OXC (optiskais šķērssavienojums) ir ROADM (pārkonfigurējama optiskā pievienošanas-nomešanas multipleksora) attīstīta versija.
Kā optisko tīklu galvenais komutācijas elements, optisko šķērssavienojumu (OXC) mērogojamība un izmaksu efektivitāte ne tikai nosaka tīkla topoloģiju elastību, bet arī tieši ietekmē liela mēroga optisko tīklu būvniecības, ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas. Dažādiem OXC veidiem ir ievērojamas atšķirības arhitektūras dizainā un funkcionālajā ieviešanā.
Zemāk redzamajā attēlā ir parādīta tradicionāla CDC-OXC (bezkrāsas, bezvirziena un bezkonkurences optiskā šķērssavienojuma) arhitektūra, kas izmanto viļņa garuma selektīvos slēdžus (WSS). Līnijas pusē 1 × N un N × 1 WSS kalpo kā ieejas/izejas moduļi, savukārt M × K WSS pievienošanas/nomešanas pusē pārvalda viļņa garumu pievienošanu un nomešanu. Šie moduļi ir savstarpēji savienoti, izmantojot optiskās šķiedras OXC aizmugures plaknē.
Attēls: Tradicionālā CDC-OXC arhitektūra
To var panākt arī, pārveidojot aizmugures plakni par Spanke tīklu, kā rezultātā iegūstam mūsu Spanke-OXC arhitektūru.
Attēls: Spanke-OXC arhitektūra
Iepriekš redzamajā attēlā redzams, ka līnijas pusē OXC ir saistīts ar divu veidu pieslēgvietām: virziena pieslēgvietām un optiskās šķiedras pieslēgvietām. Katra virziena pieslēgvieta atbilst OXC ģeogrāfiskajam virzienam tīkla topoloģijā, savukārt katra optiskās šķiedras pieslēgvieta apzīmē divvirzienu šķiedru pāri virziena pieslēgvietā. Virziena pieslēgvieta satur vairākus divvirzienu šķiedru pārus (t. i., vairākas optiskās šķiedras pieslēgvietas).
Lai gan uz Spanke bāzes veidotais OXC panāk stingri nebloķējošu komutāciju, izmantojot pilnībā savstarpēji savienotu aizmugures plates dizainu, tā ierobežojumi kļūst arvien nozīmīgāki, pieaugot tīkla datplūsmai. Komerciālo viļņa garuma selektīvo slēdžu (WSS) portu skaita ierobežojums (piemēram, pašreizējais atbalstītais maksimums ir 1×48 porti, piemēram, Finisar FlexGrid Twin 1×48) nozīmē, ka OXC dimensiju paplašināšanai ir jānomaina visa aparatūra, kas ir dārgi un neļauj atkārtoti izmantot esošo aprīkojumu.
Pat ar augstas dimensijas OXC arhitektūru, kuras pamatā ir Clos tīkli, tā joprojām izmanto dārgus M×N bezvadu sakaru tīklus (WSS), apgrūtinot pakāpeniskas jaunināšanas prasību izpildi.
Lai risinātu šo problēmu, pētnieki ir ierosinājuši jaunu hibrīda arhitektūru: HMWC-OXC (hibrīds MEMS un WSS slēgtais tīkls). Integrējot mikroelektromehāniskās sistēmas (MEMS) un WSS, šī arhitektūra saglabā gandrīz nebloķējošu veiktspēju, vienlaikus atbalstot "maksā, kad izaug" iespējas, nodrošinot optisko tīklu operatoriem rentablu jaunināšanas ceļu.
HMWC-OXC pamatkonstrukcija ir tā trīsslāņu Clos tīkla struktūra.
Attēls: Spanke-OXC arhitektūra, kuras pamatā ir HMWC tīkli
Ieejas un izejas slāņos ir izvietoti augstas dimensijas MEMS optiskie slēdži, piemēram, 512 × 512 mērogs, ko pašlaik atbalsta pašreizējās tehnoloģijas, lai izveidotu lielas ietilpības portu pūlu. Vidējais slānis sastāv no vairākiem mazākiem Spanke-OXC moduļiem, kas savstarpēji savienoti, izmantojot “T-portus”, lai mazinātu iekšējo pārslodzi.
Sākotnējā fāzē operatori var veidot infrastruktūru, pamatojoties uz esošo Spanke-OXC (piemēram, 4×4 mērogā), vienkārši izvietojot MEMS slēdžus (piemēram, 32×32) ieejas un izejas slāņos, vienlaikus saglabājot vienu Spanke-OXC moduli vidējā slānī (šajā gadījumā T-portu skaits ir nulle). Pieaugot tīkla jaudas prasībām, vidējam slānim pakāpeniski tiek pievienoti jauni Spanke-OXC moduļi, un T-porti tiek konfigurēti moduļu savienošanai.
