضوئية ولكن الاختلاف الرئيسي هو الوسيط. هنا ، ينتقل الضوء بشكل أسرع في جميع أنحاء الهواء مقارنةً بالزجاج ، وبالتالي من العدل تصنيف تقنية FSO مثل الاتصالات الضوئية بسرعة الضوء.

شبكة بصرية ثلاثية الأبعاد على رقاقة

توفر الشبكة الضوئية على الرقاقة نطاقًا تردديًا عاليًا وزمن انتقال منخفضًا مع تبديد أقل للطاقة بشكل ملحوظ. تم تطوير الشبكة الضوئية ثلاثية الأبعاد على الشريحة بشكل أساسي باستخدام هندسة جهاز التوجيه البصري مثل الوحدة الأساسية. يستخدم هذا الموجه بالكامل خصائص توجيه ترتيب البعد داخل شبكات شبكة ثلاثية الأبعاد ويقلل من عدد ميكروسوناتور اللازمة للشبكة الضوئية على الرقائق.

قمنا بتقييم خاصية فقدان جهاز التوجيه مع أربعة مخططات أخرى. لذلك ، ستظهر النتائج أن جهاز التوجيه يحصل على خسارة منخفضة لأعلى مسار داخل الشبكة بنفس الحجم. تتم مقارنة الشبكة الضوئية ثلاثية الأبعاد على الشريحة بنظيرتها ثنائية الأبعاد في ثلاثة جوانب مثل الكمون والطاقة والإنتاجية. تثبت مقارنة استخدام الطاقة من خلال النظائر الإلكترونية والثنائية الأبعاد أن 3D ONoC يمكن أن يوفر حوالي 79.9٪ من الطاقة مقارنةً بالطاقة الإلكترونية و 24.3٪ من الطاقة مقارنةً بـ 2D ONoC الذي يشمل جميعها 512 نواة IP. يمكن إجراء محاكاة أداء شبكة 3D mesh ONoC من خلال OPNET في تكوينات مختلفة. لذلك ستظهر النتائج الأداء المحسن فوق 2D ONoC.

ألياف بصرية مجهرية

الألياف الضوئية ذات البنية المجهرية هي أنواع جديدة من الألياف الضوئية التي لها بنية داخلية بالإضافة إلى خصائص توجيه الضوء التي تختلف اختلافًا كبيرًا عن الألياف الضوئية التقليدية. الألياف الضوئية المجهرية هي عادة ألياف بصرية من السيليكا حيث يتم إنشاء ثقوب هوائية داخل منطقة الكسوة وتتوسع في المسار المحوري للألياف. تتوفر هذه الألياف بأحجام وأشكال مختلفة وتوزيعات ثقوب الهواء. تم توليد الاهتمام الأخير بهذه الألياف من خلال التطبيقات المحتملة في الاتصالات الضوئية ؛ الاستشعار بالألياف الضوئية وقياس التردد والتصوير المقطعي للتماسك البصري.

الاتصالات اللاسلكية الضوئية تحت الماء

الاتصال البصري اللاسلكي تحت الماء (UWOC) هو نقل البيانات مع القنوات اللاسلكية باستخدام الموجات الضوئية كوسيط إرسال تحت الماء. يتمتع هذا الاتصال البصري بتردد اتصال أعلى ومعدلات بيانات أعلى بكثير بمستويات زمن انتقال أقل مقارنةً بالترددات اللاسلكية وكذلك نظرائهم الصوتية. بسبب نقل البيانات هذا مع فائدة عالية السرعة ، كان هذا النوع من الاتصال جذابًا للغاية. في أنظمة UWOC ، تم اقتراح العديد من التطبيقات لحماية البيئة ، وتنبيهات الطوارئ ، والعمليات العسكرية ، والتنقيب تحت الماء ، وما إلى ذلك ، ولكن القنوات تحت الماء تعاني أيضًا من الامتصاص والتشتت الشديد.

CDMA البصري

يجمع الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري بين النطاق الترددي الكبير لوسط الألياف من خلال مرونة سى دى ام ايه طريقة لتحقيق اتصال عالي السرعة. OCDMA عبارة عن شبكة لاسلكية متعددة المستخدمين تتضمن جهاز إرسال واستقبال. في هذه الشبكة ، يتم تخصيص رمز OOC أو رمز متعامد بصري لكل جهاز إرسال ومستقبل للاتصال بمستخدم OOC المكافئ وبعد المزامنة بين اثنين من مستخدمي OOC المكافئين ، يمكنهم إرسال أو استقبال البيانات من بعضهم البعض. الميزة الرئيسية لـ OCDMA هي أنها تتعامل مع عرض نطاق محدود بين عدد كبير من المستخدمين. تعمل بشكل غير متزامن بدون تصادم الحزم.

