الألياف المتعددة{0}}(MCF) هي نوع من الألياف الضوئية التي تدمج عدة نوى مستقلة لنقل الضوء-في شريط واحد من الكسوة، وذلك باستخدام مبدأ يسمى تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء (SDM) لنقل تدفقات البيانات المتوازية في وقت واحد. في عصر اليوم الذي يتسم بقوة حوسبة الذكاء الاصطناعي المتفجرة والتطور المتسارع لتقنية 6G، يواجه الاتصال البصري - "شريان المعلومات" للاقتصاد الرقمي - تحديات غير مسبوقة في مجال القدرات. تستكشف هذه المقالة ماهية-الألياف الأساسية، وخلفية البحث والتطوير التي تقف وراءها، ومزاياها الأساسية وسيناريوهات التطبيق، والتحديات التقنية الحالية، بالإضافة إلى تخطيط Hengtong وآفاقها المستقبلية في هذا المجال، مما يساعدك على فهم هذه التقنية الرئيسية التي تطلق العنان للجيل التالي من الاتصالات الضوئية-.
ما هي الألياف-المتعددة النواة ولماذا أصبحت مهمة الآن؟
تشير الألياف-متعددة النواة إلى ألياف ضوئية تحتوي على نواتين منفصلتين أو أكثر داخل غلاف زجاجي واحد - عادةً بنفس القطر الخارجي القياسي البالغ 125 ميكرومتر المستخدم في الألياف التقليديةألياف ذات وضع واحد-. تعمل كل نواة كقناة نقل مستقلة، مما يسمح للإشارات الضوئية المتعددة بالانتقال عبر ليف واحد في وقت واحد. على سبيل المثال، يمكن لـ MCF-أربعة أنوية أن تحمل ما يقرب من أربعة أضعاف البيانات التي تحملها ألياف أساسية واحدة-داخل نفس المساحة المادية.
ومع الانتشار المتعمق للذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة والحوسبة السحابية-، بالإضافة إلى الأبحاث المسبقة المتسارعة-لتقنية 6G، أظهر الطلب على نقل البيانات نموًا هائلاً، كما أصبحت أوجه القصور في الألياف التقليدية ذات الوضع الواحد- بارزة بشكل متزايد. الألياف التقليدية أحادية الوضع- محدودة بحد شانون غير الخطي، وقد اقتربت سعة النقل الخاصة بها من الحد الأعلى المادي، مما يجعل من الصعب دعم مستوى نقل البيانات على مستوى EB- واحتياجات اتصال الجهاز على مستوى تريليون- في عصر 6G، ولا يمكنها تلبية الطلب الصارم على التوصيل البيني عالي الكثافة-في نطاق-كبير- فائقمراكز البيانات. وكما أكد الباحثون في المؤسسات بما في ذلك NICT وجامعة أيندهوفن للتكنولوجيا، فمن المتوقع أن تنمو معدلات البيانات في الشبكات الضوئية لتتجاوز الحدود الأساسية لشبكات الألياف القياسية الحالية ذات الوضع الواحد- (اتصالات الطبيعة، 2025).
في ظل هذه الخلفية، ظهرت الألياف{0}المتعددة النواة كحل أساسي لكسر عنق الزجاجة في السعة. من خلال إضافة بُعد جديد - مسافة -، تقوم MCF بإنشاء مسارات بصرية متوازية داخل ليف واحد، والتي توصف غالبًا بأنها ترقية من "-مسار واحد" إلى "مسار-متعدد."
المزايا والميزات: أكثر من قدرة، قدرة تنافسية شاملة
بالمقارنة مع الألياف التقليدية ذات الوضع الفردي-، تنعكس المزايا الأساسية للألياف متعددة الأطراف من Hengtong في ثلاثة جوانب.
أولا، تحقق القدرة نموا هائلا.من خلال دمج العديد من النوى المستقلة في ليف واحد، فإن MCF يعادل ترقية "-مسار واحد" إلى "مسار-متعدد." بدون زيادة عدد الألياف أو مد خطوط أنابيب إضافية، يمكن زيادة سعة النقل عدة مرات أو حتى عشرات المرات، ويمكن أن يصل معدل نقل الألياف الفردية- إلى مستوى Tbps، مما يكسر بشكل مثالي عنق الزجاجة في سعة الألياف التقليدية. أكدت الأبحاث الحديثة أيضًا هذه الإمكانية - حيث أظهر فريق من الباحثين الدوليين نقل بيانات من فئة بيتابت-في-ثانية-باستخدام MCF ذو 19 نواة بقطر كسوة قياسي.
