OXC (оптичко унакрсно повезивање) је еволуирана верзија ROADM-а (реконфигурабилног оптичког мултиплексера за додавање и испуштање).
Као основни комутациони елемент оптичких мрежа, скалабилност и исплативост оптичких крос-конекта (OXC) не само да одређују флексибилност мрежних топологија, већ и директно утичу на трошкове изградње, рада и одржавања великих оптичких мрежа. Различите врсте OXC-ова показују значајне разлике у архитектонском дизајну и функционалној имплементацији.
Доња слика илуструје традиционалну CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) архитектуру, која користи прекидаче за селекцију таласних дужина (WSS). На страни линије, 1 × N и N × 1 WSS-ови служе као улазни/излазни модули, док M × K WSS-ови на страни додавања/испуштања управљају додавањем и испуштањем таласних дужина. Ови модули су међусобно повезани оптичким влакнима унутар OXC задње плоче.
Слика: Традиционална CDC-OXC архитектура
Ово се такође може постићи претварањем задње плоче у Спанке мрежу, што резултира нашом Спанке-OXC архитектуром.
Слика: Spanke-OXC архитектура
Горња слика показује да је на страни линије OXC повезан са две врсте портова: усмереним портовима и оптичким портовима. Сваки усмерени порт одговара географском правцу OXC-а у топологији мреже, док сваки оптички порт представља пар двосмерних влакана унутар усмереног порта. Усмерени порт садржи више двосмерних парова влакана (тј. више оптичких портова).
Иако OXC базиран на Spanke-у постиже строго неблокирајуће пребацивање путем потпуно повезаног дизајна задње плоче, његова ограничења постају све значајнија како мрежни саобраћај расте. Ограничење броја портова комерцијалних селективних прекидача за таласне дужине (WSS) (на пример, тренутни подржани максимум је 1×48 портова, као што је Finisar-ов FlexGrid Twin 1×48) значи да проширење OXC димензије захтева замену целог хардвера, што је скупо и спречава поновну употребу постојеће опреме.
Чак и са високодимензионалном OXC архитектуром заснованом на Clos мрежама, она се и даље ослања на скупе M×N WSS-ове, што отежава испуњавање захтева за постепеном надоградњом.
Да би се решили ови изазови, истраживачи су предложили нову хибридну архитектуру: HMWC-OXC (Хибридна MEMS и WSS затворена мрежа). Интеграцијом микроелектромеханичких система (MEMS) и WSS-а, ова архитектура одржава готово неблокирајуће перформансе, а истовремено подржава могућности „плаћања по расту“, пружајући исплатив пут надоградње за оператере оптичких мрежа.
Основни дизајн HMWC-OXC лежи у његовој трослојној Clos мрежној структури.
Слика: Spanke-OXC архитектура заснована на HMWC мрежама
Високодимензионални MEMS оптички прекидачи су распоређени на улазним и излазним слојевима, као што је скала 512×512 коју тренутно подржава тренутна технологија, како би се формирао пул портова великог капацитета. Средњи слој се састоји од више мањих Spanke-OXC модула, међусобно повезаних преко „Т-портова“ ради смањења унутрашњег загушења.
У почетној фази, оператери могу да изграде инфраструктуру на основу постојећег Spanke-OXC (нпр., размере 4×4), једноставним распоређивањем MEMS прекидача (нпр. 32×32) на улазном и излазном слоју, док задржавају један Spanke-OXC модул у средњем слоју (у овом случају, број Т-портова је нула). Како се захтеви за капацитетом мреже повећавају, нови Spanke-OXC модули се постепено додају средњем слоју, а Т-портови се конфигуришу за повезивање модула.
На пример, када се проширује број модула средњег слоја са једног на два, број Т-портова се поставља на један, повећавајући укупну димензију са четири на шест.
Слика: Пример HMWC-OXC
Овај процес прати ограничење параметара M > N × (S − T), где је:
M је број MEMS портова,
N је број модула средњег слоја,
S је број портова у једном Spanke-OXC-у, и
Т је број међусобно повезаних портова.
Динамичким подешавањем ових параметара, HMWC-OXC може да подржи постепено проширење од почетне скале до циљне димензије (нпр. 64×64) без замене свих хардверских ресурса одједном.
Да би проверили стварне перформансе ове архитектуре, истраживачки тим је спровео симулационе експерименте засноване на захтевима динамичких оптичких путања.
Слика: Блокирање перформанси HMWC мреже
Симулација користи Ерлангов модел саобраћаја, под претпоставком да захтеви за услугом прате Поасонову расподелу, а времена задржавања услуге прате негативну експоненцијалну расподелу. Укупно оптерећење саобраћаја је подешено на 3100 Ерланга. Циљна OXC димензија је 64×64, а скала MEMS улазног и излазног слоја је такође 64×64. Конфигурације Spanke-OXC модула средњег слоја укључују спецификације 32×32 или 48×48. Број Т-портова се креће од 0 до 16 у зависности од захтева сценарија.
Резултати показују да је, у сценарију са усмереном димензијом D = 4, вероватноћа блокирања HMWC-OXC блиска оној код традиционалне Spanke-OXC основне линије (S(64,4)). На пример, коришћењем конфигурације v(64,2,32,0,4), вероватноћа блокирања се повећава само за приближно 5% под умереним оптерећењем. Када се усмерена димензија повећа на D = 8, вероватноћа блокирања се повећава због „ефекта трупа“ и смањења дужине влакана у сваком смеру. Међутим, овај проблем се може ефикасно ублажити повећањем броја Т-портова (на пример, конфигурација v(64,2,48,16,8)).
Приметно је да, иако додавање модула средњег слоја може проузроковати унутрашње блокирање због конкуренције за Т-портове, целокупна архитектура и даље може постићи оптимизоване перформансе кроз одговарајућу конфигурацију.
Анализа трошкова додатно истиче предности HMWC-OXC, као што је приказано на слици испод.
Слика: Вероватноћа блокирања и трошкови различитих OXC архитектура
У сценаријима високе густине са 80 таласних дужина/влакну, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) може смањити трошкове за 40% у поређењу са традиционалним Spanke-OXC. У сценаријима ниских таласних дужина (нпр. 50 таласних дужина/влакну), предност у трошковима је још значајнија због смањеног броја потребних Т-портова (нпр. v(64,2,36,4,64)).
Ова економска корист произилази из комбинације високе густине портова MEMS прекидача и модуларне стратегије проширења, која не само да избегава трошкове замене WSS-а великих размера, већ и смањује додатне трошкове поновном употребом постојећих Spanke-OXC модула. Резултати симулације такође показују да подешавањем броја модула средњег слоја и односа Т-портова, HMWC-OXC може флексибилно да уравнотежи перформансе и трошкове под различитим конфигурацијама капацитета таласних дужина и правца, пружајући оператерима могућности вишедимензионалне оптимизације.
Будућа истраживања могу даље истражити алгоритме динамичке алокације Т-портова како би се оптимизовало коришћење интерних ресурса. Штавише, са напретком у MEMS производним процесима, интеграција вишедимензионалних прекидача ће додатно побољшати скалабилност ове архитектуре. За оператере оптичких мрежа, ова архитектура је посебно погодна за сценарије са неизвесним растом саобраћаја, пружајући практично техничко решење за изградњу отпорне и скалабилне потпуно оптичке окоснице мреже.
Време објаве: 21. август 2025.