OXC (optičko unakrsno povezivanje) je razvijenija verzija ROADM-a (Rekonfigurabilni optički multiplekser za dodavanje i ispuštanje).
Kao osnovni komutacijski element optičkih mreža, skalabilnost i isplativost optičkih cross-connect-ova (OXC-ova) ne samo da određuju fleksibilnost mrežnih topologija, već i direktno utiču na troškove izgradnje, rada i održavanja velikih optičkih mreža. Različite vrste OXC-ova pokazuju značajne razlike u arhitektonskom dizajnu i funkcionalnoj implementaciji.
Donja slika ilustruje tradicionalnu CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) arhitekturu, koja koristi prekidače za odabir talasnih dužina (WSS). Na strani linije, 1 × N i N × 1 WSS-ovi služe kao ulazni/izlazni moduli, dok M × K WSS-ovi na strani dodavanja/ispuštanja upravljaju dodavanjem i ispuštanjem talasnih dužina. Ovi moduli su međusobno povezani optičkim vlaknima unutar OXC zadnje ploče.
Slika: Tradicionalna CDC-OXC arhitektura
Ovo se također može postići pretvaranjem zadnje ploče u Spanke mrežu, što rezultira našom Spanke-OXC arhitekturom.
Slika: Spanke-OXC arhitektura
Gornja slika pokazuje da je na strani linije OXC povezan s dvije vrste portova: usmjerenim portovima i optičkim portovima. Svaki usmjereni port odgovara geografskom smjeru OXC-a u topologiji mreže, dok svaki optički port predstavlja par dvosmjernih vlakana unutar usmjerenog porta. Usmjereni port sadrži više dvosmjernih parova vlakana (tj. više optičkih portova).
Iako OXC baziran na Spankeu postiže strogo neblokirajuće prebacivanje putem potpuno međusobno povezanog dizajna zadnje ploče, njegova ograničenja postaju sve značajnija kako mrežni promet raste. Ograničenje broja portova komercijalnih prekidača za odabir valnih dužina (WSS) (na primjer, trenutni maksimum koji se podržava je 1×48 portova, kao što je Finisarov FlexGrid Twin 1×48) znači da proširenje OXC dimenzije zahtijeva zamjenu cjelokupnog hardvera, što je skupo i sprječava ponovnu upotrebu postojeće opreme.
Čak i sa visokodimenzionalnom OXC arhitekturom zasnovanom na Clos mrežama, ona se i dalje oslanja na skupe M×N WSS-ove, što otežava ispunjavanje zahtjeva za inkrementalnom nadogradnjom.
Kako bi se suočili s ovim izazovom, istraživači su predložili novu hibridnu arhitekturu: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network). Integracijom mikroelektromehaničkih sistema (MEMS) i WSS-a, ova arhitektura održava gotovo neblokirajuće performanse, a istovremeno podržava mogućnosti "plaćanja po rastu", pružajući isplativ put nadogradnje za operatere optičkih mreža.
Osnovni dizajn HMWC-OXC-a leži u njegovoj troslojnoj Clos mrežnoj strukturi.
Slika: Spanke-OXC arhitektura zasnovana na HMWC mrežama
Visokodimenzionalni MEMS optički prekidači su raspoređeni na ulaznim i izlaznim slojevima, kao što je skala 512×512 koju trenutno podržava trenutna tehnologija, kako bi se formirao skup portova velikog kapaciteta. Srednji sloj se sastoji od više manjih Spanke-OXC modula, međusobno povezanih putem "T-portova" radi ublažavanja internog zagušenja.
U početnoj fazi, operateri mogu izgraditi infrastrukturu zasnovanu na postojećem Spanke-OXC-u (npr. skala 4×4), jednostavnim postavljanjem MEMS prekidača (npr. 32×32) na ulazni i izlazni sloj, dok zadržavaju jedan Spanke-OXC modul u srednjem sloju (u ovom slučaju, broj T-portova je nula). Kako se zahtjevi za kapacitetom mreže povećavaju, novi Spanke-OXC moduli se postepeno dodaju srednjem sloju, a T-portovi se konfigurišu za povezivanje modula.
Na primjer, prilikom proširenja broja modula srednjeg sloja s jednog na dva, broj T-portova se postavlja na jedan, povećavajući ukupnu dimenziju s četiri na šest.
