Ebolusyong Teknolohikal ng Optical Cross-Connect (OXC)

Ang OXC (optical cross-connect) ay isang pinahusay na bersyon ng ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer).

Bilang pangunahing elemento ng paglipat ng mga optical network, ang kakayahang sumukat at pagiging epektibo sa gastos ng mga optical cross-connect (OXC) ay hindi lamang tumutukoy sa kakayahang umangkop ng mga topolohiya ng network kundi direktang nakakaapekto rin sa mga gastos sa konstruksyon, operasyon, at pagpapanatili ng malalaking optical network. Ang iba't ibang uri ng OXC ay nagpapakita ng mga makabuluhang pagkakaiba sa disenyo ng arkitektura at functional na implementasyon.

Ang pigura sa ibaba ay naglalarawan ng isang tradisyonal na arkitektura ng CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect), na gumagamit ng mga wavelength selective switch (WSS). Sa panig ng linya, ang 1 × N at N × 1 WSS ay nagsisilbing mga ingress/egress module, habang ang M × K WSS sa panig ng add/drop ay namamahala sa pagdaragdag at pagbaba ng mga wavelength. Ang mga modyul na ito ay magkakaugnay sa pamamagitan ng mga optical fiber sa loob ng OXC backplane.

Pigura: Tradisyonal na Arkitektura ng CDC-OXC

Maaari rin itong makamit sa pamamagitan ng pag-convert ng backplane sa isang Spanke network, na magreresulta sa aming Spanke-OXC architecture.

Pigura: Arkitektura ng Spanke-OXC

Ipinapakita ng pigura sa itaas na sa panig ng linya, ang OXC ay nauugnay sa dalawang uri ng port: mga directional port at mga fiber port. Ang bawat directional port ay tumutugma sa heograpikong direksyon ng OXC sa topolohiya ng network, habang ang bawat fiber port ay kumakatawan sa isang pares ng mga bidirectional fiber sa loob ng directional port. Ang isang directional port ay naglalaman ng maraming bidirectional fiber pair (ibig sabihin, maraming fiber port).

Bagama't nakakamit ng Spanke-based OXC ang mahigpit na non-blocking switching sa pamamagitan ng isang ganap na magkakaugnay na backplane design, ang mga limitasyon nito ay lalong nagiging makabuluhan habang tumataas ang trapiko sa network. Ang limitasyon sa bilang ng port ng mga commercial wavelength selective switch (WSS) (halimbawa, ang kasalukuyang maximum na sinusuportahan ay 1×48 port, tulad ng Finisar's FlexGrid Twin 1×48) ay nangangahulugan na ang pagpapalawak ng dimensyon ng OXC ay nangangailangan ng pagpapalit ng lahat ng hardware, na magastos at pumipigil sa muling paggamit ng mga umiiral na kagamitan.

Kahit na may high-dimensional na arkitektura ng OXC na nakabatay sa mga Clos network, umaasa pa rin ito sa mga mamahaling M×N WSS, na nagpapahirap sa pagtugon sa mga kinakailangan sa incremental upgrade.

Upang matugunan ang hamong ito, iminungkahi ng mga mananaliksik ang isang nobelang hybrid architecture: HMWC-OXC (Hybrid MEMS at WSS Clos Network). Sa pamamagitan ng pagsasama ng mga microelectromechanical system (MEMS) at WSS, pinapanatili ng arkitekturang ito ang halos walang harang na pagganap habang sinusuportahan ang mga kakayahan ng "pay-as-you-grow", na nagbibigay ng isang cost-effective na landas sa pag-upgrade para sa mga optical network operator.

Ang pangunahing disenyo ng HMWC-OXC ay nakasalalay sa tatlong-patong na istruktura ng Clos network nito.

Pigura: Arkitektura ng Spanke-OXC Batay sa mga Network ng HMWC

Ang mga high-dimensional MEMS optical switch ay inilalagay sa mga input at output layer, tulad ng 512×512 scale na kasalukuyang sinusuportahan ng kasalukuyang teknolohiya, upang bumuo ng isang malaking kapasidad na port pool. Ang gitnang layer ay binubuo ng maraming mas maliliit na Spanke-OXC module, na magkakaugnay sa pamamagitan ng mga "T-port" upang maibsan ang internal congestion.

Sa unang yugto, maaaring bumuo ang mga operator ng imprastraktura batay sa umiiral na Spanke-OXC (hal., 4×4 scale), sa pamamagitan lamang ng pag-deploy ng mga MEMS switch (hal., 32×32) sa mga input at output layer, habang pinapanatili ang isang Spanke-OXC module sa gitnang layer (sa kasong ito, ang bilang ng mga T-port ay zero). Habang tumataas ang mga kinakailangan sa kapasidad ng network, unti-unting idinaragdag ang mga bagong Spanke-OXC module sa gitnang layer, at ang mga T-port ay kino-configure upang ikonekta ang mga module.

Halimbawa, kapag pinalalawak ang bilang ng mga middle layer module mula isa hanggang dalawa, ang bilang ng mga T-port ay nakatakda sa isa, na nagpapataas sa kabuuang dimensyon mula apat hanggang anim.

