Evolusi Teknologi Sambungan Silang Optik (OXC)

OXC (sambungan silang optik) ialah versi ROADM (Pemultipleks Tambah-Drop Optik Boleh Dikonfigurasi Semula).

Sebagai elemen pensuisan teras rangkaian optik, kebolehskalaan dan keberkesanan kos sambungan silang optik (OXC) bukan sahaja menentukan fleksibiliti topologi rangkaian tetapi juga memberi kesan secara langsung kepada kos pembinaan dan operasi serta penyelenggaraan rangkaian optik berskala besar. Jenis OXC yang berbeza menunjukkan perbezaan yang ketara dalam reka bentuk seni bina dan pelaksanaan fungsi.

Rajah di bawah menggambarkan seni bina CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) tradisional, yang menggunakan suis terpilih panjang gelombang (WSS). Di bahagian garisan, 1 × N dan N × 1 WSS berfungsi sebagai modul masuk/keluar, manakala M × K WSS di bahagian tambah/turun menguruskan penambahan dan penurunan panjang gelombang. Modul-modul ini disambungkan melalui gentian optik dalam satah belakang OXC.

Rajah: Seni Bina CDC-OXC Tradisional

Ini juga boleh dicapai dengan menukar satah belakang kepada rangkaian Spanke, menghasilkan seni bina Spanke-OXC kami.

Rajah: Seni Bina Spanke-OXC

Rajah di atas menunjukkan bahawa pada bahagian garisan, OXC dikaitkan dengan dua jenis port: port arah dan port gentian. Setiap port arah sepadan dengan arah geografi OXC dalam topologi rangkaian, manakala setiap port gentian mewakili sepasang gentian dua arah dalam port arah. Port berarah mengandungi berbilang pasangan gentian dua hala (iaitu, berbilang port gentian).

Walaupun OXC berasaskan Spanke mencapai pensuisan tanpa sekatan yang ketat melalui reka bentuk backplane yang saling bersambung sepenuhnya, batasannya menjadi semakin ketara apabila trafik rangkaian meningkat. Had kiraan port suis terpilih panjang gelombang komersial (WSS) (contohnya, maksimum semasa yang disokong ialah 1×48 port, seperti Finisar's FlexGrid Twin 1×48) bermakna mengembangkan dimensi OXC memerlukan penggantian semua perkakasan, yang mahal dan menghalang penggunaan semula peralatan sedia ada.

Walaupun dengan seni bina OXC berdimensi tinggi berdasarkan rangkaian Clos, ia masih bergantung pada M×N WSS yang mahal, menjadikannya sukar untuk memenuhi keperluan peningkatan tambahan.

Untuk menangani cabaran ini, penyelidik telah mencadangkan seni bina hibrid baru: HMWC-OXC (Hybrid MEMS dan WSS Clos Network). Dengan menyepadukan sistem mikroelektromekanikal (MEMS) dan WSS, seni bina ini mengekalkan prestasi hampir tanpa sekatan sambil menyokong keupayaan "bayar semasa anda berkembang", menyediakan laluan naik taraf yang menjimatkan kos untuk pengendali rangkaian optik.

Reka bentuk teras HMWC-OXC terletak pada struktur rangkaian Clos tiga lapisannya.

Rajah: Seni Bina Spanke-OXC Berdasarkan Rangkaian HMWC

Suis optik MEMS berdimensi tinggi digunakan pada lapisan input dan output, seperti skala 512×512 yang kini disokong oleh teknologi semasa, untuk membentuk kolam port berkapasiti besar. Lapisan tengah terdiri daripada berbilang modul Spanke-OXC yang lebih kecil, disambungkan melalui "T-ports" untuk mengurangkan kesesakan dalaman.

Pada fasa awal, pengendali boleh membina infrastruktur berdasarkan Spanke-OXC sedia ada (cth, skala 4×4), hanya menggunakan suis MEMS (cth, 32×32) pada lapisan input dan output, sambil mengekalkan satu modul Spanke-OXC di lapisan tengah (dalam kes ini, bilangan port T adalah sifar). Apabila keperluan kapasiti rangkaian meningkat, modul Spanke-OXC baharu ditambah secara beransur-ansur pada lapisan tengah, dan port T dikonfigurasikan untuk menyambungkan modul.

Sebagai contoh, apabila mengembangkan bilangan modul lapisan tengah daripada satu kepada dua, bilangan port-T ditetapkan kepada satu, meningkatkan jumlah dimensi daripada empat kepada enam.

