OXC (optiese kruisverbinding) is 'n ontwikkelde weergawe van ROADM (Herkonfigureerbare Optiese Byvoeg-Val-Multiplexer).
As die kernskakelelement van optiese netwerke, bepaal die skaalbaarheid en koste-effektiwiteit van optiese kruisverbindings (OXC's) nie net die buigsaamheid van netwerktopologieë nie, maar beïnvloed dit ook direk die konstruksie-, bedryfs- en onderhoudskoste van grootskaalse optiese netwerke. Verskillende tipes OXC's toon beduidende verskille in argitektoniese ontwerp en funksionele implementering.
Die figuur hieronder illustreer 'n tradisionele CDC-OXC (Kleurlose Rigtinglose Konfliktlose Optiese Kruisverbinding) argitektuur, wat golflengteselektiewe skakelaars (WSS'e) gebruik. Aan die lynkant dien 1 × N en N × 1 WSS'e as ingangs-/uitgangsmodules, terwyl M × K WSS'e aan die byvoeg-/aflaaikant die byvoeging en aflaai van golflengtes bestuur. Hierdie modules is met mekaar verbind via optiese vesels binne die OXC-agtervlak.
Figuur: Tradisionele CDC-OXC-argitektuur
Dit kan ook bereik word deur die agtervlak na 'n Spanke-netwerk om te skakel, wat ons Spanke-OXC-argitektuur tot gevolg het.
Figuur: Spanke-OXC Argitektuur
Die figuur hierbo toon dat die OXC aan die lynkant met twee tipes poorte geassosieer word: rigtingpoorte en veselpoorte. Elke rigtingpoort stem ooreen met die geografiese rigting van die OXC in die netwerktopologie, terwyl elke veselpoort 'n paar tweerigtingvesels binne die rigtingpoort verteenwoordig. 'n Rigtingpoort bevat verskeie tweerigtingveselpare (d.w.s. verskeie veselpoorte).
Terwyl die Spanke-gebaseerde OXC streng nie-blokkerende skakeling deur 'n volledig onderling gekoppelde agtervlakontwerp bereik, word die beperkings daarvan toenemend betekenisvol namate netwerkverkeer toeneem. Die poorttellinglimiet van kommersiële golflengteselektiewe skakelaars (WSS'e) (byvoorbeeld, die huidige maksimum wat ondersteun word, is 1×48 poorte, soos Finisar se FlexGrid Twin 1×48) beteken dat die uitbreiding van die OXC-dimensie vereis dat alle hardeware vervang word, wat duur is en die hergebruik van bestaande toerusting verhoed.
Selfs met 'n hoëdimensionele OXC-argitektuur gebaseer op Clos-netwerke, maak dit steeds staat op duur M×N WSS'e, wat dit moeilik maak om aan inkrementele opgraderingsvereistes te voldoen.
Om hierdie uitdaging aan te spreek, het navorsers 'n nuwe hibriede argitektuur voorgestel: HMWC-OXC (Hibriede MEMS en WSS Clos Network). Deur mikro-elektromeganiese stelsels (MEMS) en WSS te integreer, handhaaf hierdie argitektuur byna nie-blokkerende werkverrigting terwyl dit "betaal-soos-jy-groei"-vermoëns ondersteun, wat 'n koste-effektiewe opgraderingspad vir optiese netwerkoperateurs bied.
Die kernontwerp van HMWC-OXC lê in sy drielaagse Clos-netwerkstruktuur.
Figuur: Spanke-OXC-argitektuur gebaseer op HMWC-netwerke
Hoëdimensionele MEMS optiese skakelaars word by die invoer- en uitvoerlae ontplooi, soos die 512×512-skaal wat tans deur huidige tegnologie ondersteun word, om 'n grootkapasiteit-poortpoel te vorm. Die middelste laag bestaan uit verskeie kleiner Spanke-OXC-modules, wat via "T-poorte" met mekaar verbind is om interne opeenhoping te verlig.
In die aanvanklike fase kan operateurs die infrastruktuur bou gebaseer op bestaande Spanke-OXC (bv. 4×4-skaal), deur eenvoudig MEMS-skakelaars (bv. 32×32) by die invoer- en uitvoerlae te ontplooi, terwyl 'n enkele Spanke-OXC-module in die middelste laag behoue bly (in hierdie geval is die aantal T-poorte nul). Namate netwerkkapasiteitsvereistes toeneem, word nuwe Spanke-OXC-modules geleidelik by die middelste laag gevoeg, en T-poorte word gekonfigureer om die modules te verbind.
