OXC (оптикалық кросс-коннект) - ROADM (қайта конфигурацияланатын оптикалық қосу-тамшылау мультиплексорының) дамыған нұсқасы.
Оптикалық желілердің негізгі коммутациялық элементі ретінде оптикалық кросс-қосылыстар (OXC) масштабталуы мен үнемділігі желілік топологиялардың икемділігін ғана емес, сонымен қатар ірі оптикалық желілерді құру, пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарына тікелей әсер етеді. OXC-лердің әртүрлі түрлері сәулеттік дизайн мен функционалдық іске асыруда айтарлықтай айырмашылықтарды көрсетеді.
Төмендегі суретте толқын ұзындығын таңдаулы қосқыштарды (WSS) пайдаланатын дәстүрлі CDC-OXC (Түссіз бағытсыз, конфликтсіз оптикалық кросс-қосылыс) архитектурасы көрсетілген. Сызық жағында 1 × N және N × 1 WSS кіріс/шығыс модульдері ретінде қызмет етеді, ал қосу/түсіру жағындағы M × K WSS толқын ұзындықтарын қосу мен түсіруді басқарады. Бұл модульдер OXC артқы жазықтығындағы оптикалық талшықтар арқылы өзара байланысты.
Сурет: Дәстүрлі CDC-OXC архитектурасы
Бұған артқы панельді Spanke желісіне түрлендіру арқылы да қол жеткізуге болады, нәтижесінде Spanke-OXC архитектурасы пайда болады.
Сурет: Spanke-OXC архитектурасы
Жоғарыдағы суретте сызық жағында OXC екі түрлі портпен байланысты екені көрсетілген: бағыттаушы порттар және талшықты порттар. Әрбір бағыттаушы порт желілік топологиядағы OXC географиялық бағытына сәйкес келеді, ал әрбір талшықты порт бағыттаушы порт ішіндегі екі бағытты талшықтар жұбын білдіреді. Бағыттау портында бірнеше екі бағытты талшық жұптары (яғни, бірнеше талшықты порттар) бар.
Spanke негізіндегі OXC толығымен өзара байланысты артқы панель дизайны арқылы қатаң түрде блоктамайтын коммутацияға қол жеткізгенімен, оның шектеулері желілік трафиктің артуымен барған сайын маңызды бола түседі. Коммерциялық толқын ұзындығын таңдамалы коммутаторлардың (WSS) порттар санының шегі (мысалы, қазіргі уақытта қолдау көрсетілетін максималды мән 1 × 48 порттар, мысалы, Finisar's FlexGrid Twin 1 × 48) OXC өлшемін кеңейту барлық жабдықты ауыстыруды қажет ететінін білдіреді, бұл қымбатқа түседі және бар жабдықты қайта пайдаланудың алдын алады.
Clos желілеріне негізделген жоғары өлшемді OXC архитектурасымен де, ол әлі де қымбат M×N WSS-терге сүйенеді, бұл инкрементальды жаңарту талаптарын қанағаттандыруды қиындатады.
Бұл мәселені шешу үшін зерттеушілер жаңа гибридті архитектураны ұсынды: HMWC-OXC (гибридті MEMS және WSS Clos Network). Микроэлектромеханикалық жүйелерді (MEMS) және WSS біріктіру арқылы бұл архитектура оптикалық желі операторлары үшін тиімді жаңарту жолын қамтамасыз ете отырып, «өскен сайын төлеу» мүмкіндіктерін қолдай отырып, блокталмайтын өнімділікті сақтайды.
HMWC-OXC негізгі дизайны үш қабатты Clos желілік құрылымында жатыр.
Сурет: HMWC желілеріне негізделген Spanke-OXC архитектурасы
Үлкен сыйымдылықты порт пулын қалыптастыру үшін қазіргі технология қолдайтын 512 × 512 масштабы сияқты кіріс және шығыс қабаттарында жоғары өлшемді MEMS оптикалық қосқыштары орналастырылған. Ортаңғы қабат ішкі кептелісті азайту үшін «Т-порттар» арқылы өзара байланысқан бірнеше кішірек Spanke-OXC модульдерінен тұрады.
Бастапқы кезеңде операторлар инфрақұрылымды бар Spanke-OXC негізінде (мысалы, 4×4 масштабта) құра алады, кіріс және шығыс қабаттарында MEMS коммутаторларын (мысалы, 32×32) орналастыра алады, ал ортаңғы қабатта бір Spanke-OXC модулін сақтайды (бұл жағдайда T-порттарының саны нөлге тең). Желілік сыйымдылық талаптары артқан сайын, ортаңғы қабатқа жаңа Spanke-OXC модульдері біртіндеп қосылады, ал T-порттары модульдерді қосу үшін конфигурацияланады.