نظام EDFA مع WDM

الطول الموجي المقسم هي تقنية يمكن من خلالها نقل قنوات بصرية مختلفة في وقت واحد بأطوال موجية مختلفة عبر ألياف بصرية معينة. تُستخدم الشبكة الضوئية مع WDM على نطاق واسع في البنى التحتية للاتصالات الحالية. لذلك فهي تلعب دورًا مهمًا في شبكات الجيل المستقبلي. تعمل تقنيات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي المدمجة مع EDFA على تعزيز قدرة نقل الموجة الضوئية التي توفر سعة عالية وتعزز مرونة تقنية الشبكة الضوئية. لذلك في نظام الاتصال البصري ، يلعب EDFA دورًا مهمًا.

أنظمة مضاعفة التقسيم المكاني

مضاعفة القسمة المكانية / تقسيم الفضاء مضاعفة يتم اختصارها كـ SDM أو SM أو SMX. هذا نظام تعدد إرسال في تقنيات اتصال مختلفة مثل اتصالات الألياف الضوئية و بالرغم من الاتصال اللاسلكي الذي يستخدم لنقل القنوات المستقلة المقسمة داخل الفضاء.

يعد تعدد الإرسال بالتقسيم المكاني لاتصالات الألياف الضوئية مفيدًا جدًا للتغلب على حد سعة إدارة الطلب على المياه. تزيد تقنية تعدد الإرسال هذه من الكفاءة الطيفية لكل ليف عن طريق مضاعفة الإشارات في أوضاع LP المتعامدة داخل FMG (الألياف ذات الوضع القليل والألياف متعددة النواة. في نظام تعدد الإرسال هذا ، يكون الوضع MUX (معدد الإرسال) / DEMUX (مزيل تعدد الإرسال) أساسيًا المكون لأنه ببساطة يعادل الخسارة المعتمدة على الوضع ، ويعوض عن تأخيرات الوضع التفاضلي ويستخدم لبناء أجهزة الإرسال والاستقبال.

سونيت

SONET تعني الشبكة البصرية المتزامنة Synchronous Optical Network وهي عبارة عن بروتوكول اتصال طورته شركة Bellcore. يستخدم SONET بشكل أساسي لنقل كمية هائلة من البيانات فوق مسافات كبيرة نسبيًا عبر الألياف الضوئية. باستخدام SONET ، يتم إرسال العديد من تدفقات البيانات الرقمية عبر الألياف الضوئية في وقت واحد. يتكون SONET بشكل أساسي من أربع طبقات وظيفية ؛ طبقة المسار والخط والمقطع والطبقة الضوئية.

طبقة المسار مسؤولة بشكل أساسي عن حركة الإشارة من مصدرها البصري إلى وجهتها. طبقة الخط مسؤولة عن حركة الإشارة عبر خط مادي. طبقة القسم مسؤولة عن حركة الإشارة عبر القسم المادي وتتواصل الطبقة الضوئية مع الطبقة المادية في نموذج OSI. مزايا SONET هي ؛ معدلات البيانات عالية وعرض النطاق الترددي كبير والتداخل الكهرومغناطيسي المنخفض ونقل البيانات لمسافات كبيرة.

تكنولوجيا الضوئيات

يُعرف فرع البصريات باسم الضوئيات التي تتضمن تطبيق توجيه وتوليد وتضخيم الكشف ومعالجة الضوء في شكل الفوتون من خلال الإرسال والانبعاث ومعالجة الإشارات والتعديل والتبديل والاستشعار والتضخيم. بعض الأمثلة على الضوئيات هي الألياف الضوئية ، والليزر ، وكاميرات وشاشات الهاتف ، وشاشات الكمبيوتر ، والملاقط الضوئية ، والإضاءة داخل السيارات ، وأجهزة التلفزيون ، إلخ.

تلعب الضوئيات دورًا مهمًا في مجالات مختلفة من الإضاءة والعرض إلى قطاع التصنيع ، واتصالات البيانات الضوئية إلى التصوير ، والرعاية الصحية ، وعلوم الحياة ، والأمن ، وما إلى ذلك. توفر الضوئيات حلولًا جديدة وفريدة من نوعها حيث تقترب التقنيات التقليدية حاليًا من حدودها من حيث المصطلحات الدقة والسرعة والقدرة.

