Tækniþróun ljósleiðaratengingar (OXC)

OXC (sjónræn krosstenging) er þróuð útgáfa af ROADM (endurskipuleggjanlegur sjónrænn viðbótar- og sleppamultiplexer).

Sem kjarnarofsþáttur ljósneta ákvarðar stigstærð og hagkvæmni ljósleiðaratenginga (OXC) ekki aðeins sveigjanleika netkerfisbygginga heldur hefur það einnig bein áhrif á byggingu, rekstur og viðhaldskostnað stórra ljósneta. Mismunandi gerðir OXC sýna verulegan mun á byggingarlistarlegri hönnun og virkni.

Myndin hér að neðan sýnir hefðbundna CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) arkitektúr, sem notar bylgjulengdarvalrofa (WSS). Á línuhliðinni þjóna 1 × N og N × 1 WSS sem inn-/útgangseiningar, en M × K WSS á viðbót/losun hliðinni stjórna viðbót og losun bylgjulengda. Þessar einingar eru tengdar saman með ljósleiðurum innan OXC bakplansins.

Mynd: Hefðbundin CDC-OXC arkitektúr

Þetta er einnig hægt að ná með því að breyta bakplötunni í Spanke net, sem leiðir til Spanke-OXC arkitektúrsins okkar.

Mynd: Spanke-OXC arkitektúr

Myndin hér að ofan sýnir að á línuhliðinni er OXC tengt tveimur gerðum af tengjum: stefnutengjum og ljósleiðaratengjum. Hver stefnutengill samsvarar landfræðilegri stefnu OXC í netkerfinu, en hver ljósleiðaratengill táknar par af tvíátta ljósleiðurum innan stefnutengisins. Stefnugátt inniheldur mörg tvíátta ljósleiðarapör (þ.e. margar ljósleiðaratengi).

Þó að OXC-rofinn, sem byggir á Spanke, nái stranglega blokkunarlausum rofum með fullkomlega samtengdri bakplötuhönnun, verða takmarkanir hans sífellt meiri eftir því sem netumferð eykst. Fjöldi tengis í viðskiptalegum bylgjulengdarsértækum rofum (WSS) (til dæmis er núverandi hámarksfjöldi tengis sem studd er 1×48, eins og FlexGrid Twin 1×48 frá Finisar) þýðir að til að stækka OXC-víddina þarf að skipta um allan vélbúnað, sem er kostnaðarsamt og kemur í veg fyrir endurnotkun núverandi búnaðar.

Jafnvel með hávíddar OXC arkitektúr byggða á Clos netum, treystir hún samt á dýr M×N WSS, sem gerir það erfitt að uppfylla kröfur um stigvaxandi uppfærslur.

Til að takast á við þessa áskorun hafa vísindamenn lagt til nýstárlega blönduðu arkitektúr: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network). Með því að samþætta örrafvélræn kerfi (MEMS) og WSS viðheldur þessi arkitektúr nánast blokkunarlausri afköstum en styður jafnframt „borga eftir vexti“-möguleika, sem veitir rekstraraðilum ljóskerfa hagkvæma uppfærsluleið.

Kjarninn í HMWC-OXC liggur í þriggja laga Clos netbyggingu þess.

Mynd: Spanke-OXC arkitektúr byggð á HMWC netum

Hávíddar MEMS ljósleiðarar eru notaðir á inntaks- og úttakslögunum, eins og 512×512 stærðin sem núverandi tækni styður nú, til að mynda stórt tengilaug. Miðlagið samanstendur af mörgum minni Spanke-OXC einingum, sem eru tengdar saman með „T-tengjum“ til að draga úr innri þrengslum.

Í upphafsstigi geta rekstraraðilar byggt upp innviði byggða á núverandi Spanke-OXC (t.d. 4×4 mælikvarða) með því einfaldlega að setja upp MEMS rofa (t.d. 32×32) á inntaks- og úttakslögunum, en halda einni Spanke-OXC einingu í miðlaginu (í þessu tilfelli er fjöldi T-tengja núll). Þegar kröfur um netgetu aukast eru nýjar Spanke-OXC einingar smám saman bættar við miðlagið og T-tengi eru stillt til að tengja einingarnar.

Til dæmis, þegar fjöldi miðlagseininga er aukinn úr einni í tvær, er fjöldi T-tengja stilltur á einn, sem eykur heildarvíddina úr fjórum í sex.

