OXC (ოპტიკური ჯვარედინი დაკავშირება) ROADM-ის (რეკონფიგურირებადი ოპტიკური დამატების-ჩამოსაშლელი მულტიპლექსორი) გაუმჯობესებული ვერსიაა.
როგორც ოპტიკური ქსელების ძირითადი გადართვის ელემენტი, ოპტიკური ჯვარედინი შეერთებების (OXC) მასშტაბირება და ეკონომიურობა არა მხოლოდ განსაზღვრავს ქსელის ტოპოლოგიების მოქნილობას, არამედ პირდაპირ გავლენას ახდენს მასშტაბური ოპტიკური ქსელების მშენებლობის, ექსპლუატაციისა და მოვლა-პატრონობის ხარჯებზე. OXC-ების სხვადასხვა ტიპს მნიშვნელოვანი განსხვავებები ახასიათებს არქიტექტურული დიზაინისა და ფუნქციური განხორციელების თვალსაზრისით.
ქვემოთ მოცემული სურათი ასახავს ტრადიციულ CDC-OXC (უფერო, მიმართულების გარეშე, უკონტენტო ოპტიკური ჯვარედინი კავშირის) არქიტექტურას, რომელიც იყენებს ტალღის სიგრძის შერჩევით გადამრთველებს (WSS). ხაზის მხარეს, 1 × N და N × 1 WSS-ები შესასვლელი/გასვლის მოდულების ფუნქციას ასრულებენ, ხოლო დამატების/მოკლების მხარეს M × K WSS-ები მართავენ ტალღის სიგრძეების დამატებას და შემცირებას. ეს მოდულები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ოპტიკური ბოჭკოებით OXC უკანა სიბრტყეში.
სურათი: ტრადიციული CDC-OXC არქიტექტურა
ამის მიღწევა ასევე შესაძლებელია უკანა პლანის Spanke ქსელად გადაკეთებით, რაც შედეგად მივიღებთ ჩვენს Spanke-OXC არქიტექტურას.
სურათი: Spanke-OXC არქიტექტურა
ზემოთ მოცემული სურათი გვიჩვენებს, რომ ხაზის მხარეს, OXC ასოცირდება ორი ტიპის პორტთან: მიმართულებითი პორტებთან და ბოჭკოვან პორტებთან. თითოეული მიმართულებითი პორტი შეესაბამება OXC-ის გეოგრაფიულ მიმართულებას ქსელის ტოპოლოგიაში, ხოლო თითოეული ბოჭკოვანი პორტი წარმოადგენს ორმხრივი ბოჭკოების წყვილს მიმართულებითი პორტის ფარგლებში. მიმართულებითი პორტი შეიცავს რამდენიმე ორმხრივი ბოჭკოვანი წყვილის არსებობას (ანუ რამდენიმე ბოჭკოვან პორტს).
მიუხედავად იმისა, რომ Spanke-ზე დაფუძნებული OXC სრულად ურთიერთდაკავშირებული უკანა პლანის დიზაინის მეშვეობით აღწევს მკაცრად არაბლოკირებად გადართვას, მისი შეზღუდვები სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება ქსელური ტრაფიკის ზრდასთან ერთად. კომერციული ტალღის სიგრძის შერჩევითი კომუტატორების (WSS) პორტების რაოდენობის ლიმიტი (მაგალითად, ამჟამად მხარდაჭერილი მაქსიმალური რაოდენობაა 1×48 პორტი, როგორიცაა Finisar-ის FlexGrid Twin 1×48) ნიშნავს, რომ OXC განზომილების გაფართოება მოითხოვს ყველა აპარატურის შეცვლას, რაც ძვირია და ხელს უშლის არსებული აღჭურვილობის ხელახლა გამოყენებას.
Clos ქსელებზე დაფუძნებული მაღალგანზომილებიანი OXC არქიტექტურის მიუხედავად, ის მაინც ეყრდნობა ძვირადღირებულ M×N WSS-ებს, რაც ართულებს ინკრემენტული განახლების მოთხოვნების დაკმაყოფილებას.