ثانياً، خسارة منخفضة، وثبات عالي، والتكيف مع السيناريوهات المعقدة.تعتمد MCF المطورة بشكل مستقل من Hengtong على هيكل أساسي من السيليكا النقي وتصميم منطقة فعالة كبيرة. يمكن التحكم في التوهين عند 1550 نانومتر في حدود 0.17 ديسيبل/كم، ويكون الحديث المتبادل أقل من أو يساوي -50 ديسيبل. يتم تقليل الخسارة بأكثر من 20% مقارنة بـ MCF التقليدي. وفي الوقت نفسه، يتمتع بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة ومقاومة الاهتزاز، ويمكنه التكيف مع بيئات التطبيقات المعقدة المختلفة مثل الأماكن الخارجية وقاع البحر ومراكز البيانات.
ثالثًا، التكامل العالي، والقدرة العالية على التكيف، وانخفاض تكاليف النشر.حجم MCF يكافئ حجم الألياف التقليدية ذات الوضع الواحد-، ولكنه يمكن أن يحقق نقلًا عالي الكثافة، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من المساحة والتكلفةوضع الأليافونشر المعدات، المناسبة بشكل خاص للسيناريوهات ذات متطلبات المساحة الصارمة مثل مراكز البيانات والشبكات الأساسية. وفي الوقت نفسه، فهو متوافق مع أنظمة الاتصالات الضوئية الحالية، مما يحقق "التوصيل-والتشغيل-" وتقليل التكلفة وحدود التشغيل والصيانة لترقية شبكة العميل. لربط MCF مع المعدات الأساسية الفردية- القياسية، يتم استخدام أجهزة -الإدخال/الإخراج-المتخصصة (FIFO)، والتي تعمل على دمج الضوء من ألياف أساسية فردية-في كل نواة من MCF والعكس صحيح.
الألياف المتعددة-الألياف الأساسية مقابل الألياف ذات الوضع الفردي-: الاختلافات الرئيسية
تصبح المزايا الموضحة أعلاه أكثر وضوحًا عند مقارنة MCF مباشرة مع الألياف التقليدية أحادية الوضع-عبر المعلمات الرئيسية:
| المعلمة | ألياف أحادية الوضع -تقليدية (SMF) | ألياف-متعددة النواة (MCF، على سبيل المثال، Hengtong 4-core) |
|---|---|---|
| عدد النوى | 1 | 2، 4، 7، 12، 19 أو أكثر |
| قطر الكسوة | 125 µm | 125 ميكرومتر (تصميمات الكسوة-القياسية) أو أكبر |
| القدرة لكل الألياف | محدودة بحد شانون غير الخطي | يمكن أن تصل الموازين التي تحتوي على عدد أساسي من الألياف - ومعدل ألياف مفردة- إلى مستوى Tbps |
| التوهين عند 1550 نانومتر | عادةً ~0.18–0.20 ديسيبل/كم (G.652.D) | أقل من أو يساوي 0.17 ديسيبل/كم (Hengtong MCF، تصميم قلب السيليكا النقي) |
| التداخل الداخلي-الأساسي | غير قابل للتطبيق (جوهر واحد) | أقل من أو يساوي −50 ديسيبل (Hengtong MCF) |
| القدرة على التكيف البيئي | درجات الحرارة القياسية والاهتزازات | مصمم للأماكن الخارجية وقاع البحر ومراكز البيانات ذات درجة الحرارة العالية/المنخفضة ومقاومة الاهتزاز |
| تعقيد الربط | الربط الانصهار القياسي | يتطلب محاذاة دورانية للنوى؛ هناك حاجة إلى أدوات الربط المتخصصة |
| النظام البيئي للموصل | ناضجة، موحدة على نطاق واسع | الناشئة؛ مطلوب أجهزة -مدخل/مروحة-مخرج (FIFO). |
| مساحة النشر والتكلفة | خط الأساس | نفس حجم الألياف، والكثافة الأعلى - تقلل من عدد الكابلات، ومساحة القناة، وتكلفة كل- بت |
| التوافق | عالمي | متوافق مع أنظمة الاتصالات البصرية الموجودة عبر أجهزة FIFO |
| التوحيد القياسي | -راسخة (ITU-T G.652، G.654، G.657) | في تَقَدم (الاتحاد الدولي للاتصالات-T G.Sup.87، 2025) |
من المهم ملاحظة أن MCF لا يحل محل ألياف الوضع الفردي-في جميع السيناريوهات. بالنسبة للعديد من شبكات الوصول والمترو الحالية، التقليديةالألياف الضوئيةيبقى كافيا تماما. تكون MCF أكثر إلحاحًا عندما تكون كثافة السعة - كمية البيانات لكل وحدة من المساحة الفعلية - هي القيد الأساسي.
