OXC (optical cross-connect) ROADM-ren (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer) bertsio eboluzionatua da.
Sare optikoen kommutazio-elementu nagusia direnez, konexio gurutzatu optikoen (OXC) eskalagarritasunak eta kostu-eraginkortasunak ez dute soilik sare-topologien malgutasuna zehazten, baita sare optiko handien eraikuntza, funtzionamendu eta mantentze-kostuetan ere eragiten dute zuzenean. OXC mota desberdinek arkitektura-diseinuan eta funtzio-inplementazioan alde nabarmenak erakusten dituzte.
Beheko irudiak CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) arkitektura tradizional bat erakusten du, uhin-luzera selektiboko etengailuak (WSS) erabiltzen dituena. Lerro aldean, 1 × N eta N × 1 WSS-k sarrera/irteera modulu gisa balio dute, eta gehitzeko/kentzeko aldean, M × K WSS-k uhin-luzera gehitzeko eta kentzeko prozesua kudeatzen dute. Modulu hauek OXC atzeko planoan dauden zuntz optikoen bidez elkarri lotuta daude.
Irudia: CDC-OXC arkitektura tradizionala
Hau atzeko planoa Spanke sare bihurtuz ere lor daiteke, eta horren ondorioz gure Spanke-OXC arkitektura sortu.
Irudia: Spanke-OXC Arkitektura
Goiko irudiak erakusten du linearen aldean, OXC bi ataka motarekin lotuta dagoela: ataka norabidedunak eta zuntz atakak. Ataka norabidedun bakoitzak OXC-aren norabide geografikoari dagokio sarearen topologian, eta zuntz ataka bakoitzak ataka norabidedunaren barruko zuntz bidirekzional pare bat adierazten du. Ataka norabidedun batek zuntz bidirekzional pare bat ditu (hau da, zuntz ataka bat baino gehiago).
Spanke-n oinarritutako OXC-k kommutazio erabat blokeatzailerik gabekoa lortzen duen arren, sareko trafikoa handitzen den heinean, bere mugak gero eta nabarmenagoak dira. Uhin-luzera selektiboko etengailu (WSS) komertzialen ataka kopuru mugak (adibidez, gaur egun onartzen den gehienezko kopurua 1×48 ataka da, Finisar-en FlexGrid Twin 1×48 bezalakoa) esan nahi du OXC dimentsioa zabaltzeak hardware guztia ordezkatzea eskatzen duela, eta hori garestia da eta dauden ekipamenduak berrerabiltzea eragozten du.
Clos sareetan oinarritutako OXC arkitektura handikoa izan arren, oraindik M×N WSS garestietan oinarritzen da, eta horrek zaildu egiten du eguneratze inkrementalen eskakizunak betetzea.
Erronka honi aurre egiteko, ikertzaileek arkitektura hibrido berritzaile bat proposatu dute: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network). Sistema mikroelektromekanikoak (MEMS) eta WSS integratuz, arkitektura honek ia blokeatzerik gabeko errendimendua mantentzen du, "hazten zaren heinean ordaindu" gaitasunak onartzen dituen bitartean, sare optikoen operadoreentzako kostu-eraginkorra den eguneratze bide bat eskainiz.
HMWC-OXC-ren diseinu nagusia hiru geruzako Clos sare-egitura datza.
Irudia: Spanke-OXC arkitektura HMWC sareetan oinarrituta
Dimentsio handiko MEMS etengailu optikoak sarrera eta irteera geruzetan zabaltzen dira, hala nola egungo teknologiak onartzen duen 512×512 eskalan, edukiera handiko portu multzo bat osatzeko. Erdiko geruza hainbat Spanke-OXC modul txikiagoz osatuta dago, "T-portuen" bidez elkarri lotuta, barne pilaketak arintzeko.
Hasierako fasean, operadoreek azpiegitura eraiki dezakete dagoeneko dauden Spanke-OXC-etan oinarrituta (adibidez, 4×4 eskalan), MEMS etengailuak (adibidez, 32×32) sarrera eta irteera geruzetan zabalduz, erdiko geruzan Spanke-OXC modulu bakarra mantenduz (kasu honetan, T-portuen kopurua zero da). Sarearen edukieraren beharrak handitzen diren heinean, Spanke-OXC modulu berriak pixkanaka gehitzen dira erdiko geruzara, eta T-portuak konfiguratzen dira moduluak konektatzeko.
Adibidez, erdiko geruzako moduluen kopurua batetik bira handitzean, T-portuen kopurua batera ezartzen da, eta horrek dimentsio osoa lautik seira handitu egiten du.
