Evolusi Teknologi Sambungan Silang Optik (OXC)

OXC (sambungan silang optik) ialah versi ROADM (Pemultipleks Tambah-Jatuh Optik Boleh Dikonfigurasikan Semula) yang telah dibangunkan.

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

Rajah di bawah menggambarkan seni bina CDC-OXC (Sambungan Silang Optik Tanpa Arah Tanpa Warna), yang menggunakan suis terpilih panjang gelombang (WSS). Di bahagian talian, 1 × N dan N × 1 WSS berfungsi sebagai modul masuk/keluar, manakala M × K WSS di bahagian tambah/lepas mengurus penambahan dan penurunan panjang gelombang. Modul ini saling berkaitan melalui gentian optik dalam satah belakang OXC.

Rajah: Seni Bina CDC-OXC Tradisional

Ini juga boleh dicapai dengan menukar backplane 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 berarah dan port gentian. Setiap port berarah sepadan dengan arah geografi OXC dalam topologi rangkaian, manakala setiap port gentian mewakili sepasang gentian dwiarah dalam port berarah. Port berarah mengandungi berbilang pasangan gentian dwiarah (iaitu, berbilang port gentian).

Walaupun OXC berasaskan Spanke mencapai pensuisan tanpa sekatan sepenuhnya melalui reka bentuk satah belakang yang saling berkaitan 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 pengembangan 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 WSS M×N yang mahal, menjadikannya sukar untuk memenuhi keperluan naik taraf tambahan.

Bagi menangani cabaran ini, para penyelidik telah mencadangkan seni bina hibrid baharu: HMWC-OXC (Rangkaian Hibrid MEMS dan WSS Clos). Dengan mengintegrasikan sistem mikroelektromekanikal (MEMS) dan WSS, seni bina ini mengekalkan prestasi hampir tanpa sekatan sambil menyokong keupayaan "bayar-semasa-anda-tumbuh", menyediakan laluan naik taraf yang kos efektif untuk pengendali rangkaian optik.

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

Rajah: Senibina 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, yang saling berkaitan melalui "T-port" untuk mengurangkan kesesakan dalaman.

Dalam fasa awal, pengendali boleh membina infrastruktur berdasarkan Spanke-OXC sedia ada (contohnya, skala 4×4), hanya dengan menggunakan suis MEMS (contohnya, 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 ke lapisan tengah, dan port-T dikonfigurasikan untuk menyambungkan modul.

Contohnya, 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 mengikuti kekangan parameter M > N × (S − T), dengan:

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

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

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

Rajah: Prestasi Penyekatan Rangkaian HMWC

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

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

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

Analisis kos seterusnya menonjolkan kelebihan HMWC-OXC, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Rajah: Kebarangkalian Penyekatan 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)).

Manfaat ekonomi ini berpunca daripada gabungan ketumpatan port suis MEMS yang tinggi 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, menyediakan pengendali dengan peluang pengoptimuman berbilang dimensi.

Kajian masa hadapan boleh meneroka lebih lanjut algoritma peruntukan T-port dinamik untuk mengoptimumkan penggunaan sumber dalaman. Tambahan pula, dengan kemajuan dalam proses pembuatan MEMS, penyepaduan suis dimensi yang lebih tinggi akan meningkatkan lagi kebolehskalaan seni bina ini. Bagi 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 boleh diskala.