Mynd: HMWC-OXC dæmi

Þetta ferli fylgir breytuþvinguninni M > N × (S − T), þar sem:

M er fjöldi MEMS-tengja,
N er fjöldi millilagseininga,
S er fjöldi tengi í einni Spanke-OXC, og
T er fjöldi tengdra tengja.

Með því að aðlaga þessar breytur á kraftmikinn hátt getur HMWC-OXC stutt stigvaxandi stækkun frá upphafsstærð upp í markvídd (t.d. 64×64) án þess að skipta út öllum vélbúnaðarauðlindum í einu.

Til að staðfesta raunverulega afköst þessarar arkitektúrs framkvæmdi rannsóknarteymið hermunartilraunir byggðar á beiðnum um breytilegar ljósleiðir.

Mynd: Blokkunarárangur HMWC netsins

Hermunin notar Erlang umferðarlíkan, þar sem gert er ráð fyrir að þjónustubeiðnir fylgi Poisson-dreifingu og biðtímar þjónustu fylgi neikvæðri veldisvísisdreifingu. Heildarumferðarálagið er stillt á 3100 Erlang. Markmiðsvíddin fyrir OXC er 64×64 og MEMS-kvarðinn fyrir inntaks- og úttakslagið er einnig 64×64. Stillingar Spanke-OXC einingar í miðlaginu innihalda 32×32 eða 48×48 forskriftir. Fjöldi T-tengja er á bilinu 0 til 16 eftir kröfum hverju sinni.

Niðurstöður sýna að í atburðarásinni með stefnuvídd D = 4 eru líkurnar á lokun HMWC-OXC nálægt þeirri sem er í hefðbundinni Spanke-OXC grunnlínu (S(64,4)). Til dæmis, með því að nota v(64,2,32,0,4) stillinguna, aukast líkurnar á lokun aðeins um það bil 5% við miðlungs álag. Þegar stefnuvíddin eykst í D = 8 aukast líkurnar á lokun vegna „stofnáhrifa“ og minnkunar á trefjalengd í hvora átt. Hins vegar er hægt að draga úr þessu vandamáli á áhrifaríkan hátt með því að auka fjölda T-tengja (til dæmis v(64,2,48,16,8) stillinguna).

Athyglisvert er að þó að viðbót miðlagseininga geti valdið innri blokkun vegna árekstra í T-tengi, þá getur heildararkitektúrinn samt sem áður náð hámarksafköstum með viðeigandi stillingu.

Kostnaðargreining undirstrikar enn frekar kosti HMWC-OXC, eins og sést á myndinni hér að neðan.

Mynd: Líkur á blokkun og kostnaður við mismunandi OXC arkitektúr

Í tilfellum með mikilli þéttleika og 80 bylgjulengdir/ljósleiðara getur HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) lækkað kostnað um 40% samanborið við hefðbundna Spanke-OXC. Í tilfellum með lága bylgjulengd (t.d. 50 bylgjulengdir/ljósleiðari) er kostnaðarhagurinn enn meiri vegna fækkunar T-tengja sem þarf (t.d. v(64,2,36,4,64)).

Þessi efnahagslegi ávinningur stafar af samsetningu mikils tengiþéttleika MEMS-rofa og mátbundinnar stækkunarstefnu, sem ekki aðeins forðast kostnað við stórfelldar WSS-skiptingar heldur dregur einnig úr viðbótarkostnaði með því að endurnýta núverandi Spanke-OXC einingar. Niðurstöður hermunar sýna einnig að með því að aðlaga fjölda miðlagseininga og hlutfall T-tengja getur HMWC-OXC sveigjanlega jafnað afköst og kostnað við mismunandi bylgjulengdargetu og stefnustillingar, sem veitir rekstraraðilum fjölvíddarhagræðingarmöguleika.

Framtíðarrannsóknir geta kannað frekar reiknirit fyrir úthlutun gagna fyrir breytilegar T-tengi til að hámarka nýtingu innri auðlinda. Ennfremur, með framþróun í framleiðsluferlum MEMS, mun samþætting hærri víddarrofa auka enn frekar stigstærð þessarar byggingarlistar. Fyrir rekstraraðila ljóskerfa er þessi byggingarlist sérstaklega hentug fyrir aðstæður með óvissri umferðarvöxt og veitir hagnýta tæknilega lausn til að byggja upp seiglulegt og stigstærðanlegt alhliða ljóskerfagrunnsnet.