Piemēram, paplašinot vidējā slāņa moduļu skaitu no viena uz diviem, T-portu skaits tiek iestatīts uz vienu, palielinot kopējo izmēru no četriem līdz sešiem.
Attēls: HMWC-OXC piemērs
Šis process atbilst parametra ierobežojumam M > N × (S − T), kur:
M ir MEMS pieslēgvietu skaits,
N ir starpslāņa moduļu skaits,
S ir pieslēgvietu skaits vienā Spanke-OXC, un
T ir savstarpēji savienoto pieslēgvietu skaits.
Dinamiski pielāgojot šos parametrus, HMWC-OXC var atbalstīt pakāpenisku paplašināšanu no sākotnējā mēroga līdz mērķa izmēram (piemēram, 64 × 64), neaizstājot visus aparatūras resursus vienlaikus.
Lai pārbaudītu šīs arhitektūras faktisko veiktspēju, pētnieku komanda veica simulācijas eksperimentus, kuru pamatā bija dinamiski optiskā ceļa pieprasījumi.
Attēls: HMWC tīkla bloķēšanas veiktspēja
Simulācijā tiek izmantots Erlanga datplūsmas modelis, pieņemot, ka pakalpojumu pieprasījumi atbilst Puasona sadalījumam un pakalpojumu aiztures laiki atbilst negatīvam eksponenciālam sadalījumam. Kopējā datplūsmas slodze ir iestatīta uz 3100 Erlangiem. Mērķa OXC dimensija ir 64 × 64, un ieejas un izejas slāņa MEMS mērogs arī ir 64 × 64. Vidējā slāņa Spanke-OXC moduļa konfigurācijas ietver 32 × 32 vai 48 × 48 specifikācijas. T-portu skaits svārstās no 0 līdz 16 atkarībā no scenārija prasībām.
Rezultāti rāda, ka scenārijā ar virziena dimensiju D = 4 HMWC-OXC bloķēšanas varbūtība ir tuvu tradicionālās Spanke-OXC bāzes līnijas varbūtībai (S(64,4)). Piemēram, izmantojot v(64,2,32,0,4) konfigurāciju, bloķēšanas varbūtība mērenas slodzes gadījumā palielinās tikai par aptuveni 5%. Kad virziena dimensija palielinās līdz D = 8, bloķēšanas varbūtība palielinās “stumbra efekta” un šķiedras garuma samazināšanās dēļ katrā virzienā. Tomēr šo problēmu var efektīvi mazināt, palielinot T-portu skaitu (piemēram, v(64,2,48,16,8) konfigurācija).
Jāatzīmē, ka, lai gan vidējā slāņa moduļu pievienošana var izraisīt iekšēju bloķēšanu T-porta konkurences dēļ, kopējā arhitektūra joprojām var sasniegt optimizētu veiktspēju, izmantojot atbilstošu konfigurāciju.
Izmaksu analīze vēl vairāk izceļ HMWC-OXC priekšrocības, kā parādīts attēlā zemāk.
Attēls: Dažādu OXC arhitektūru bloķēšanas varbūtība un izmaksas
Augsta blīvuma scenārijos ar 80 viļņu garumiem/šķiedra HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) var samazināt izmaksas par 40 % salīdzinājumā ar tradicionālo Spanke-OXC. Zema viļņu garuma scenārijos (piemēram, 50 viļņu garumi/šķiedra) izmaksu priekšrocība ir vēl nozīmīgāka, pateicoties samazinātam nepieciešamo T-portu skaitam (piemēram, v(64,2,36,4,64)).
Šis ekonomiskais ieguvums izriet no MEMS slēdžu augstā portu blīvuma un modulāras paplašināšanas stratēģijas apvienojuma, kas ne tikai ļauj izvairīties no liela mēroga WSS nomaiņas izmaksām, bet arī samazina papildu izmaksas, atkārtoti izmantojot esošos Spanke-OXC moduļus. Simulācijas rezultāti arī parāda, ka, pielāgojot vidējā slāņa moduļu skaitu un T-portu attiecību, HMWC-OXC var elastīgi līdzsvarot veiktspēju un izmaksas dažādās viļņu garuma ietilpības un virziena konfigurācijās, nodrošinot operatoriem daudzdimensionālas optimizācijas iespējas.
Turpmākajos pētījumos var sīkāk izpētīt dinamiskos T-portu piešķiršanas algoritmus, lai optimizētu iekšējo resursu izmantošanu. Turklāt, attīstoties MEMS ražošanas procesiem, augstākas dimensijas slēdžu integrācija vēl vairāk uzlabos šīs arhitektūras mērogojamību. Optisko tīklu operatoriem šī arhitektūra ir īpaši piemērota scenārijiem ar nenoteiktu datplūsmas pieaugumu, nodrošinot praktisku tehnisku risinājumu noturīga un mērogojama pilnībā optiskā mugurkaula tīkla izveidei.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 21. augusts