Teknolohikal nga Ebolusyon sa Optical Cross-Connect (OXC)

Ang OXC (optical cross-connect) usa ka evolved nga bersyon sa ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer).

Isip kinauyokan nga elemento sa switching sa optical networks, ang scalability ug cost-effectiveness sa optical cross-connects (OXCs) dili lamang magdeterminar sa flexibility sa mga topologies sa network kondili direkta usab nga makaapekto sa construction ug operation ug maintenance cost sa large-scale optical networks. Ang lain-laing mga matang sa OXCs nagpakita sa mahinungdanong mga kalainan sa disenyo sa arkitektura ug functional nga pagpatuman.

Ang numero sa ubos naghulagway sa tradisyonal nga CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) nga arkitektura, nga naggamit sa wavelength selective switch (WSSs). Sa kilid sa linya, ang 1 × N ug N × 1 WSSs nagsilbing ingress/egress modules, samtang ang M × K WSSs sa add/drop side nagdumala sa pagdugang ug drop sa wavelengths. Kini nga mga module konektado pinaagi sa optical fibers sulod sa OXC backplane.

Hulagway: Tradisyonal nga CDC-OXC Architecture

Mahimo usab kini nga makab-ot pinaagi sa pag-convert sa backplane ngadto sa Spanke network, nga moresulta sa among Spanke-OXC nga arkitektura.

Hulagway: Spanke-OXC Architecture

Ang numero sa ibabaw nagpakita nga sa kilid sa linya, ang OXC nalangkit sa duha ka matang sa mga pantalan: direksyon nga mga pantalan ug mga lanot nga pantalan. Ang matag direksyon nga pantalan katumbas sa geographic nga direksyon sa OXC sa network topology, samtang ang matag fiber port nagrepresentar sa usa ka parisan sa bidirectional fibers sulod sa direksyon nga pantalan. Ang direksyon nga pantalan adunay daghang mga pares nga bidirectional fiber (ie, daghang mga pantalan sa fiber).

Samtang ang OXC nga nakabase sa Spanke nakab-ot ang estrikto nga dili pag-block nga pagbalhin pinaagi sa usa ka hingpit nga interconnected nga disenyo sa backplane, ang mga limitasyon niini nahimong labi ka hinungdanon samtang ang trapiko sa network nagdagan. Ang limitasyon sa port count sa commercial wavelength selective switch (WSSs) (pananglitan, ang kasamtangang maximum nga gisuportahan mao ang 1 × 48 nga mga pantalan, sama sa Finisar's FlexGrid Twin 1 × 48) nagpasabot nga ang pagpalapad sa OXC nga dimensyon nagkinahanglan sa pag-ilis sa tanang hardware, nga mahal ug makapugong sa paggamit pag-usab sa kasamtangan nga kagamitan.

Bisan sa usa ka high-dimensional nga arkitektura sa OXC nga gibase sa mga network sa Clos, nagsalig gihapon kini sa mga mahal nga M×N WSS, nga nagpalisud sa pagtagbo sa mga kinahanglanon sa pag-upgrade.

Aron matubag kini nga hagit, ang mga tigdukiduki nagsugyot og usa ka nobela nga hybrid nga arkitektura: HMWC-OXC (Hybrid MEMS ug WSS Clos Network). Pinaagi sa pag-integrate sa mga microelectromechanical system (MEMS) ug WSS, kini nga arkitektura nagmintinar sa hapit-nonblocking nga performance samtang nagsuporta sa "pay-as-you-grow" nga mga kapabilidad, nga naghatag og cost-effective nga upgrade nga dalan alang sa optical network operators.

Ang kinauyokan nga disenyo sa HMWC-OXC naa sa tulo-ka-layer nga istruktura sa network nga Clos.

Hulagway: Spanke-OXC Architecture Base sa HMWC Networks

Ang mga high-dimensional nga MEMS optical switch gipakatap sa input ug output layer, sama sa 512 × 512 nga sukdanan nga karon gisuportahan sa kasamtangan nga teknolohiya, aron mahimong usa ka dako nga kapasidad nga port pool. Ang tunga nga layer naglangkob sa daghang gagmay nga mga module sa Spanke-OXC, nga konektado pinaagi sa "T-ports" aron mahupay ang sulud sa sulud.

Sa inisyal nga hugna, ang mga operator makahimo sa pagtukod sa imprastraktura base sa kasamtangan nga Spanke-OXC (pananglitan, 4 × 4 nga sukdanan), yano nga pag-deploy sa mga switch sa MEMS (eg, 32 × 32) sa input ug output layer, samtang nagpabilin ang usa ka Spanke-OXC module sa tunga nga layer (sa kini nga kaso, ang gidaghanon sa T-ports zero). Samtang nagkadako ang mga kinahanglanon sa kapasidad sa network, ang bag-ong mga module sa Spanke-OXC hinayhinay nga gidugang sa tunga nga layer, ug ang mga T-port gi-configure aron makonektar ang mga module.

Pananglitan, sa pagpalapad sa gidaghanon sa tunga-tunga nga layer modules gikan sa usa ngadto sa duha, ang gidaghanon sa mga T-ports gibutang sa usa, sa pagdugang sa kinatibuk-ang dimensyon gikan sa upat ngadto sa unom.

