Teknolohikal nga Ebolusyon sa Optical Cross-Connect (OXC)

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

Isip kinauyokan nga elemento sa switching sa mga optical network, ang scalability ug cost-effectiveness sa optical cross-connects (OXCs) dili lamang ang nagtino sa pagka-flexible sa mga topolohiya sa network apan direktang makaapekto usab sa gasto sa konstruksyon, operasyon, ug pagmentinar sa dagkong mga optical network. Ang lainlaing mga klase sa OXC nagpakita og dakong kalainan sa disenyo sa arkitektura ug functional implementation.

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

Hulagway: Tradisyonal nga Arkitektura sa CDC-OXC

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

Hulagway: Arkitektura sa Spanke-OXC

Ang hulagway sa ibabaw nagpakita nga sa linya nga bahin, ang OXC nalangkit sa duha ka klase sa port: mga directional port ug mga fiber port. Ang matag directional port katumbas sa heyograpikanhong direksyon sa OXC sa topolohiya sa network, samtang ang matag fiber port nagrepresentar sa usa ka pares sa bidirectional fibers sulod sa directional port. Ang usa ka directional port adunay daghang bidirectional fiber pairs (pananglitan, daghang fiber port).

Samtang ang Spanke-based OXC nakab-ot ang estrikto nga non-blocking switching pinaagi sa usa ka hingpit nga interconnected backplane design, ang mga limitasyon niini nahimong mas dako samtang motaas ang trapiko sa network. Ang limitasyon sa port count sa commercial wavelength selective switches (WSSs) (pananglitan, ang kasamtangang maximum nga gisuportahan kay 1×48 ports, sama sa Finisar's FlexGrid Twin 1×48) nagpasabot nga ang pagpalapad sa OXC dimension nagkinahanglan og pag-ilis sa tanang hardware, nga mahal ug makapugong sa paggamit pag-usab sa kasamtangang kagamitan.

Bisan pa sa high-dimensional nga OXC architecture nga gibase sa Clos networks, nagsalig gihapon kini sa mahal nga M×N WSSs, nga nagpalisod sa pagkab-ot sa mga kinahanglanon sa incremental upgrade.

Aron matubag kini nga hagit, ang mga tigdukiduki nagsugyot og usa ka nobela nga hybrid architecture: HMWC-OXC (Hybrid MEMS ug WSS Clos Network). Pinaagi sa paghiusa sa mga microelectromechanical system (MEMS) ug WSS, kini nga arkitektura nagmintinar sa hapit-dili-blocking nga performance samtang nagsuporta sa mga kapabilidad nga "pay-as-you-grow", nga naghatag og barato nga agianan sa pag-upgrade para sa mga optical network operator.

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

Hulagway: Arkitektura sa Spanke-OXC nga Gibase sa mga Network sa HMWC

Ang mga high-dimensional MEMS optical switch gibutang sa input ug output layers, sama sa 512×512 scale nga gisuportahan karon sa kasamtangang teknolohiya, aron maporma ang usa ka large-capacity port pool. Ang tunga nga layer gilangkoban sa daghang gagmay nga Spanke-OXC modules, nga konektado pinaagi sa "T-ports" aron maibanan ang internal congestion.

Sa inisyal nga hugna, ang mga operator makahimo sa pagtukod sa imprastraktura base sa kasamtangang Spanke-OXC (pananglitan, 4×4 scale), pinaagi lang sa pag-deploy sa MEMS switches (pananglitan, 32×32) sa input ug output layers, samtang gipabilin ang usa ka Spanke-OXC module sa tunga nga layer (sa kini nga kaso, ang gidaghanon sa mga T-port kay zero). Samtang nagkataas ang mga kinahanglanon sa kapasidad sa network, ang bag-ong mga Spanke-OXC module hinay-hinay nga gidugang sa tunga nga layer, ug ang mga T-port gi-configure aron magkonektar sa mga module.