Rajah: Contoh HMWC-OXC

Proses ini mengikut kekangan parameter M > N × (S − T), di mana:

M ialah bilangan port MEMS,
N ialah bilangan modul lapisan perantaraan,
S ialah bilangan port dalam satu Spanke-OXC, dan
T ialah bilangan port yang saling berkaitan.

Dengan melaraskan parameter ini secara dinamik, HMWC-OXC boleh menyokong pengembangan beransur-ansur daripada skala awal kepada dimensi sasaran (cth, 64×64) tanpa menggantikan semua sumber perkakasan sekaligus.

Untuk mengesahkan prestasi sebenar seni bina ini, pasukan penyelidik menjalankan eksperimen simulasi berdasarkan permintaan laluan optik dinamik.

Rajah: Prestasi Menyekat Rangkaian HMWC

Simulasi menggunakan model trafik Erlang, dengan mengandaikan permintaan perkhidmatan mengikuti pengedaran Poisson dan masa penahanan perkhidmatan mengikuti pengedaran eksponen negatif. Jumlah beban trafik ditetapkan kepada 3100 Erlang. Dimensi OXC sasaran ialah 64×64, dan skala MEMS lapisan input dan output juga ialah 64×64. Konfigurasi modul Spanke-OXC lapisan tengah termasuk spesifikasi 32×32 atau 48×48. Bilangan T-port berjulat dari 0 hingga 16 bergantung pada keperluan senario.

Keputusan menunjukkan bahawa, dalam senario dengan dimensi arah D = 4, kebarangkalian menyekat HMWC-OXC adalah hampir dengan garis dasar Spanke-OXC tradisional (S(64,4)). Contohnya, menggunakan konfigurasi v(64,2,32,0,4), kebarangkalian menyekat meningkat hanya kira-kira 5% di bawah beban sederhana. Apabila dimensi arah meningkat kepada D = 8, kebarangkalian menyekat meningkat disebabkan oleh "kesan batang" dan pengurangan panjang gentian dalam setiap arah. Walau bagaimanapun, isu ini boleh dikurangkan dengan berkesan dengan menambah bilangan T-port (contohnya, konfigurasi v(64,2,48,16,8)).

Terutama, walaupun penambahan modul lapisan pertengahan boleh menyebabkan penyekatan dalaman disebabkan perbalahan T-port, seni bina keseluruhan masih boleh mencapai prestasi yang dioptimumkan melalui konfigurasi yang sesuai.

Analisis kos menyerlahkan lagi kelebihan HMWC-OXC, seperti ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Rajah: Menyekat Kebarangkalian dan Kos Seni Bina OXC yang Berbeza

Dalam senario berketumpatan tinggi dengan 80 panjang gelombang/serat, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) boleh mengurangkan kos sebanyak 40% berbanding Spanke-OXC tradisional. Dalam senario panjang gelombang rendah (cth, 50 panjang gelombang/serat), kelebihan kos adalah lebih ketara disebabkan oleh pengurangan bilangan port-T yang diperlukan (cth, v(64,2,36,4,64)).

Faedah ekonomi ini berpunca daripada gabungan ketumpatan port tinggi suis MEMS dan strategi pengembangan modular, yang bukan sahaja mengelakkan perbelanjaan penggantian WSS berskala besar tetapi juga mengurangkan kos tambahan dengan menggunakan semula modul Spanke-OXC sedia ada. Keputusan simulasi juga menunjukkan bahawa dengan melaraskan bilangan modul lapisan pertengahan dan nisbah port-T, HMWC-OXC boleh mengimbangi prestasi dan kos secara fleksibel di bawah kapasiti panjang gelombang dan konfigurasi arah yang berbeza, memberikan operator peluang pengoptimuman berbilang dimensi.

Penyelidikan masa depan boleh meneroka lagi algoritma peruntukan port-T dinamik untuk mengoptimumkan penggunaan sumber dalaman. Tambahan pula, dengan kemajuan dalam proses pembuatan MEMS, penyepaduan suis berdimensi lebih tinggi akan meningkatkan lagi kebolehskalaan seni bina ini. Untuk pengendali rangkaian optik, seni bina ini amat sesuai untuk senario dengan pertumbuhan trafik yang tidak menentu, menyediakan penyelesaian teknikal yang praktikal untuk membina rangkaian tulang belakang semua optik yang berdaya tahan dan berskala.