Hulagway: Ehemplo sa HMWC-OXC

Kini nga proseso nagsunod sa parameter nga limitasyon M > N × (S − T), diin:

Ang M mao ang gidaghanon sa mga pantalan sa MEMS,
N mao ang gidaghanon sa intermediate layer modules,
S mao ang gidaghanon sa mga pantalan sa usa ka Spanke-OXC, ug
Ang T mao ang gidaghanon sa nagkadugtong nga mga pantalan.

Pinaagi sa dinamikong pag-adjust niini nga mga parameter, ang HMWC-OXC makasuporta sa anam-anam nga pagpalapad gikan sa usa ka inisyal nga sukdanan ngadto sa usa ka target nga dimensyon (pananglitan, 64 × 64) nga walay pag-ilis sa tanang kahinguhaan sa hardware sa makausa.

Aron mapamatud-an ang aktuwal nga pasundayag niini nga arkitektura, ang research team nagpahigayon ug simulation experiments base sa dynamic nga optical path requests.

Hulagway: Pag-block sa Performance sa HMWC Network

Ang simulation naggamit ug Erlang nga modelo sa trapiko, nga nag-ingon nga ang mga hangyo sa serbisyo nagsunod sa usa ka Poisson distribution ug ang mga oras sa pagpugong sa serbisyo nagsunod sa negatibo nga exponential distribution. Ang kinatibuk-ang karga sa trapiko gitakda sa 3100 ka Erlang. Ang target nga OXC nga dimensyon mao ang 64 × 64, ug ang input ug output layer MEMS scale usab 64 × 64. Ang tunga-tunga nga layer Spanke-OXC module configurations naglakip sa 32 × 32 o 48 × 48 specifications. Ang gidaghanon sa mga T-port gikan sa 0 hangtod 16 depende sa mga kinahanglanon sa senaryo.

Ang mga resulta nagpakita nga, sa senaryo nga adunay direksyon nga dimensyon sa D = 4, ang blocking probability sa HMWC-OXC duol sa tradisyonal nga Spanke-OXC baseline (S(64,4)). Pananglitan, gamit ang v(64,2,32,0,4) configuration, ang blocking probability mosaka lamang ug 5% ubos sa kasarangang load. Sa diha nga ang direksyon nga dimensyon mosaka ngadto sa D = 8, ang blocking probability motaas tungod sa "trunk effect" ug ang pagkunhod sa fiber length sa matag direksyon. Bisan pa, kini nga isyu mahimong epektibo nga mahupay pinaagi sa pagdugang sa gidaghanon sa mga T-port (pananglitan, ang v(64,2,48,16,8) nga pagsumpo).

Ilabi na, bisan kung ang pagdugang sa mga mid-layer nga mga module mahimong hinungdan sa internal nga pagbabag tungod sa panagbingkil sa T-port, ang kinatibuk-ang arkitektura mahimo gihapon nga makab-ot ang na-optimize nga pasundayag pinaagi sa angay nga pagsumpo.

Ang usa ka pagtuki sa gasto dugang nga nagpasiugda sa mga bentaha sa HMWC-OXC, ingon sa gipakita sa numero sa ubos.

Figure: Pag-block sa Probability ug Gasto sa Lainlaing OXC Architectures

Sa high-density scenario nga adunay 80 wavelengths/fiber, ang HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) makapakunhod sa gasto sa 40% kumpara sa tradisyonal nga Spanke-OXC. Sa low-wavelength nga mga senaryo (pananglitan, 50 wavelengths/fiber), ang gasto nga bentaha mas mahinungdanon tungod sa pagkunhod sa gidaghanon sa gikinahanglan nga T-ports (eg, v(64,2,36,4,64)).

Kini nga benepisyo sa ekonomiya naggikan sa kombinasyon sa taas nga densidad sa pantalan sa mga switch sa MEMS ug usa ka modular nga estratehiya sa pagpalapad, nga dili lamang makalikay sa gasto sa dako nga pagpuli sa WSS apan makapamenos usab sa mga incremental nga gasto pinaagi sa paggamit pag-usab sa kasamtangan nga Spanke-OXC modules. Ang mga resulta sa simulation nagpakita usab nga pinaagi sa pag-adjust sa gidaghanon sa mid-layer modules ug sa ratio sa T-ports, ang HMWC-OXC mahimo nga flexible nga balansehon ang performance ug gasto ubos sa lain-laing wavelength nga kapasidad ug mga configuration sa direksyon, nga naghatag sa mga operator og multi-dimensional nga mga oportunidad sa pag-optimize.

Ang umaabot nga panukiduki mahimong dugang nga pagsusi sa dinamikong T-port allocation algorithm aron ma-optimize ang internal nga paggamit sa kapanguhaan. Dugang pa, sa mga pag-uswag sa mga proseso sa paggama sa MEMS, ang paghiusa sa mga switch nga mas taas nga dimensyon labi pa nga makapauswag sa pagkadako sa kini nga arkitektura. Alang sa mga optical network operator, kini nga arkitektura labi nga angay alang sa mga senaryo nga adunay dili sigurado nga pagtubo sa trapiko, nga naghatag usa ka praktikal nga teknikal nga solusyon alang sa pagtukod sa usa ka lig-on ug scalable nga all-optical backbone network.