شبكة توجيه الطول الموجي

شبكة توجيه الطول الموجي عبارة عن شبكة بصرية قابلة للتطوير تسمح بإعادة معالجة الأطوال الموجية في عناصر مختلفة من الشبكات الضوئية الشفافة للتغلب على بعض حدود عدد محدود من الأطوال الموجية الحالية. يمكن إنشاء شبكة توجيه الطول الموجي باستخدام روابط WDM مختلفة عن طريق توصيلها في عقدة من خلال نظام فرعي للتبديل. باستخدام مثل هذه العقد المترابطة من خلال الألياف ، يمكن تطوير شبكات مختلفة ذات طبولوجيا كبيرة ومعقدة. توفر هذه الشبكات سعات كبيرة من خلال ممرات بصرية شفافة لا تتعرض للتحويل البصري إلى الإلكتروني.

نظام تتبع نظرات العين المتكيف

يُعرف الجهاز المستخدم لتتبع النظرة من خلال تحليل حركات العين باسم متتبع النظرة. يستخدم نظام تتبع نظرة العين لتقدير وتتبع خط الرؤية ثلاثي الأبعاد للشخص وأيضًا مكان نظر الشخص. يعمل هذا النظام ببساطة عن طريق الإرسال القريب من ضوء الأشعة تحت الحمراء وينعكس الضوء داخل عينيك. لذلك يتم استقبال هذه الانعكاسات بواسطة كاميرات متتبع العين حتى يعرف نظام تعقب العين أين تبحث. هذا النظام مفيد جدًا في مراقبة وقياس حركات العين ونقطة التحديق واتساع حدقة العين وميض العين للمراقبة.

تعديل الشدة في الاتصال البصري

يعد تعديل الشدة في الاتصال البصري نوعًا من التعديل حيث يتم تغيير الطاقة الضوئية o / p للمصدر وفقًا لبعض خصائص الإشارة المعدلة مثل الإشارة الحاملة للمعلومات أو إشارة النطاق الأساسي. في هذا النوع من التعديل ، لا توجد نطاقات جانبية علوية منخفضة ومنفصلة. لكن خرج المصدر البصري له عرض طيفي. يعتبر غلاف الإشارة الضوئية المعدلة نظيرًا للإشارة المعدلة من حيث أن طاقة الغلاف الفوري هي تناظرية للخاصية ذات الاهتمام داخل إشارة التعديل.

الاتصال اللاسلكي البصري

الاتصال اللاسلكي البصري هو نوع من الاتصال البصري حيث يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء أو المرئية غير الموجهة أو الأشعة فوق البنفسجية لنقل الإشارة. بشكل عام ، يتم استخدامه في الاتصالات قصيرة المدى. عندما يعمل نظام اتصال لاسلكي ضوئي في نطاق النطاق المرئي 390 إلى 750 نانومتر ، يُعرف باسم اتصال الضوء المرئي. تُستخدم هذه الأنظمة في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل WLANS و WPAN وشبكات المركبات. بدلاً من ذلك ، تسمى أنظمة OWC الأرضية من نقطة إلى نقطة الأنظمة البصرية للمساحة الحرة والتي تعمل على ترددات الأشعة تحت الحمراء القريبة مثل 750 إلى 1600 نانومتر.

تقنية Visual MIMO

نظام الاتصال البصري مثل Visual MIMO مشتق من MIMO ، حيث تم اعتماد نموذج استقبال متعدد للإرسال للضوء داخل الطيف المرئي وغير المرئي. لذلك في Visual MIMO ، عرض مرئي إلكتروني أو قاد يعمل كجهاز إرسال بينما تعمل الكاميرا كجهاز استقبال.

مضاعفة تقسيم الطول الموجي الكثيف

تُستخدم تقنية مضاعفة إرسال الألياف الضوئية مثل مضاعفة تقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM) لتحسين عرض النطاق الترددي لشبكة الألياف. يقوم بدمج إشارات البيانات من مصادر مختلفة فوق زوج واحد من كبلات الألياف الضوئية مع الحفاظ على الفصل التام لتدفقات البيانات. يتعامل DWDM مع بروتوكولات السرعة الأعلى التي تساوي 100 جيجابت في الثانية لكل قناة. كل قناة تفصل بينها مسافة 0.8 نانومتر. يعمل تعدد الإرسال هذا ببساطة مثل CWDM ولكن بالإضافة إلى تحسين سعة القناة ، يمكن أيضًا تضخيمه إلى مسافات طويلة جدًا.

