Evolusi Teknologi Optical Cross-Connect (OXC)

OXC (optical cross-connect) minangka versi evolusi saka ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer).

Minangka unsur inti switching jaringan optik, skalabilitas lan efektifitas biaya optical cross-connect (OXC) ora mung nemtokake fleksibilitas topologi jaringan nanging uga langsung mengaruhi biaya konstruksi lan operasi lan pangopènan jaringan optik skala gedhe. Jinis OXC sing béda-béda nuduhaké prabédan sing signifikan ing desain arsitektur lan implementasi fungsional.

Gambar ing ngisor iki nggambarake arsitektur CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) tradisional, sing nggunakake saklar selektif dawa gelombang (WSS). Ing sisih garis, 1 × N lan N × 1 WSS dadi modul mlebu/metu, dene M × K WSS ing sisih tambah/mudhun ngatur tambahan lan mudhun dawa gelombang. Modul-modul iki saling gegandhengan liwat serat optik ing backplane OXC.

Gambar: Arsitektur CDC-OXC Tradisional

Iki uga bisa ditindakake kanthi ngowahi backplane dadi jaringan Spanke, sing ngasilake arsitektur Spanke-OXC kita.

Gambar: Arsitektur Spanke-OXC

Gambar ing ndhuwur nuduhake yen ing sisih garis, OXC digandhengake karo rong jinis port: port arah lan port serat. Saben port arah cocog karo arah geografis OXC ing topologi jaringan, dene saben port serat makili sepasang serat bidirectional ing njero port arah. Port arah ngemot pirang-pirang pasangan serat bidirectional (yaiku, pirang-pirang port serat).

Sanajan OXC berbasis Spanke bisa nggayuh switching non-blocking kanthi ketat liwat desain backplane sing saling terhubung kanthi lengkap, watesane saya tambah signifikan nalika lalu lintas jaringan mundhak. Watesan cacah port saka switch selektif dawa gelombang komersial (WSS) (contone, maksimum sing didhukung saiki yaiku port 1 × 48, kayata FlexGrid Twin 1 × 48 saka Finisar) tegese ngembangake dimensi OXC mbutuhake ngganti kabeh perangkat keras, sing larang lan nyegah panggunaan maneh peralatan sing wis ana.

Sanajan nganggo arsitektur OXC dimensi dhuwur adhedhasar jaringan Clos, isih gumantung marang WSS M×N sing larang, saengga angel kanggo nyukupi syarat upgrade tambahan.

Kanggo ngatasi tantangan iki, para peneliti wis ngusulake arsitektur hibrida anyar: HMWC-OXC (Hybrid MEMS lan WSS Clos Network). Kanthi nggabungake sistem mikroelektromekanis (MEMS) lan WSS, arsitektur iki njaga kinerja sing meh ora ana blokir nalika ndhukung kemampuan "bayar-sesuai-tumbuh", nyedhiyakake jalur upgrade sing efektif biaya kanggo operator jaringan optik.

Desain inti HMWC-OXC dumunung ing struktur jaringan Clos telung lapisan.

Gambar: Arsitektur Spanke-OXC Adhedhasar Jaringan HMWC

Saklar optik MEMS dimensi dhuwur dipasang ing lapisan input lan output, kayata skala 512 × 512 sing saiki didhukung dening teknologi saiki, kanggo mbentuk kolam port kapasitas gedhe. Lapisan tengah kasusun saka pirang-pirang modul Spanke-OXC sing luwih cilik, sing saling terhubung liwat "T-port" kanggo ngatasi kemacetan internal.

Ing fase awal, operator bisa mbangun infrastruktur adhedhasar Spanke-OXC sing wis ana (contone, skala 4 × 4), mung nganggo saklar MEMS (contone, 32 × 32) ing lapisan input lan output, nalika njaga modul Spanke-OXC tunggal ing lapisan tengah (ing kasus iki, jumlah T-port yaiku nol). Nalika kabutuhan kapasitas jaringan mundhak, modul Spanke-OXC anyar ditambahake kanthi bertahap ing lapisan tengah, lan T-port dikonfigurasi kanggo nyambungake modul kasebut.

Umpamane, nalika ngembangake jumlah modul lapisan tengah saka siji dadi loro, jumlah T-port disetel dadi siji, nambah dimensi total saka papat dadi enem.