Byvoorbeeld, wanneer die aantal middellaagmodules van een na twee uitgebrei word, word die aantal T-poorte op een gestel, wat die totale afmeting van vier na ses verhoog.
Figuur: HMWC-OXC Voorbeeld
Hierdie proses volg die parameterbeperking M > N × (S − T), waar:
M is die aantal MEMS-poorte,
N is die aantal tussenlaagmodules,
S is die aantal poorte in 'n enkele Spanke-OXC, en
T is die aantal onderling gekoppelde poorte.
Deur hierdie parameters dinamies aan te pas, kan HMWC-OXC geleidelike uitbreiding van 'n aanvanklike skaal na 'n teikendimensie (bv. 64 × 64) ondersteun sonder om alle hardewarebronne gelyktydig te vervang.
Om die werklike werkverrigting van hierdie argitektuur te verifieer, het die navorsingspan simulasie-eksperimente uitgevoer gebaseer op dinamiese optiese padversoeke.
Figuur: Blokkerende Prestasie van die HMWC-netwerk
Die simulasie gebruik 'n Erlang-verkeersmodel, wat aanneem dat diensversoeke 'n Poisson-verdeling volg en dienshoutye 'n negatiewe eksponensiële verspreiding volg. Die totale verkeerslading is ingestel op 3100 Erlangs. Die teiken OXC-dimensie is 64×64, en die invoer- en uitvoerlaag MEMS-skaal is ook 64×64. Die middelste laag Spanke-OXC-modulekonfigurasies sluit 32×32- of 48×48-spesifikasies in. Die aantal T-poorte wissel van 0 tot 16, afhangende van die scenariovereistes.
Resultate toon dat, in die scenario met 'n rigtingsdimensie van D = 4, die blokkeringswaarskynlikheid van HMWC-OXC naby is aan dié van die tradisionele Spanke-OXC-basislyn (S(64,4)). Byvoorbeeld, met die v(64,2,32,0,4)-konfigurasie, neem die blokkeringswaarskynlikheid met slegs ongeveer 5% toe onder matige las. Wanneer die rigtingsdimensie toeneem tot D = 8, neem die blokkeringswaarskynlikheid toe as gevolg van die "stam-effek" en die afname in vesellengte in elke rigting. Hierdie probleem kan egter effektief verlig word deur die aantal T-poorte te verhoog (byvoorbeeld die v(64,2,48,16,8)-konfigurasie).
Dit is opmerklik dat, hoewel die byvoeging van middellaagmodules interne blokkering as gevolg van T-poort-twis kan veroorsaak, die algehele argitektuur steeds geoptimaliseerde werkverrigting kan behaal deur toepaslike konfigurasie.
'n Koste-analise beklemtoon verder die voordele van HMWC-OXC, soos in die figuur hieronder getoon.
Figuur: Blokkeringswaarskynlikheid en koste van verskillende OXC-argitekture
In hoëdigtheidscenario's met 80 golflengtes/vesel kan die HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) koste met 40% verminder in vergelyking met tradisionele Spanke-OXC. In laegolflengtescenario's (bv. 50 golflengtes/vesel) is die kostevoordeel selfs meer betekenisvol as gevolg van die verminderde aantal vereiste T-poorte (bv. v(64,2,36,4,64)).
Hierdie ekonomiese voordeel spruit uit die kombinasie van die hoë poortdigtheid van MEMS-skakelaars en 'n modulêre uitbreidingsstrategie, wat nie net die koste van grootskaalse WSS-vervanging vermy nie, maar ook inkrementele koste verminder deur bestaande Spanke-OXC-modules te hergebruik. Simulasieresultate toon ook dat HMWC-OXC, deur die aantal middellaagmodules en die verhouding van T-poorte aan te pas, werkverrigting en koste buigsaam kan balanseer onder verskillende golflengtekapasiteit- en rigtingkonfigurasies, wat operateurs multidimensionele optimaliseringsgeleenthede bied.
Toekomstige navorsing kan dinamiese T-poort toewysingsalgoritmes verder ondersoek om interne hulpbronbenutting te optimaliseer. Verder, met vooruitgang in MEMS-vervaardigingsprosesse, sal die integrasie van hoër-dimensionele skakelaars die skaalbaarheid van hierdie argitektuur verder verbeter. Vir optiese netwerkoperateurs is hierdie argitektuur veral geskik vir scenario's met onsekere verkeersgroei, wat 'n praktiese tegniese oplossing bied vir die bou van 'n veerkragtige en skaalbare volledig optiese ruggraatnetwerk.
Plasingstyd: 21 Augustus 2025