Pananglitan, kon palapdan ang gidaghanon sa mga middle layer modules gikan sa usa ngadto sa duha, ang gidaghanon sa mga T-ports ibutang sa usa, nga mopataas sa kinatibuk-ang dimensyon gikan sa upat ngadto sa unom.

Hulagway: Ehemplo sa HMWC-OXC

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

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

Pinaagi sa dinamikong pag-adjust niining mga parameter, ang HMWC-OXC makasuporta sa hinay-hinay nga pagpalapad gikan sa inisyal nga sukod ngadto sa target nga dimensyon (pananglitan, 64×64) nga dili dayon ilisan ang tanang hardware resources.

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

Hulagway: Pag-block sa Pagganap sa HMWC Network

Ang simulation migamit og Erlang traffic model, kon ang mga service request mosunod sa Poisson distribution ug ang service hold times mosunod sa negative exponential distribution. Ang kinatibuk-ang traffic load gitakda sa 3100 Erlangs. Ang target nga OXC dimension kay 64×64, ug ang input ug output layer MEMS scale kay 64×64 usab. Ang middle layer Spanke-OXC module configurations naglakip sa 32×32 o 48×48 specifications. Ang gidaghanon sa T-ports gikan sa 0 hangtod 16 depende sa scenario requirements.

Ang mga resulta nagpakita nga, sa senaryo nga adunay directional dimension nga 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 motaas lang og gibana-bana nga 5% ubos sa kasarangan nga load. Kung ang directional dimension motaas ngadto sa D = 8, ang blocking probability motaas tungod sa "trunk effect" ug sa pagkunhod sa fiber length sa matag direksyon. Bisan pa, kini nga isyu mahimong epektibong mahupay pinaagi sa pagdugang sa gidaghanon sa mga T-port (pananglitan, ang v(64,2,48,16,8) configuration).

Ilabi na, bisan kung ang pagdugang sa mga mid-layer module mahimong hinungdan sa internal blocking tungod sa T-port contention, ang kinatibuk-ang arkitektura makab-ot gihapon ang na-optimize nga performance pinaagi sa angay nga configuration.

Ang pagtuki sa gasto dugang nga nagpasiugda sa mga bentaha sa HMWC-OXC, sama sa gipakita sa hulagway sa ubos.

Hulagway: Probabilidad sa Pagbabag ug Gasto sa Nagkalainlaing Arkitektura sa OXC

Sa mga senaryo nga taas og densidad nga adunay 80 ka wavelength/fiber, ang HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) makapakunhod sa gasto og 40% kon itandi sa tradisyonal nga Spanke-OXC. Sa mga senaryo nga ubos og wavelength (pananglitan, 50 ka wavelength/fiber), ang bentaha sa gasto mas dako pa tungod sa pagkunhod sa gidaghanon sa gikinahanglan nga mga T-port (pananglitan, v(64,2,36,4,64)).

Kining ekonomikanhong benepisyo naggikan sa kombinasyon sa taas nga densidad sa port sa mga MEMS switch ug usa ka modular expansion strategy, nga dili lang makalikay sa gasto sa dagkong pag-ilis sa WSS apan makapakunhod usab sa dugang nga gasto pinaagi sa paggamit pag-usab sa kasamtangang Spanke-OXC modules. Ang mga resulta sa simulation nagpakita usab nga pinaagi sa pag-adjust sa gidaghanon sa mga mid-layer modules ug sa ratio sa mga T-port, ang HMWC-OXC mahimong flexible nga magbalanse sa performance ug gasto ubos sa lain-laing wavelength capacity ug direction configurations, nga naghatag sa mga operator og mga oportunidad sa multi-dimensional optimization.

Ang umaabot nga panukiduki mahimong mas mosusi sa dinamikong mga algorithm sa pag-allocate sa T-port aron ma-optimize ang internal resource utilization. Dugang pa, uban sa mga pag-uswag sa mga proseso sa paggama sa MEMS, ang paghiusa sa mga higher-dimensional switches makapauswag pa sa scalability niini 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 og usa ka lig-on ug scalable nga all-optical backbone network.