Мысалы, ортаңғы деңгей модульдерінің санын бірден екіге дейін кеңейткен кезде, Т-порттарының саны бірге орнатылады, бұл жалпы өлшемді төрттен алтыға дейін арттырады.
Сурет: HMWC-OXC мысалы
Бұл процесс M > N × (S − T) параметрлік шектеуіне сәйкес жүреді, мұндағы:
M - MEMS порттарының саны,
N - аралық қабат модульдерінің саны,
S - бір Spanke-OXC-дегі порттар саны, және
T - өзара байланысты порттар саны.
Осы параметрлерді динамикалық түрде реттеу арқылы HMWC-OXC барлық аппараттық ресурстарды бірден ауыстырмай, бастапқы масштабтан мақсатты өлшемге (мысалы, 64 × 64) біртіндеп кеңеюді қолдай алады.
Бұл архитектураның нақты өнімділігін тексеру үшін зерттеу тобы динамикалық оптикалық жол сұраныстарына негізделген модельдеу эксперименттерін жүргізді.
Сурет: HMWC желісінің жұмысын бұғаттау
Модельдеу қызмет көрсету сұраныстары Пуассон үлестірімін, ал қызмет көрсетуді күту уақыты теріс экспоненциалды үлестірімді ұстанады деп есептей отырып, Erlang трафик моделін пайдаланады. Жалпы трафик жүктемесі 3100 Erlangs-ке орнатылған. Мақсатты OXC өлшемі 64×64, ал кіріс және шығыс қабатының MEMS шкаласы да 64×64. Ортаңғы қабат Spanke-OXC модулінің конфигурациялары 32×32 немесе 48×48 сипаттамаларын қамтиды. Т-порттарының саны сценарий талаптарына байланысты 0-ден 16-ға дейін болады.
Нәтижелер көрсеткендей, D = 4 бағыттық өлшемі бар сценарийде HMWC-OXC блоктау ықтималдығы дәстүрлі Spanke-OXC базалық сызығына жақын (S(64,4)). Мысалы, v(64,2,32,0,4) конфигурациясын қолданғанда, блоктау ықтималдығы орташа жүктеме кезінде шамамен 5%-ға ғана артады. Бағыттық өлшем D = 8-ге дейін артқанда, «магистральдық әсерге» және әр бағытта талшық ұзындығының азаюына байланысты блоктау ықтималдығы 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 қабат модульдерін қосу T-портының кедергісіне байланысты ішкі блоктауды тудыруы мүмкін болса да, жалпы архитектура тиісті конфигурация арқылы оңтайландырылған өнімділікке қол жеткізе алады.
Төмендегі суретте көрсетілгендей, шығындарды талдау HMWC-OXC артықшылықтарын одан әрі көрсетеді.
Сурет: Әртүрлі OXC архитектураларының блоктау ықтималдығы және құны
80 толқын ұзындығы/талшықпен жоғары тығыздықтағы сценарийлерде HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) дәстүрлі Spanke-OXC-мен салыстырғанда шығындарды 40%-ға төмендете алады. Төмен толқын ұзындығындағы сценарийлерде (мысалы, 50 толқын ұзындығы/талшық) қажетті T-порттарының санының азаюына байланысты шығындардың артықшылығы одан да маңызды (мысалы, v(64,2,36,4,64)).
Бұл экономикалық пайда MEMS коммутаторларының жоғары порт тығыздығы мен модульдік кеңейту стратегиясының үйлесімінен туындайды, бұл тек ауқымды WSS ауыстыру шығындарын болдырмауға ғана емес, сонымен қатар бар Spanke-OXC модульдерін қайта пайдалану арқылы қосымша шығындарды азайтуға мүмкіндік береді. Модельдеу нәтижелері сонымен қатар ортаңғы қабат модульдерінің санын және T-порттарының арақатынасын реттеу арқылы HMWC-OXC әртүрлі толқын ұзындығының сыйымдылығы мен бағыт конфигурациялары кезінде өнімділік пен шығынды икемді түрде теңестіре алатынын, операторларға көп өлшемді оңтайландыру мүмкіндіктерін ұсына алатынын көрсетеді.
Болашақ зерттеулер ішкі ресурстарды пайдалануды оңтайландыру үшін динамикалық T-порт бөлу алгоритмдерін одан әрі зерттей алады. Сонымен қатар, MEMS өндіріс процестеріндегі жетістіктермен жоғары өлшемді коммутаторларды біріктіру бұл архитектураның масштабталуын одан әрі арттырады. Оптикалық желі операторлары үшін бұл архитектура трафиктің өсуі белгісіз сценарийлер үшін әсіресе қолайлы, бұл тұрақты және масштабталатын толық оптикалық магистральдық желіні құру үшін практикалық техникалық шешім ұсынады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 21 тамыз