ამ გამოწვევის გადასაჭრელად, მკვლევარებმა შემოგვთავაზეს ახალი ჰიბრიდული არქიტექტურა: HMWC-OXC (ჰიბრიდული MEMS და WSS Clos Network). მიკროელექტრომექანიკური სისტემების (MEMS) და WSS-ის ინტეგრირებით, ეს არქიტექტურა ინარჩუნებს თითქმის არაბლოკირებად მუშაობას და ამავდროულად მხარს უჭერს „გადაიხადე ზრდის მიხედვით“ შესაძლებლობებს, რაც ოპტიკური ქსელის ოპერატორებისთვის ეკონომიურ განახლების გზას უზრუნველყოფს.
HMWC-OXC-ის ძირითადი დიზაინი მის სამშრიან Clos ქსელის სტრუქტურაშია.
სურათი: Spanke-OXC არქიტექტურა, რომელიც დაფუძნებულია HMWC ქსელებზე
მაღალი განზომილების MEMS ოპტიკური გადამრთველები განლაგებულია შეყვანის და გამოყვანის ფენებზე, როგორიცაა 512×512 მასშტაბი, რომელსაც ამჟამად მხარს უჭერს მიმდინარე ტექნოლოგია, დიდი ტევადობის პორტების პულის შესაქმნელად. შუა ფენა შედგება რამდენიმე პატარა Spanke-OXC მოდულისგან, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია „T-პორტების“ საშუალებით შიდა შეშუპების შესამსუბუქებლად.
საწყის ფაზაში, ოპერატორებს შეუძლიათ ააშენონ ინფრასტრუქტურა არსებული Spanke-OXC-ის (მაგ., 4×4 მასშტაბის) საფუძველზე, უბრალოდ განათავსონ MEMS გადამრთველები (მაგ., 32×32) შეყვანის და გამოყვანის ფენებზე, შუა ფენაში ერთი Spanke-OXC მოდულის შენარჩუნებით (ამ შემთხვევაში, T-პორტების რაოდენობა ნულის ტოლია). ქსელის გამტარუნარიანობის მოთხოვნების ზრდასთან ერთად, შუა ფენას თანდათან ემატება ახალი Spanke-OXC მოდულები და T-პორტები კონფიგურირებულია მოდულების დასაკავშირებლად.
მაგალითად, შუა ფენის მოდულების რაოდენობის ერთიდან ორამდე გაფართოებისას, T-პორტების რაოდენობა ერთზე დაყენდება, რაც მთლიან ზომას ოთხიდან ექვსამდე ზრდის.
სურათი: HMWC-OXC მაგალითი
ეს პროცესი მიჰყვება პარამეტრის შეზღუდვას M > N × (S − T), სადაც:
M არის MEMS პორტების რაოდენობა,
N არის შუალედური ფენის მოდულების რაოდენობა,
S არის პორტების რაოდენობა ერთ Spanke-OXC-ში და
T არის ურთიერთდაკავშირებული პორტების რაოდენობა.
ამ პარამეტრების დინამიური რეგულირებით, HMWC-OXC-ს შეუძლია ხელი შეუწყოს თანდათანობით გაფართოებას საწყისი მასშტაბიდან სამიზნე განზომილებამდე (მაგ., 64×64) ყველა აპარატურული რესურსის ერთდროულად შეცვლის გარეშე.
ამ არქიტექტურის ფაქტობრივი მუშაობის დასადასტურებლად, კვლევითმა ჯგუფმა ჩაატარა სიმულაციური ექსპერიმენტები დინამიური ოპტიკური გზის მოთხოვნებზე დაყრდნობით.
სურათი: HMWC ქსელის ბლოკირების ეფექტურობა
სიმულაცია იყენებს ერლანგის ტრაფიკის მოდელს, იმ ვარაუდით, რომ მომსახურების მოთხოვნები მიჰყვება პუასონის განაწილებას, ხოლო მომსახურების შენარჩუნების დრო - უარყოფით ექსპონენციალურ განაწილებას. ტრაფიკის მთლიანი დატვირთვა დაყენებულია 3100 ერლანგზე. OXC-ის სამიზნე განზომილებაა 64×64, ხოლო შეყვანის და გამოყვანის ფენის MEMS მასშტაბი ასევე 64×64-ია. შუა ფენის Spanke-OXC მოდულის კონფიგურაციები მოიცავს 32×32 ან 48×48 სპეციფიკაციებს. T-პორტების რაოდენობა მერყეობს 0-დან 16-მდე, სცენარის მოთხოვნების მიხედვით.
