OXC (оптикалық кросс-коннект) - ROADM (қайта конфигурацияланатын оптикалық қосу-тамшы мультиплексоры) дамыған нұсқасы.
Оптикалық желілердің негізгі коммутациялық элементі ретінде оптикалық кросс-коннекттердің (OXCs) ауқымдылығы мен үнемділігі желі топологияларының икемділігін анықтап қана қоймайды, сонымен қатар кең ауқымды оптикалық желілерді салу және пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарына тікелей әсер етеді. OXC-тің әртүрлі түрлері архитектуралық дизайнда және функционалды жүзеге асыруда айтарлықтай айырмашылықтарды көрсетеді.
Төмендегі суретте толқын ұзындығын таңдайтын қосқыштарды (WSSs) пайдаланатын дәстүрлі CDC-OXC (Түссіз бағытсыз контентивті оптикалық айқаспалы байланыс) архитектурасы көрсетілген. Сызық жағында 1 × N және N × 1 WSS кіру/шығу модульдері ретінде қызмет етеді, ал қосу/шығу жағындағы M × K WSS толқын ұзындығын қосу және азайтуды басқарады. Бұл модульдер OXC артқы панеліндегі оптикалық талшықтар арқылы өзара байланысқан.
Сурет: CDC-OXC дәстүрлі архитектурасы
Бұған артқы панельді Spanke желісіне түрлендіру арқылы да қол жеткізуге болады, нәтижесінде Spanke-OXC архитектурасы пайда болады.
Сурет: Spanke-OXC архитектурасы
Жоғарыдағы сурет желі жағында OXC порттардың екі түрімен байланысты екенін көрсетеді: бағытталған порттар және талшық порттары. Әрбір бағытталған порт желі топологиясындағы OXC географиялық бағытына сәйкес келеді, ал әрбір талшықты порт бағытталған порт ішіндегі екі жақты талшықтардың жұбын білдіреді. Бағытталған портта бірнеше екі бағытты талшықтар жұптары бар (яғни, бірнеше талшық порттары).
Spanke негізіндегі OXC толығымен өзара байланысты артқы панель дизайны арқылы қатаң блоктамайтын коммутацияға қол жеткізгенімен, оның шектеулері желілік трафиктің өсуіне қарай маңызды бола түседі. Коммерциялық толқын ұзындығы таңдаулы қосқыштарының (WSSs) порттар санының шегі (мысалы, ағымдағы максималды қолдау көрсетілетін 1×48 порт, мысалы, Finisar's FlexGrid Twin 1×48) OXC өлшемін кеңейту барлық жабдықты ауыстыруды қажет ететінін білдіреді, бұл қымбатқа түседі және бар жабдықты қайта пайдалануға жол бермейді.
Clos желілеріне негізделген жоғары өлшемді OXC архитектурасына қарамастан, ол әлі де қымбат M×N WSS құрылғыларына сүйенеді, бұл қосымша жаңарту талаптарын қанағаттандыруды қиындатады.
Бұл мәселені шешу үшін зерттеушілер жаңа гибридті архитектураны ұсынды: HMWC-OXC (Hybrid MEMS және WSS Clos Network). Микроэлектромеханикалық жүйелерді (MEMS) және WSS біріктіре отырып, бұл архитектура оптикалық желі операторлары үшін үнемді жаңарту жолын қамтамасыз ете отырып, «өскен сайын төле» мүмкіндіктерін қолдай отырып, бұғаттамайтын өнімділікті сақтайды.
HMWC-OXC негізгі дизайны оның үш қабатты Clos желі құрылымында жатыр.
Сурет: HMWC желілеріне негізделген Spanke-OXC архитектурасы
Жоғары өлшемді MEMS оптикалық қосқыштары үлкен сыйымдылықты порт пулын қалыптастыру үшін қазіргі уақытта ағымдағы технология қолдайтын 512×512 масштабы сияқты кіріс және шығыс қабаттарында орналастырылған. Ортаңғы қабат ішкі кептелістерді жеңілдету үшін «T-порттары» арқылы өзара қосылған бірнеше кішігірім Spanke-OXC модульдерінен тұрады.
Бастапқы кезеңде операторлар ортаңғы қабатта бір Spanke-OXC модулін сақтай отырып, MEMS қосқыштарын (мысалы, 32×32) жай ғана орналастырып, қолданыстағы Spanke-OXC (мысалы, 4×4 масштабы) негізінде инфрақұрылымды құра алады (бұл жағдайда T-порттарының саны z). Желінің сыйымдылығына қойылатын талаптар артқан сайын ортаңғы қабатқа жаңа Spanke-OXC модульдері біртіндеп қосылады және модульдерді қосу үшін T-порттары конфигурацияланады.
Мысалы, ортаңғы қабат модульдерінің санын бірден екіге дейін кеңейту кезінде T-порттарының саны бірге орнатылып, жалпы өлшемді төрттен алтыға дейін арттырады.