Gambar: Tuladha HMWC-OXC

Proses iki ngetutake kendala parameter M > N × (S − T), ing ngendi:

M iku cacahing port MEMS,
N iku cacahé modul lapisan antara,
S iku cacahing port ing siji Spanke-OXC, lan
T iku cacahing port sing saling nyambung.

Kanthi nyetel parameter kasebut kanthi dinamis, HMWC-OXC bisa ndhukung ekspansi bertahap saka skala awal menyang dimensi target (contone, 64 × 64) tanpa ngganti kabeh sumber daya perangkat keras sekaligus.

Kanggo verifikasi kinerja nyata saka arsitektur iki, tim riset nglakokake eksperimen simulasi adhedhasar panjalukan jalur optik dinamis.

Gambar: Kinerja Pamblokiran Jaringan HMWC

Simulasi iki nggunakake model lalu lintas Erlang, kanthi nganggep panjalukan layanan ngetutake distribusi Poisson lan wektu penahanan layanan ngetutake distribusi eksponensial negatif. Beban lalu lintas total disetel dadi 3100 Erlang. Dimensi OXC target yaiku 64 × 64, lan skala MEMS lapisan input lan output uga 64 × 64. Konfigurasi modul Spanke-OXC lapisan tengah kalebu spesifikasi 32 × 32 utawa 48 × 48. Jumlah T-port wiwit saka 0 nganti 16 gumantung saka syarat skenario.

Asil nuduhake yen, ing skenario kanthi dimensi arah D = 4, probabilitas pamblokiran HMWC-OXC cedhak karo garis dasar Spanke-OXC tradisional (S(64,4)). Contone, nggunakake konfigurasi v(64,2,32,0,4), probabilitas pamblokiran mung mundhak kira-kira 5% ing beban moderat. Nalika dimensi arah mundhak dadi D = 8, probabilitas pamblokiran mundhak amarga "efek trunk" lan penurunan dawa serat ing saben arah. Nanging, masalah iki bisa diatasi kanthi efektif kanthi nambah jumlah T-port (contone, konfigurasi v(64,2,48,16,8)).

Utamane, sanajan tambahan modul lapisan tengah bisa nyebabake pamblokiran internal amarga konflik T-port, arsitektur sakabèhé isih bisa entuk kinerja sing dioptimalake liwat konfigurasi sing cocog.

Analisis biaya luwih nyoroti kaluwihan HMWC-OXC, kaya sing dituduhake ing gambar ing ngisor iki.

Gambar: Probabilitas Pamblokiran lan Biaya Arsitektur OXC sing Beda-beda

Ing skenario kapadhetan dhuwur kanthi 80 dawa gelombang/serat, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) bisa nyuda biaya nganti 40% dibandhingake karo Spanke-OXC tradisional. Ing skenario dawa gelombang endhek (contone, 50 dawa gelombang/serat), kauntungan biaya luwih signifikan amarga jumlah T-port sing dibutuhake suda (contone, v(64,2,36,4,64)).

Keuntungan ekonomi iki asale saka kombinasi kapadhetan port sing dhuwur saka saklar MEMS lan strategi ekspansi modular, sing ora mung ngindhari biaya panggantos WSS skala gedhe nanging uga nyuda biaya tambahan kanthi nggunakake maneh modul Spanke-OXC sing wis ana. Asil simulasi uga nuduhake manawa kanthi nyetel jumlah modul lapisan tengah lan rasio port-T, HMWC-OXC bisa kanthi fleksibel ngimbangi kinerja lan biaya ing konfigurasi kapasitas lan arah dawa gelombang sing beda-beda, nyedhiyakake kesempatan optimasi multi-dimensi kanggo operator.

Riset ing mangsa ngarep bisa njelajah luwih lanjut algoritma alokasi T-port dinamis kanggo ngoptimalake pemanfaatan sumber daya internal. Salajengipun, kanthi kemajuan ing proses manufaktur MEMS, integrasi switch dimensi sing luwih dhuwur bakal luwih ningkatake skalabilitas arsitektur iki. Kanggo operator jaringan optik, arsitektur iki cocog banget kanggo skenario kanthi pertumbuhan lalu lintas sing ora mesthi, nyedhiyakake solusi teknis praktis kanggo mbangun jaringan backbone kabeh-optik sing tahan banting lan bisa diskalakake.