შედეგები აჩვენებს, რომ D = 4 მიმართულებითი განზომილების მქონე სცენარში, HMWC-OXC-ის ბლოკირების ალბათობა ახლოსაა ტრადიციული Spanke-OXC საბაზისო ხაზთან (S(64,4)). მაგალითად, v(64,2,32,0,4) კონფიგურაციის გამოყენებით, ბლოკირების ალბათობა იზრდება მხოლოდ დაახლოებით 5%-ით ზომიერი დატვირთვის დროს. როდესაც მიმართულებითი განზომილება იზრდება D = 8-მდე, ბლოკირების ალბათობა იზრდება „მაგისტრალური ეფექტის“ და თითოეული მიმართულებით ბოჭკოს სიგრძის შემცირების გამო. თუმცა, ამ პრობლემის ეფექტურად შემსუბუქება შესაძლებელია T-პორტების რაოდენობის გაზრდით (მაგალითად, v(64,2,48,16,8) კონფიგურაცია).
აღსანიშნავია, რომ მიუხედავად იმისა, რომ შუა დონის მოდულების დამატებამ შეიძლება გამოიწვიოს შიდა ბლოკირება T-პორტის დავების გამო, საერთო არქიტექტურას მაინც შეუძლია ოპტიმიზებული მუშაობის მიღწევა შესაბამისი კონფიგურაციის საშუალებით.
ხარჯების ანალიზი კიდევ უფრო ხაზს უსვამს HMWC-OXC-ის უპირატესობებს, როგორც ეს ქვემოთ მოცემულ ფიგურაშია ნაჩვენები.
სურათი: სხვადასხვა OXC არქიტექტურის ბლოკირების ალბათობა და ღირებულება
მაღალი სიმკვრივის სცენარებში, სადაც 80 ტალღის სიგრძე/ბოჭკოვანი კაბელია, HMWC-OXC-ს (v(64,2,44,12,64)) შეუძლია ხარჯების 40%-ით შემცირება ტრადიციულ Spanke-OXC-თან შედარებით. დაბალი ტალღის სიგრძის სცენარებში (მაგ., 50 ტალღის სიგრძე/ბოჭკოვანი კაბელი), ხარჯების უპირატესობა კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია საჭირო T-პორტების შემცირებული რაოდენობის გამო (მაგ., v(64,2,36,4,64)).
ეს ეკონომიკური სარგებელი გამომდინარეობს MEMS კომუტატორების მაღალი პორტების სიმკვრივისა და მოდულური გაფართოების სტრატეგიის კომბინაციიდან, რომელიც არა მხოლოდ თავიდან აგვაცილებს ფართომასშტაბიანი WSS ჩანაცვლების ხარჯებს, არამედ ამცირებს დამატებით ხარჯებს არსებული Spanke-OXC მოდულების ხელახალი გამოყენებით. სიმულაციის შედეგები ასევე აჩვენებს, რომ შუა ფენის მოდულების რაოდენობისა და T-პორტების თანაფარდობის რეგულირებით, HMWC-OXC-ს შეუძლია მოქნილად დააბალანსოს მუშაობა და ღირებულება სხვადასხვა ტალღის სიგრძისა და მიმართულების კონფიგურაციების პირობებში, რაც ოპერატორებს მრავალგანზომილებიანი ოპტიმიზაციის შესაძლებლობებს აძლევს.
სამომავლო კვლევებს შეუძლიათ უფრო დეტალურად შეისწავლონ დინამიური T-პორტების განაწილების ალგორითმები შიდა რესურსების გამოყენების ოპტიმიზაციისთვის. გარდა ამისა, MEMS წარმოების პროცესების განვითარებასთან ერთად, უფრო მაღალი განზომილებების მქონე კომუტატორების ინტეგრაცია კიდევ უფრო გაზრდის ამ არქიტექტურის მასშტაბირებას. ოპტიკური ქსელის ოპერატორებისთვის, ეს არქიტექტურა განსაკუთრებით შესაფერისია გაურკვეველი ტრაფიკის ზრდის მქონე სცენარებისთვის, რაც უზრუნველყოფს პრაქტიკულ ტექნიკურ გადაწყვეტას მდგრადი და მასშტაბირებადი, სრულად ოპტიკური მაგისტრალური ქსელის შესაქმნელად.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 21 აგვისტო