Сурет: HMWC-OXC мысалы
Бұл процесс M > N × (S − T) параметр шектеуі бойынша жүреді, мұнда:
M - MEMS порттарының саны,
N - аралық қабат модульдерінің саны,
S - бір Spanke-OXC порттарының саны және
T - өзара байланысты порттар саны.
Осы параметрлерді динамикалық реттеу арқылы HMWC-OXC барлық аппараттық ресурстарды бірден ауыстырмай бастапқы масштабтан мақсатты өлшемге (мысалы, 64×64) біртіндеп кеңейтуді қолдай алады.
Осы архитектураның нақты өнімділігін тексеру үшін зерттеу тобы динамикалық оптикалық жол сұрауларына негізделген модельдеу эксперименттерін жүргізді.
Сурет: HMWC желісінің блоктау өнімділігі
Модельдеу Erlang трафик моделін пайдаланады, егер қызмет сұраулары Пуассон үлестіріміне сәйкес келеді және қызметті ұстау уақыты теріс экспоненциалды үлестірімге сәйкес келеді. Жалпы трафик жүктемесі 3100 Erlangs деп белгіленген. Мақсатты OXC өлшемі 64×64, кіріс және шығыс қабатының MEMS шкаласы да 64×64. Ортаңғы қабат Spanke-OXC модулінің конфигурацияларына 32×32 немесе 48×48 спецификациялары кіреді. T-порттарының саны сценарий талаптарына байланысты 0-ден 16-ға дейін ауытқиды.
Нәтижелер D = 4 бағытты өлшемі бар сценарийде HMWC-OXC блоктау ықтималдығы дәстүрлі Spanke-OXC бастапқы деңгейіне жақын екенін көрсетеді (S(64,4)). Мысалы, v(64,2,32,0,4) конфигурациясын пайдаланып, қалыпты жүктеме кезінде блоктау ықтималдығы шамамен 5%-ға ғана артады. Бағыт өлшемі D = 8-ге дейін ұлғайған кезде блоктау ықтималдығы «магистральдық әсерге» және әрбір бағытта талшық ұзындығының азаюына байланысты артады. Дегенмен, бұл мәселені T-порттарының санын көбейту арқылы тиімді түрде жеңілдетуге болады (мысалы, v(64,2,48,16,8) конфигурациясы).
Айта кету керек, ортаңғы деңгейлі модульдерді қосу T-порттық қайшылыққа байланысты ішкі блоктауды тудыруы мүмкін болса да, жалпы архитектура әлі де сәйкес конфигурация арқылы оңтайландырылған өнімділікке қол жеткізе алады.
Шығындарды талдау төмендегі суретте көрсетілгендей, HMWC-OXC артықшылықтарын одан әрі көрсетеді.
Сурет: Әртүрлі OXC архитектураларының блоктау ықтималдығы мен құны
80 толқын ұзындығы/талшықты тығыздығы жоғары сценарийлерде HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) дәстүрлі Spanke-OXC салыстырғанда шығындарды 40%-ға азайта алады. Төмен толқын ұзындығы сценарийлерінде (мысалы, 50 толқын ұзындығы/талшық), талап етілетін T-порттарының санының азаюына байланысты шығындардың артықшылығы одан да маңыздырақ болады (мысалы, v(64,2,36,4,64)).
Бұл экономикалық пайда MEMS коммутаторларының жоғары порт тығыздығы мен модульдік кеңейту стратегиясының үйлесімінен туындайды, бұл кең ауқымды WSS ауыстыру шығындарын болдырмайды, сонымен қатар бар Spanke-OXC модульдерін қайта пайдалану арқылы қосымша шығындарды азайтады. Модельдеу нәтижелері сонымен қатар орташа деңгейлі модульдердің санын және T-порттарының арақатынасын реттеу арқылы HMWC-OXC әртүрлі толқын ұзындығының сыйымдылығы мен бағыты конфигурацияларында өнімділік пен шығындарды икемді түрде теңестіре алатынын көрсетеді, бұл операторларға көп өлшемді оңтайландыру мүмкіндіктерін береді.
Болашақ зерттеулер ішкі ресурстарды пайдалануды оңтайландыру үшін динамикалық T-портты бөлу алгоритмдерін одан әрі зерттей алады. Сонымен қатар, MEMS өндіріс процестеріндегі жетістіктермен жоғары өлшемді қосқыштарды біріктіру осы архитектураның масштабталу мүмкіндігін одан әрі арттырады. Оптикалық желі операторлары үшін бұл архитектура әсіресе трафик өсімі белгісіз сценарийлер үшін қолайлы, ол серпімді және масштабталатын толық оптикалық магистральдық желіні құру үшін практикалық техникалық шешімді қамтамасыз етеді.
Жіберу уақыты: 21 тамыз 2025 ж