Slika: Primjer HMWC-OXC
Ovaj proces prati ograničenje parametara M > N × (S − T), gdje je:
M je broj MEMS portova,
N je broj modula međusloja,
S je broj portova u jednom Spanke-OXC-u, i
T je broj međusobno povezanih portova.
Dinamičkim podešavanjem ovih parametara, HMWC-OXC može podržati postepeno širenje od početne skale do ciljne dimenzije (npr. 64×64) bez zamjene svih hardverskih resursa odjednom.
Kako bi provjerili stvarne performanse ove arhitekture, istraživački tim je proveo simulacijske eksperimente zasnovane na zahtjevima za dinamičkim optičkim putanjama.
Slika: Performanse blokiranja HMWC mreže
Simulacija koristi Erlangov model prometa, pretpostavljajući da zahtjevi za servisom slijede Poissonovu distribuciju, a vremena zadržavanja servisa slijede negativnu eksponencijalnu distribuciju. Ukupno opterećenje prometa postavljeno je na 3100 Erlanga. Ciljna OXC dimenzija je 64×64, a skala ulaznog i izlaznog MEMS sloja je također 64×64. Konfiguracije Spanke-OXC modula srednjeg sloja uključuju specifikacije 32×32 ili 48×48. Broj T-portova kreće se od 0 do 16, ovisno o zahtjevima scenarija.
Rezultati pokazuju da je, u scenariju sa smjernom dimenzijom D = 4, vjerovatnoća blokiranja HMWC-OXC bliska onoj kod tradicionalne osnovne linije Spanke-OXC (S(64,4)). Na primjer, korištenjem konfiguracije v(64,2,32,0,4), vjerovatnoća blokiranja se povećava za samo približno 5% pod umjerenim opterećenjem. Kada se smjerna dimenzija poveća na D = 8, vjerovatnoća blokiranja se povećava zbog "efekta debla" i smanjenja dužine vlakana u svakom smjeru. Međutim, ovaj problem se može efikasno ublažiti povećanjem broja T-portova (na primjer, konfiguracija v(64,2,48,16,8)).
Važno je napomenuti da, iako dodavanje modula srednjeg sloja može uzrokovati interno blokiranje zbog konkurencije na T-portovima, cjelokupna arhitektura i dalje može postići optimizirane performanse kroz odgovarajuću konfiguraciju.
Analiza troškova dodatno ističe prednosti HMWC-OXC, kao što je prikazano na slici ispod.
Slika: Vjerovatnoća blokiranja i troškovi različitih OXC arhitektura
U scenarijima visoke gustoće sa 80 talasnih dužina/vlaknu, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) može smanjiti troškove za 40% u poređenju sa tradicionalnim Spanke-OXC. U scenarijima niskih talasnih dužina (npr. 50 talasnih dužina/vlaknu), prednost u troškovima je još značajnija zbog smanjenog broja potrebnih T-portova (npr. v(64,2,36,4,64)).
Ova ekonomska korist proizilazi iz kombinacije visoke gustoće portova MEMS prekidača i modularne strategije proširenja, koja ne samo da izbjegava troškove zamjene velikih WSS-a, već i smanjuje dodatne troškove ponovnom upotrebom postojećih Spanke-OXC modula. Rezultati simulacije također pokazuju da podešavanjem broja modula srednjeg sloja i omjera T-portova, HMWC-OXC može fleksibilno uravnotežiti performanse i troškove pod različitim konfiguracijama kapaciteta i smjera valnih dužina, pružajući operaterima višedimenzionalne mogućnosti optimizacije.
Buduća istraživanja mogu dalje istražiti algoritme dinamičke alokacije T-portova kako bi se optimiziralo korištenje internih resursa. Nadalje, s napretkom u proizvodnim procesima MEMS-a, integracija višedimenzionalnih prekidača dodatno će poboljšati skalabilnost ove arhitekture. Za operatore optičkih mreža, ova arhitektura je posebno pogodna za scenarije s neizvjesnim rastom prometa, pružajući praktično tehničko rješenje za izgradnju otporne i skalabilne potpuno optičke okosnice mreže.
Vrijeme objave: 21. avg. 2025.