سيناريوهات التطبيق الرئيسية للألياف-الأساسية المتعددة
مزايا MCF - نمو السعة الأسية، والخسارة المنخفضة، والقدرة على التكيف البيئي، وانخفاض تكاليف النشر - تجعلها بشكل خاص-مناسبة للسيناريوهات التي تتقاطع فيها كثافة السعة العالية والمساحة المادية المحدودة.
أنظمة الكابلات البحريةتمثل حالة الاستخدام التجاري الأكثر تقدمًا، حيث تكون خصائص MCF ذات-الخسارة المنخفضة وقاع البحر-القابلة للتكيف ذات قيمة خاصة. في عام 2023، أعلنت Google وNEC عن أول نشر تجاري لـ MCF في نظام الكابلات البحرية في تايوان-الفلبين-الولايات المتحدة (TPU)، باستخدام اثنين-من الألياف الأساسية لمضاعفة السعة لكل جديلة ألياف (مدونة جوجل السحابية). بالتوازي، أظهرت NEC وNTT تجربة نقل عبر المحيطات-من الفئة 7280 كيلومترًا باستخدام MCF ذات 12 نواة في مارس 2024، وتم تقديمها في OFC 2024 (بيان صحفي لشركة NEC). تؤكد هذه المعالم الرئيسية الجدوى العملية لـ MCF على المدى الطويل-والسعة- العاليةكابل الألياف الضوئية تحت الماءالتطبيقات.
اتصالات مركز البياناتيعد أحد التطبيقات الأخرى ذات الأولوية العالية-حيث يتعامل التكامل العالي ومزايا توفير المساحة- لـ MCF بشكل مباشر مع قيود العالم الحقيقي-. مع توسع مجموعات تدريب الذكاء الاصطناعي ونمو حركة المرور شرقًا-غربًا بين الحوامل، يحتاج المشغلون إلى ملاءمة المزيد من النطاق الترددي في القناة الحالية ومساحة الدرج. نظرًا لأن MCF يحقق نقلًا عالي الكثافة في نفس حجم الألياف مثل الألياف أحادية الوضع- التقليدية، فإنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من مساحة وتكلفة نشر المعدات في هذه البيئات المقيدة بالمساحة-. قامت شركة NTT بتطوير تقنيات الإنشاء والصيانة خصيصًا لأربعة-MCF أساسية في-روابط مراكز البيانات (إن تي تي، نوفمبر 2024).
الشبكات الأساسية والشبكات الأرضية-المسافات الطويلةتمثل الحدود القادمة. مع اقتراب الطلب على حركة المرور من الحد الأقصى لسعة الألياف الضوئية ذات الوضع الفردي-الموزعة، ستحتاج شركات الاتصالات إلى ترقيات تعتمد على SDM-من أجلانتقال العمود الفقريبنية تحتية. إن قدرة MCF على زيادة السعة دون مد خطوط أنابيب إضافية تجعلها مسارًا فعالاً للترقية للممرات الأساسية الحالية.
التحديات الفنية الحالية التي تواجه-الألياف الأساسية
على الرغم من قدرتها الواضحة ومزاياها من حيث التكلفة، إلا أن MCF لا يمثل حتى الآن انخفاضًا عالميًا-في استبدال الألياف التقليدية. ويجب معالجة العديد من التحديات الهندسية من أجل اعتمادها على نطاق أوسع.
