OXC (optiline ristühendus) on ROADM-i (rekonfigureeritava optilise lisamis- ja tilkühendusmultiplekseri) edasiarendatud versioon.
Optiliste võrkude põhilülituse elemendina määravad optiliste ristühenduste (OXC-de) skaleeritavus ja kulutõhusus mitte ainult võrgutopoloogiate paindlikkust, vaid mõjutavad otseselt ka suuremahuliste optiliste võrkude ehitus-, käitamis- ja hoolduskulusid. Erinevat tüüpi OXC-del on arhitektuurilise disaini ja funktsionaalse teostuse osas olulisi erinevusi.
Allolev joonis illustreerib traditsioonilist CDC-OXC (värvitu suunata võistluseta optilise ristühenduse) arhitektuuri, mis kasutab lainepikkuse valikulisi lüliteid (WSS-e). Liini poolel toimivad 1 × N ja N × 1 WSS-i sisenemis-/väljundmoodulitena, samas kui M × K WSS-i lisamis-/langemispoolel haldavad lainepikkuste lisamist ja langetamist. Need moodulid on omavahel ühendatud optiliste kiudude abil OXC tagaplaadil.
Joonis: Traditsiooniline CDC-OXC arhitektuur
Seda saab saavutada ka põhiplaadi Spanke võrguks teisendamise teel, mille tulemuseks on meie Spanke-OXC arhitektuur.
Joonis: Spanke-OXC arhitektuur
Ülaltoodud joonis näitab, et liini poolel on OXC seotud kahte tüüpi portidega: suunatud portide ja kiudportidega. Iga suunatud port vastab OXC geograafilisele suunale võrgu topoloogias, samas kui iga kiudport esindab kahesuunaliste kiudude paari suunatud pordi sees. Suunatud port sisaldab mitut kahesuunalist kiupaari (st mitut kiudporti).
Kuigi Spanke-põhine OXC saavutab täielikult ühendatud tagaplaadi disaini abil rangelt mitteblokeeriva kommuteerimise, muutuvad selle piirangud võrguliikluse kasvuga üha olulisemaks. Kommertslike lainepikkuse selektiivsete lülitite (WSS) portide arvu piirang (näiteks praegune toetatav maksimum on 1×48 porti, nagu Finisari FlexGrid Twin 1×48) tähendab, et OXC mõõtmete laiendamine nõuab kogu riistvara väljavahetamist, mis on kulukas ja takistab olemasolevate seadmete taaskasutamist.
Isegi Clos-võrkudel põhineva kõrgmõõtmelise OXC-arhitektuuri korral tugineb see ikkagi kallitele M×N WSS-idele, mis raskendab järkjärguliste uuendusnõuete täitmist.
Selle probleemi lahendamiseks on teadlased pakkunud välja uudse hübriidarhitektuuri: HMWC-OXC (hübriid MEMS ja WSS Clos Network). Mikroelektromehaaniliste süsteemide (MEMS) ja WSS-i integreerimise abil säilitab see arhitektuur peaaegu mitteblokeeriva jõudluse, toetades samal ajal „maksa vastavalt kasvule” võimalusi, pakkudes optilise võrgu operaatoritele kulutõhusat uuendusvõimalust.
HMWC-OXC põhistruktuur seisneb selle kolmekihilises Clos-võrgu struktuuris.
Joonis: HMWC võrkudel põhinev Spanke-OXC arhitektuur
Sisend- ja väljundkihtides, näiteks praeguse tehnoloogia toetatavas 512×512 skaalas, on paigutatud suure mahutavusega portide kogumi moodustamiseks suure mõõtmetega MEMS-optilised lülitid. Keskmine kiht koosneb mitmest väiksemast Spanke-OXC moodulist, mis on omavahel ühendatud T-portide kaudu, et leevendada sisemist ummikuid.
Esialgses etapis saavad operaatorid infrastruktuuri ehitada olemasoleva Spanke-OXC baasil (nt 4×4 skaalal), paigutades lihtsalt MEMS-lüliteid (nt 32×32) sisend- ja väljundkihtidesse, säilitades samal ajal keskmises kihis ühe Spanke-OXC mooduli (antud juhul on T-portide arv null). Võrgu läbilaskevõime nõuete suurenedes lisatakse keskmisele kihile järk-järgult uusi Spanke-OXC mooduleid ja T-pordid konfigureeritakse moodulite ühendamiseks.
Näiteks kui keskmise kihi moodulite arvu suurendatakse ühelt kahele, seatakse T-portide arv üheks, suurendades kogumõõtu neljalt kuuele.
