Az OXC (optikai keresztösszekötő) a ROADM (újrakonfigurálható optikai hozzáadó-leadó multiplexer) továbbfejlesztett változata.
Az optikai hálózatok központi kapcsolóelemeként az optikai keresztösszekötők (OXC-k) skálázhatósága és költséghatékonysága nemcsak a hálózati topológiák rugalmasságát határozza meg, hanem közvetlenül befolyásolja a nagyméretű optikai hálózatok építési, üzemeltetési és karbantartási költségeit is. A különböző típusú OXC-k jelentős különbségeket mutatnak az architektúra kialakításában és a funkcionális megvalósításban.
Az alábbi ábra egy hagyományos CDC-OXC (színtelen, irány nélküli, versenymentes optikai keresztösszekötő) architektúrát szemléltet, amely hullámhossz-szelektív kapcsolókat (WSS) használ. A vonali oldalon 1 × N és N × 1 WSS szolgál bemeneti/kimeneti modulként, míg az M × K WSS a hozzáadó/leadó oldalon kezeli a hullámhosszak hozzáadását és elvetését. Ezek a modulok optikai szálakon keresztül vannak összekapcsolva az OXC hátlapján belül.
Ábra: Hagyományos CDC-OXC architektúra
Ez úgy is elérhető, hogy a hátlapot Spanke hálózatra konvertáljuk, ami a Spanke-OXC architektúránkat eredményezi.
Ábra: Spanke-OXC architektúra
A fenti ábra azt mutatja, hogy a vonali oldalon az OXC kétféle porthoz kapcsolódik: irányított portokhoz és optikai portokhoz. Minden irányított port megfelel az OXC földrajzi irányának a hálózati topológiában, míg minden optikai port egy kétirányú szálpárt jelent az irányított porton belül. Egy irányított port több kétirányú szálpárt (azaz több optikai portot) tartalmaz.
Míg a Spanke-alapú OXC szigorúan blokkolásmentes kapcsolást valósít meg egy teljesen összekapcsolt hátlapi kialakításon keresztül, korlátai egyre jelentősebbé válnak a hálózati forgalom növekedésével. A kereskedelmi forgalomban kapható hullámhossz-szelektív kapcsolók (WSS-ek) portszám-korlátja (például a jelenleg támogatott maximális portok száma 1×48, mint például a Finisar FlexGrid Twin 1×48-as változata) azt jelenti, hogy az OXC dimenziójának bővítése az összes hardver cseréjét igényli, ami költséges és megakadályozza a meglévő berendezések újrafelhasználását.
Még egy Clos hálózatokon alapuló, nagy dimenziójú OXC architektúra esetén is drága M×N WSS-ekre támaszkodik, ami megnehezíti az inkrementális frissítési követelmények teljesítését.
A kihívás megoldására a kutatók egy új hibrid architektúrát javasoltak: a HMWC-OXC-t (Hybrid MEMS és WSS Clos Network). A mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS) és a WSS integrálásával ez az architektúra közel blokkolásmentes teljesítményt nyújt, miközben támogatja a „fizetés a növekedés mértékével” elvét, költséghatékony fejlesztési lehetőséget biztosítva az optikai hálózat üzemeltetői számára.
A HMWC-OXC magfelépítése a háromrétegű Clos hálózati struktúrában rejlik.
Ábra: HMWC hálózatokon alapuló Spanke-OXC architektúra
A bemeneti és kimeneti rétegekben nagy dimenziós MEMS optikai kapcsolókat helyeznek el, például a jelenlegi technológia által jelenleg támogatott 512×512-es skálát, így nagy kapacitású portkészletet alkotva. A középső réteg több kisebb Spanke-OXC modulból áll, amelyeket „T-portokon” keresztül kötnek össze a belső torlódások enyhítése érdekében.
A kezdeti fázisban az operátorok a meglévő Spanke-OXC (pl. 4×4 méretarányú) alapján építhetik ki az infrastruktúrát, egyszerűen MEMS kapcsolókat (pl. 32×32) telepítve a bemeneti és kimeneti rétegeken, miközben egyetlen Spanke-OXC modult megtartanak a középső rétegben (ebben az esetben a T-portok száma nulla). Ahogy a hálózati kapacitásigény növekszik, fokozatosan új Spanke-OXC modulokat adnak hozzá a középső réteghez, és a T-portokat úgy konfigurálják, hogy összekapcsolják a modulokat.