التداخل الداخلي-الأساسيهو الاهتمام الأساسي بالتصميم. نظرًا لأن النوى المتعددة تشترك في نفس الكسوة، يمكن للضوء أن يقترن بين النوى المتجاورة، خاصة على مسافات طويلة. يقوم مصممو الألياف بإدارة ذلك من خلال التباعد الأساسي،-ملفات تعريف معامل الانكسار المدعومة بالخنادق، وهندسة الكسوة المحسنة. كما هو مذكور أعلاه، يحقق MCF الخاص بـ Hengtong تداخلًا أقل من أو يساوي −50 ديسيبل من خلال هيكله الأساسي المصنوع من السيليكا النقي وتصميم المساحة الفعالة الكبيرة - وهو مستوى كافٍ للعديد من التطبيقات العملية. ومع ذلك، يظل الحفاظ على هذا الأداء المنخفض للتداخل المتبادل على نطاق واسع وعلى مدى آلاف الكيلومترات مجالًا نشطًا للبحث في جميع أنحاء الصناعة.
أجهزة -مدخل/مروحة-مخرج (FIFO).مطلوبة لربط MCF بالمعدات الأساسية الفردية القياسية. على الرغم من إحراز تقدم كبير، - تتوفر أجهزة ذات فقدان إدخال أقل من 1 ديسيبل لكل قناة وتداخل متداخل أقل من −40 ديسيبل - لتحقيق أداء متسق ومنخفض التكلفة -لا يزال أداء FIFO عبر الأعداد الأساسية العالية قيد التحسين. يعد هذا مكونًا رئيسيًا في تحقيق توافق "التوصيل-والتشغيل-" الذي يجعل MCF عمليًا لترقية الشبكة.
الربط والتوصيلإضافة التعقيد. على عكس -الألياف الأساسية الفردية، يتطلب الربط MCF محاذاة دورانية دقيقة لجميع المراكز في وقت واحد. لقد تم تطوير أدوات ربط اندماجية متخصصة، لكن العملية أكثر تعقيدًا من التقليديةربط الألياف واختبارها.
التضخيميمثل تحديا آخر. يجب أن تعمل مضخمات الألياف المتعددة -الإربيوم-المشبعة بالألياف (MC-EDFA) على تضخيم جميع النوى بشكل موحد، وهو أمر أكثر تعقيدًا من تضخيم نواة واحدة. يعد توصيل المضخة وتحقيق التعادل عبر النوى من الموضوعات البحثية النشطة.
التوحيد القياسيقيد التقدم ولكن لم يكتمل بعد. نشرت لجنة الدراسات 15 للاتحاد الدولي للاتصالات - T ملاحق تقنية بشأن ألياف SDM، بما في ذلك ITU-T G.Sup.87 (مارس 2025)، والتي تتناول تصنيف ألياف SDM وطرق الاختبار واعتبارات النشر. ومع ذلك، لا تزال المعايير الموحدة للموصلات والكابلات وإجراءات التثبيت MCF قيد التطوير.
Hengtong's MCF R&D والتوقعات المستقبلية
لقد استحوذت شركة Hengtong Optoelectronics على اتجاهات الصناعة ووضعت MCF R&D مسبقًا. الاعتماد على التراكم الفني العميق للشركة فيالألياف الضوئية ومواد الكابلاتفي هذا المجال، تغلبت على الصعوبات الفنية الأساسية مثل انخفاض الخسارة وانخفاض التداخل، وحققت بنجاح اختراقًا رئيسيًا في منطقة فعالة كبيرة جدًا-خسارة منخفضة للغاية لأربعة-ألياف أساسية، مما وضع أساسًا متينًا لتصنيع MCF.
وبالنظر إلى المستقبل، تخطط Hengtong لمواصلة التركيز على تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء 6G والبحث والتطوير للمواد ذات الخسارة المنخفضة للغاية، مما يؤدي إلى تحسين مؤشرات أداء MCF بشكل أكبر، واختراق عنق الزجاجة الفني لعدد النوى الأعلى الذي يتجاوز أربعة مراكز، وتعزيز المنتج لترقية المنتج نحو سعة أعلى، وخسارة أقل، وقدرة على التكيف على نطاق أوسع. وتهدف الشركة أيضًا إلى تعزيز التعاون مع الشركات المصنعة لمعدات الاتصالات العالمية وموفري الخدمات السحابية والمشغلين للترويج لتطبيق MCF على نطاق واسع-في جميع أنحاء العالم.