Irudia: HMWC-OXC adibidea
Prozesu honek M > N × (S − T) parametro-murrizketa jarraitzen du, non:
M MEMS portuen kopurua da,
N tarteko geruzako moduluen kopurua da,
S Spanke-OXC bakar bateko portu kopurua da, eta
T elkarri lotutako portuen kopurua da.
Parametro hauek dinamikoki doituz, HMWC-OXC-k hasierako eskala batetik helburuko dimentsio batera (adibidez, 64×64) pixkanaka hedatzea onar dezake hardware baliabide guztiak aldi berean ordezkatu gabe.
Arkitektura honen benetako errendimendua egiaztatzeko, ikerketa-taldeak simulazio-esperimentuak egin zituen bide optiko dinamikoen eskaeretan oinarrituta.
Irudia: HMWC sarearen blokeo-errendimendua
Simulazioak Erlang trafiko eredu bat erabiltzen du, zerbitzu eskaerek Poisson banaketa bat jarraitzen dutela eta zerbitzuen atxikipen denborak banaketa esponentzial negatibo bat jarraitzen dutela suposatuz. Trafiko karga osoa 3100 Erlang-etan ezarrita dago. OXC dimentsio helburua 64×64 da, eta sarrera eta irteera geruzako MEMS eskala ere 64×64 da. Erdiko geruzako Spanke-OXC moduluen konfigurazioek 32×32 edo 48×48 zehaztapenak dituzte. T-portuen kopurua 0tik 16ra bitartekoa da, eszenatokiaren eskakizunen arabera.
Emaitzek erakusten dute D = 4 norabide-dimentsioa duen eszenatokian, HMWC-OXC-ren blokeatze-probabilitatea Spanke-OXC oinarrizko lerro tradizionalaren antzekoa dela (S(64,4)). Adibidez, v(64,2,32,0,4) konfigurazioa erabiliz, blokeatze-probabilitatea % 5 inguru baino ez da handitzen karga moderatuan. Norabide-dimentsioa D = 8ra handitzen denean, blokeatze-probabilitatea handitzen da "enbor efektua" dela eta, eta norabide bakoitzean zuntz-luzeraren murrizketa dela eta. Hala ere, arazo hau eraginkortasunez arindu daiteke T-portuen kopurua handituz (adibidez, v(64,2,48,16,8) konfigurazioa).
Azpimarratzekoa da, erdiko geruzako moduluak gehitzeak barne blokeoak sor ditzakeen arren T-portuaren gatazkagatik, arkitektura orokorrak errendimendu optimizatua lor dezakeela konfigurazio egokiaren bidez.
Kostuen analisi batek HMWC-OXC-ren abantailak gehiago nabarmentzen ditu, beheko irudian ikusten den bezala.
Irudia: OXC arkitektura desberdinen blokeatze probabilitatea eta kostua
80 uhin-luzera/zuntz optikoko dentsitate handiko eszenatokietan, HMWC-OXC-k (v(64,2,44,12,64)) kostuak % 40 murriztu ditzake Spanke-OXC tradizionalarekin alderatuta. Uhin-luzera baxuko eszenatokietan (adibidez, 50 uhin-luzera/zuntz optikoko), kostu-abantaila are nabarmenagoa da beharrezko T-portuen kopurua murriztu delako (adibidez, v(64,2,36,4,64)).
Abantaila ekonomiko hau MEMS etengailuen portu-dentsitate handiaren eta hedapen-estrategia modularraren konbinaziotik dator, eta horrek ez bakarrik WSS ordezkapen masiboaren gastua saihesten du, baita Spanke-OXC moduluak berrerabiliz kostu gehigarriak murrizten ere. Simulazio-emaitzek erakusten dute, halaber, erdiko geruzako moduluen kopurua eta T-portuen ratioa doituz, HMWC-OXC-k malgutasunez orekatu ditzakeela errendimendua eta kostua uhin-luzera, ahalmen eta norabide konfigurazio desberdinetan, operadoreei optimizazio-aukera multidimentsionalak eskainiz.
Etorkizuneko ikerketek T-portuen esleipen algoritmo dinamikoak aztertu ditzakete barne baliabideen erabilera optimizatzeko. Gainera, MEMS fabrikazio prozesuetan egindako aurrerapenekin, dimentsio handiko etengailuen integrazioak arkitektura honen eskalagarritasuna areagotuko du. Sare optikoen operadoreentzat, arkitektura hau bereziki egokia da trafikoaren hazkunde ziurgabea duten eszenatokietarako, sare optiko oso erresiliente eta eskalagarri bat eraikitzeko irtenbide tekniko praktikoa eskainiz.
Argitaratze data: 2025eko abuztuaren 21a