Például, ha a középső réteg moduljainak számát egyről kettőre bővítjük, a T-portok számát egyre állítjuk be, így a teljes méret négyről hatra nő.
Ábra: HMWC-OXC példa
Ez a folyamat az M > N × (S − T) paraméterfeltételt követi, ahol:
M a MEMS portok száma,
N a közbenső réteg moduljainak száma,
S a portok száma egyetlen Spanke-OXC-ben, és
T az összekapcsolt portok száma.
Ezen paraméterek dinamikus módosításával a HMWC-OXC képes támogatni a fokozatos bővítést egy kezdeti méretaránytól egy céldimenzióig (pl. 64×64) anélkül, hogy egyszerre le kellene cserélni az összes hardvererőforrást.
Az architektúra tényleges teljesítményének ellenőrzésére a kutatócsoport dinamikus optikai útvonalkéréseken alapuló szimulációs kísérleteket végzett.
Ábra: A HMWC hálózat blokkolási teljesítménye
A szimuláció egy Erlang forgalmi modellt használ, feltételezve, hogy a szolgáltatáskérelmek Poisson-eloszlást, a szolgáltatástartási idők pedig negatív exponenciális eloszlást követnek. A teljes forgalmi terhelés 3100 Erlangra van beállítva. A cél OXC dimenzió 64×64, a bemeneti és kimeneti réteg MEMS skálája szintén 64×64. A középső réteg Spanke-OXC modulkonfigurációi 32×32 vagy 48×48 specifikációkat tartalmaznak. A T-portok száma 0 és 16 között mozog a forgatókönyv követelményeitől függően.
Az eredmények azt mutatják, hogy a D = 4 iránydimenziójú forgatókönyvben a HMWC-OXC blokkolási valószínűsége közel van a hagyományos Spanke-OXC alapvonalhoz (S(64,4)). Például a v(64,2,32,0,4) konfiguráció használatával a blokkolási valószínűség mérsékelt terhelés mellett csak körülbelül 5%-kal nő. Amikor az iránydimenzió D = 8-ra nő, a blokkolási valószínűség a „törzshatás” és a szálhossz csökkenése miatt növekszik mindkét irányban. Ez a probléma azonban hatékonyan enyhíthető a T-portok számának növelésével (például a v(64,2,48,16,8) konfiguráció).
Figyelemre méltó, hogy bár a középső rétegű modulok hozzáadása belső blokkolást okozhat a T-portok versengése miatt, a teljes architektúra megfelelő konfigurációval továbbra is optimalizált teljesítményt érhet el.
A költségelemzés tovább emeli ki a HMWC-OXC előnyeit, amint az az alábbi ábrán is látható.
Ábra: Különböző OXC architektúrák blokkolási valószínűsége és költsége
Nagy sűrűségű, 80 hullámhosszú/szálas rendszerekben a HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) akár 40%-kal is csökkentheti a költségeket a hagyományos Spanke-OXC-hez képest. Alacsony hullámhosszú rendszerekben (pl. 50 hullámhossz/szál) a költségelőny még jelentősebb a szükséges T-portok számának csökkentése miatt (pl. v(64,2,36,4,64)).
Ez a gazdasági előny a MEMS kapcsolók nagy portsűrűségének és a moduláris bővítési stratégia kombinációjából fakad, amely nemcsak a nagyméretű WSS-csere költségeit kerüli el, hanem a meglévő Spanke-OXC modulok újrafelhasználásával csökkenti a többletköltségeket is. A szimulációs eredmények azt is mutatják, hogy a középső rétegű modulok számának és a T-portok arányának beállításával a HMWC-OXC rugalmasan egyensúlyozhatja a teljesítményt és a költségeket különböző hullámhossz-kapacitás és iránykonfigurációk esetén, többdimenziós optimalizálási lehetőségeket biztosítva az operátorok számára.
A jövőbeli kutatások tovább vizsgálhatják a dinamikus T-port kiosztási algoritmusokat a belső erőforrás-kihasználás optimalizálása érdekében. Továbbá, a MEMS gyártási folyamatok fejlődésével a nagyobb dimenziójú kapcsolók integrációja tovább javítja ennek az architektúrának a skálázhatóságát. Az optikai hálózat üzemeltetői számára ez az architektúra különösen alkalmas bizonytalan forgalomnövekedésű forgatókönyvekre, mivel gyakorlati műszaki megoldást kínál egy rugalmas és skálázható, teljesen optikai gerinchálózat kiépítésére.
Közzététel ideje: 2025. augusztus 21.