Pigura: Halimbawa ng HMWC-OXC

Ang prosesong ito ay sumusunod sa limitasyon ng parameter na M > N × (S − T), kung saan:

Ang M ay ang bilang ng mga MEMS port,
Ang N ay ang bilang ng mga intermediate layer module,
Ang S ay ang bilang ng mga port sa isang Spanke-OXC, at
Ang T ay ang bilang ng mga magkakaugnay na port.

Sa pamamagitan ng pabago-bagong pagsasaayos ng mga parametrong ito, kayang suportahan ng HMWC-OXC ang unti-unting paglawak mula sa panimulang sukat patungo sa target na dimensyon (hal., 64×64) nang hindi pinapalitan ang lahat ng hardware resources nang sabay-sabay.

Upang mapatunayan ang aktwal na pagganap ng arkitekturang ito, ang pangkat ng pananaliksik ay nagsagawa ng mga eksperimento sa simulasyon batay sa mga dynamic optical path request.

Pigura: Pagharang sa Pagganap ng HMWC Network

Gumagamit ang simulation ng isang Erlang traffic model, kung ipagpapalagay na ang mga kahilingan sa serbisyo ay sumusunod sa isang Poisson distribution at ang mga service hold time ay sumusunod sa isang negatibong exponential distribution. Ang kabuuang traffic load ay nakatakda sa 3100 Erlangs. Ang target na OXC dimension ay 64×64, at ang input at output layer MEMS scale ay 64×64 din. Ang mga middle layer Spanke-OXC module configuration ay may kasamang 32×32 o 48×48 na mga detalye. Ang bilang ng mga T-port ay mula 0 hanggang 16 depende sa mga kinakailangan sa senaryo.

Ipinapakita ng mga resulta na, sa senaryo na may directional dimension na D = 4, ang blocking probability ng HMWC-OXC ay malapit sa tradisyonal na Spanke-OXC baseline (S(64,4)). Halimbawa, gamit ang v(64,2,32,0,4) configuration, ang blocking probability ay tumataas lamang ng humigit-kumulang 5% sa ilalim ng katamtamang load. Kapag ang directional dimension ay tumaas sa D = 8, ang blocking probability ay tumataas dahil sa "trunk effect" at ang pagbaba ng haba ng fiber sa bawat direksyon. Gayunpaman, ang isyung ito ay maaaring epektibong maibsan sa pamamagitan ng pagdaragdag ng bilang ng mga T-port (halimbawa, ang v(64,2,48,16,8) configuration).

Kapansin-pansin, bagama't ang pagdaragdag ng mga mid-layer module ay maaaring magdulot ng internal blocking dahil sa pagtatalo sa T-port, ang pangkalahatang arkitektura ay maaari pa ring makamit ang na-optimize na pagganap sa pamamagitan ng naaangkop na configuration.

Higit pang binibigyang-diin ng isang pagsusuri sa gastos ang mga bentahe ng HMWC-OXC, gaya ng ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Pigura: Probabilidad ng Pagharang at Gastos ng Iba't Ibang Arkitektura ng OXC

Sa mga sitwasyong may mataas na densidad na may 80 wavelength/fiber, ang HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) ay maaaring makabawas ng mga gastos nang 40% kumpara sa tradisyonal na Spanke-OXC. Sa mga sitwasyong may mababang wavelength (hal., 50 wavelength/fiber), ang bentahe sa gastos ay mas makabuluhan dahil sa nabawasang bilang ng mga kinakailangang T-port (hal., v(64,2,36,4,64)).

Ang benepisyong pang-ekonomiyang ito ay nagmumula sa kombinasyon ng mataas na densidad ng port ng mga MEMS switch at isang modular expansion strategy, na hindi lamang nakakaiwas sa gastos ng malawakang pagpapalit ng WSS kundi nakakabawas din ng mga karagdagang gastos sa pamamagitan ng muling paggamit ng mga umiiral na Spanke-OXC module. Ipinapakita rin ng mga resulta ng simulation na sa pamamagitan ng pagsasaayos ng bilang ng mga mid-layer module at ang ratio ng mga T-port, maaaring balansehin ng HMWC-OXC ang performance at gastos sa ilalim ng iba't ibang wavelength capacity at direction configuration, na nagbibigay sa mga operator ng mga pagkakataon sa multi-dimensional optimization.

Maaaring higit pang tuklasin ng mga pananaliksik sa hinaharap ang mga dynamic na algorithm ng alokasyon ng T-port upang ma-optimize ang panloob na paggamit ng mapagkukunan. Bukod pa rito, sa pamamagitan ng mga pagsulong sa mga proseso ng pagmamanupaktura ng MEMS, ang pagsasama ng mga higher-dimensional switch ay lalong magpapahusay sa scalability ng arkitekturang ito. Para sa mga optical network operator, ang arkitekturang ito ay partikular na angkop para sa mga senaryo na may hindi tiyak na paglago ng trapiko, na nagbibigay ng isang praktikal na teknikal na solusyon para sa pagbuo ng isang nababanat at scalable na all-optical backbone network.