من المتوقع أن ينمو سوق MCF بشكل ملحوظ في السنوات القادمة. وفقًا لأبحاث السوق الصادرة عن Market Growth Reports، بلغت قيمة سوق MCF العالمية حوالي 16.9 مليون دولار أمريكي في عام 2025 ومن المتوقع أن تنمو بمعدل نمو سنوي مركب يزيد عن 34% خلال العقد القادم، مدفوعًا بالطلب المتزايد على النقل البصري عالي السعة-في الكابلات البحرية ومراكز البيانات وشبكات الجيل التالي-. ومن خلال الاستثمار المستمر في البحث والتطوير والتصنيع، تهدف Hengtong إلى أن تكون مساهمًا رئيسيًا في هذا المجال سريع التطور. يمكن للقراء المهتمين بقدرات Hengtong الأوسع استكشاف قدرات الشركةمجموعة منتجات الكابلات الضوئيةوحالات المشروع الناجح.
الأسئلة المتداولة حول-الألياف الأساسية المتعددة
ما المقصود بالألياف-المتعددة النواة؟
الألياف المتعددة-هي ألياف ضوئية تحتوي على اثنين أو أكثر من نواة نقل الضوء المستقلة-ضمن غلاف زجاجي واحد. يمكن لكل نواة أن تحمل دفق بيانات منفصل، مما يسمح للألياف بإرسال إشارات متعددة بالتوازي باستخدام تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء (SDM). يؤدي ذلك إلى تمكين معدلات نقل الألياف-الفردية عند مستوى Tbps.
كيف يختلف MCF عن الألياف متعددة الأوضاع؟
هذه مفاهيم مختلفة. تحتوي الألياف متعددة الأوضاع على نواة واحدة ذات قطر أكبر تدعم أوضاع انتشار متعددة للضوء. تحتوي الألياف- المتعددة النواة على عدة مراكز منفصلة، يعمل كل منها عادةً في وضع - فردي. تعمل MCF على مضاعفة السعة عن طريق إضافة القنوات المكانية (النوى)، بينما تستخدم الألياف متعددة الأوضاع أوضاع إضاءة مختلفة داخل قلب واحد. للحصول على مقارنة تفصيلية لأنواع الألياف، راجع هذادليل إلى الوضع-المفرد والألياف متعددة الأوضاع.
هل تتوافق الألياف-الأساسية المتعددة مع الشبكات الضوئية الحالية؟
يمكن لـ MCF التفاعل مع أجهزة الألياف ذات الوضع الفردي -الموجودة من خلال أجهزة -الإدخال/الإخراج-المروحة (FIFO). تم تصميم MCF من Hengtong ليكون متوافقًا مع أنظمة الاتصالات البصرية الحالية، مما يقلل من عتبة ترقيات شبكة العملاء. ومع ذلك، قد يتطلب التكامل الكامل أيضًا معدات الربط المتخصصة وأنظمة التضخيم المعدلة اعتمادًا على بنية الشبكة المحددة.
أين يتم نشر MCF تجاريًا؟
وأبرز عملية نشر تجارية هي نظام الكابلات البحرية الأمريكية Google/NEC في تايوان-الفلبين-، والذي يستخدم-مركزي MCF. ومن المتوقع أن يتبع ذلك عمليات ربط مراكز البيانات وتحديث الشبكة الأساسية. إن قدرة MCF على تحقيق نقل عالي الكثافة في نفس حجم الألياف يجعلها جذابة بشكل خاص لمراكز البيانات ذات المساحة المحدودة والبيئات البحرية.
ما هي العوائق الرئيسية التي تحول دون اعتماد MCF على نطاق واسع؟
تشمل العوائق الأساسية تعقيد وتكلفة الربط والتوصيل، والحاجة إلى مكبرات صوت متخصصة، والتوحيد القياسي غير المكتمل، وعلاوة السعر الحالي لمكونات MCF مقارنة بالألياف التقليدية. ومن المتوقع أن تنخفض هذه الحواجز مع ترسيخ مستويات ومعايير الإنتاج.
ما عدد النوى التي يمكن أن تحتويها-الألياف الأساسية المتعددة؟
لقد أظهر الباحثون أليافًا تحتوي على ما يصل إلى 19 نواة ضمن قطر كسوة قياسي يبلغ 125 ميكرومتر، وتوجد تصميمات تجريبية بأعداد نواة أعلى. يستخدم MCF المتوفر تجاريًا مركزين إلى أربعة مراكز، مع سبعة-تصميمات مركزية وأعلى في التطوير النشط. تشتمل خريطة الطريق الحالية لشركة Hengtong على تقدم يتجاوز أربعة-تصميمات أساسية نحو أعداد أساسية أعلى.