تبديل الحزمة الضوئية

يسمح تبديل الحزمة الضوئية ببساطة بنقل إشارات الحزمة داخل المجال البصري بناءً على حزمة تلو حزمة. يتم تغيير جميع الحزم الضوئية المدخلة داخل أجهزة التوجيه الإلكترونية العادية إلى إشارات كهربائية مخزنة لاحقًا في الذاكرة. يوفر هذا النوع من التبديل شفافية البيانات وسعة كبيرة. ولكن ، بعد الكثير من البحث ، لم يتم استخدام هذا النوع من التكنولوجيا في المنتجات الفعلية بسبب نقص الذاكرة البصرية السريعة والعميقة ومستوى التكامل الضعيف.

بعض المزيد من موضوعات ندوة نظم الاتصالات الضوئية

قائمة موضوعات ندوة نظم الاتصالات الضوئية مذكورة أدناه.

• حلول الشبكة الضوئية على أساس سياق عالي الكثافة.
• التجارب والتطبيقات القائمة على الإيثرنت البصري.
• وضع وظيفة C - RAN والموثوقية في N / Ws البصرية.
• التحكم في شبكات 5G الضوئية من خلال SDN.
• طرق الشبكات الضوئية للتطبيقات المستندة إلى الوقت الحساسة.
• نشر شبكات Cloud RAN والمحاكاة الافتراضية.
• إعادة تكوين الشبكة الضوئية لـ WDM مع دعم 5G
• إرسال MIMO. أنظمة إلكترونية وبصريات تكيفية أسرع.
• تكامل الشبكة البصرية مع شبكة الوصول اللاسلكي.
• أمان الشبكة واختيار المسار الأمثل.
• التنازع وقرار انتقال الوضع الذكي.
• المحاكاة الافتراضية متعددة المستأجرين وتقطيع الشبكة الضوئية.
• اتصال مركز البيانات الداخلي أو الداخلي ضمن الحوسبة المتطورة.
• الاتصالات المدركة للطاقة داخل الشبكة الضوئية.
• تحسين تصميم الشبكة البصرية وتحسينها.
• معالجة الدوائر الضوئية داخل الشبكات الضوئية.
• تطبيقات الاتصال البصري على أساس VLC المحسن.
• تنسيق الشبكة البصرية والتحكم فيها على أساس SDN-NFV.
• إمكانية التشغيل البيني والتجارب الميدانية داخل الشبكات الضوئية.
• تصميمات العقدة الضوئية لأنظمة الخطوط البصرية المفتوحة.
• تحليلات البيانات وممارسات الذكاء الاصطناعي للاتصالات البصرية.
• الاستفادة من الصناعات العمودية الحديثة في مجال الاتصالات البصرية.
• تخصيص الطيف والتوجيه داخل الشبكة المرنة أو الشبكات البصرية الثابتة.
• إمكانية الوصول والمرونة والأمان والبقاء داخل الشبكة البصرية.
• الاتصال البصري بمساعدة NFC للنطاق الترددي العالي والتأخير المنخفض.
• تصميم معمارية لشبكات بصرية متعددة الأبعاد.
• اتصالات الألياف الضوئية القابلة للتطوير.
• تجنب الاصطدام للطائرات بدون طيار متعددة الدوار داخل البيئات الحضرية بناءً على التدفق البصري.
• محاكاة نظام CDMA على أساس الرموز المتعامدة البصرية.
• نظام اتصالات SDM البصري يعتمد على التحليل العددي للزخم الزاوي المداري.
• تطبيقات قصيرة أو متوسطة المدى ذات مصادر بصرية.

وبالتالي ، هذه قائمة أنظمة الاتصالات البصرية موضوعات الندوة لطلاب الهندسة. تعد القائمة أعلاه لموضوعات ندوة أنظمة الاتصالات الضوئية مفيدة جدًا في اختيار موضوع الندوة التقنية حول الاتصال البصري. تستخدم أنظمة الاتصالات الضوئية لنقل البيانات بصريًا باستخدام الألياف. لذلك ، يمكن القيام بذلك ببساطة عن طريق تغيير الإشارات الإلكترونية إلى نبضات ضوئية باستخدام مصادر الضوء مثل الثنائيات الباعثة للضوء أو الليزر. إليك سؤال لك ، ما هي الألياف الضوئية؟