Joonis: HMWC-OXC näide
See protsess järgib parameetri piirangut M > N × (S − T), kus:
M on MEMS-portide arv,
N on vahekihi moodulite arv,
S on ühe Spanke-OXC portide arv ja
T on omavahel ühendatud portide arv.
Nende parameetrite dünaamilise reguleerimise abil saab HMWC-OXC toetada järkjärgulist laienemist esialgsest skaalast sihtmõõtmeni (nt 64×64) ilma kõiki riistvararessursse korraga asendamata.
Selle arhitektuuri tegeliku toimivuse kontrollimiseks viis uurimisrühm läbi simulatsioonikatseid, mis põhinesid dünaamilistel optilise tee taotlustel.
Joonis: HMWC võrgu blokeerimisjõudlus
Simulatsioon kasutab Erlangi liiklusmudelit, eeldades, et teenusetaotlused järgivad Poissoni jaotust ja teenuse ooteajad järgivad negatiivset eksponentsiaalset jaotust. Koguliikluse koormuseks on seatud 3100 Erlangi. OXC sihtmõõde on 64×64 ning sisend- ja väljundkihi MEMS-skaala on samuti 64×64. Keskmise kihi Spanke-OXC mooduli konfiguratsioonid hõlmavad 32×32 või 48×48 spetsifikatsiooni. T-portide arv jääb vahemikku 0 kuni 16, olenevalt stsenaariumi nõuetest.
Tulemused näitavad, et stsenaariumi korral, kus suunamõõde on D = 4, on HMWC-OXC blokeerimise tõenäosus lähedane traditsioonilise Spanke-OXC baasjoone omale (S(64,4)). Näiteks v(64,2,32,0,4) konfiguratsiooni kasutades suureneb blokeerimise tõenäosus mõõduka koormuse korral vaid umbes 5%. Kui suunamõõde suureneb D = 8-ni, suureneb blokeerimise tõenäosus nn. trunk-efekti ja kiudude pikkuse vähenemise tõttu igas suunas. Seda probleemi saab aga tõhusalt leevendada T-portide arvu suurendamisega (näiteks v(64,2,48,16,8) konfiguratsioon).
Märkimisväärne on see, et kuigi keskmise kihi moodulite lisamine võib T-pordi koormuse tõttu põhjustada sisemist blokeerimist, saab üldise arhitektuuri abil sobiva konfiguratsiooni abil siiski saavutada optimaalse jõudluse.
Kuluanalüüs toob veelgi esile HMWC-OXC eelised, nagu on näidatud alloleval joonisel.
Joonis: Erinevate OXC arhitektuuride blokeerimise tõenäosus ja maksumus
Suure tihedusega stsenaariumides, kus lainepikkus on 80 kiudu, võib HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) vähendada kulusid 40% võrreldes traditsioonilise Spanke-OXC-ga. Madala lainepikkusega stsenaariumides (nt 50 lainepikkust kiudu) on kulueelis veelgi olulisem tänu nõutavate T-portide väiksemale arvule (nt v(64,2,36,4,64)).
See majanduslik kasu tuleneb MEMS-lülitite suure portide tiheduse ja modulaarse laiendusstrateegia kombinatsioonist, mis mitte ainult ei väldi suuremahulise WSS-i asendamise kulusid, vaid vähendab ka lisakulusid olemasolevate Spanke-OXC moodulite taaskasutamise abil. Simulatsiooni tulemused näitavad ka, et vahekihi moodulite arvu ja T-portide suhte reguleerimise abil saab HMWC-OXC paindlikult tasakaalustada jõudlust ja kulusid erinevate lainepikkuste mahutavuse ja suuna konfiguratsioonide korral, pakkudes operaatoritele mitmemõõtmelisi optimeerimisvõimalusi.
Edasised uuringud saavad edasi uurida dünaamilisi T-portide eraldamise algoritme sisemiste ressursside kasutamise optimeerimiseks. Lisaks, tänu MEMS-i tootmisprotsesside arengule parandab kõrgema dimensiooniga lülitite integreerimine selle arhitektuuri skaleeritavust veelgi. Optiliste võrkude operaatorite jaoks sobib see arhitektuur eriti hästi ebakindla liikluse kasvuga stsenaariumide jaoks, pakkudes praktilist tehnilist lahendust vastupidava ja skaleeritava täisoptilise magistraalvõrgu loomiseks.
Postituse aeg: 21. august 2025