OXC (Optical Cross-Connect) ass eng weiderentwéckelt Versioun vum ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer).
Als dat zentralt Schaltelement vun opteschen Netzwierker bestëmmen d'Skalierbarkeet an d'Käschteeffizienz vun opteschen Cross-Connects (OXCs) net nëmmen d'Flexibilitéit vun den Netzwierktopologien, mä beaflossen och direkt d'Bau-, Betribs- a Wartungskäschte vu grousse opteschen Netzwierker. Verschidden Aarte vun OXCs weisen bedeitend Ënnerscheeder am architektoneschen Design an der funktioneller Ëmsetzung op.
D'Figur hei ënnendrënner illustréiert eng traditionell CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) Architektur, déi Wellenlängtselektiv Schalter (WSSs) benotzt. Op der Linnsäit déngen 1 × N an N × 1 WSSs als Ingress/Egress Moduler, während M × K WSSs op der Add/Drop Säit d'Additioun an d'Dropéierung vu Wellenlängten verwalten. Dës Moduler sinn iwwer optesch Faseren am OXC Backplane matenee verbonnen.
Figur: Traditionell CDC-OXC Architektur
Dëst kann och erreecht ginn andeems de Backplane an e Spanke-Netzwierk ëmgewandelt gëtt, wat zu eiser Spanke-OXC Architektur féiert.
Figur: Spanke-OXC Architektur
D'Figur uewen weist, datt op der Linnesäit den OXC mat zwou Zorte vu Ports verbonnen ass: Richtungsports a Glasfaserports. All Richtungsport entsprécht der geographescher Richtung vum OXC an der Netzwierktopologie, während all Glasfaserport e Puer vu bidirektionale Faseren am Richtungsport representéiert. En Richtungsport enthält verschidde bidirektional Glasfaserpairen (d.h. verschidde Glasfaserports).
Wärend den OXC op Spanke-Basis e strikt blockéierend Schaltprozess duerch en vollstänneg vernetzte Backplane-Design erreecht, ginn seng Limitatiounen ëmmer méi bedeitend mat der Erhéijung vum Netzwierkverkéier. D'Portzuellimit vu kommerziellen Wellenlängtselektive Schalter (WSSs) (zum Beispill, de maximalen Undeel u Ports, deen aktuell ënnerstëtzt gëtt, ass 1×48, wéi zum Beispill de FlexGrid Twin 1×48 vu Finisar) bedeit, datt d'Erweiderung vun der OXC-Dimensioun den Ersatz vun all Hardware erfuerdert, wat deier ass an d'Wiederverwendung vun existéierender Ausrüstung verhënnert.
Och mat enger héichdimensionaler OXC-Architektur baséiert op Clos-Netzwierker, hänkt se ëmmer nach vun deieren M×N WSSen of, wat et schwéier mécht, d'Ufuerderunge fir inkrementell Upgrades ze erfëllen.
Fir dëser Erausfuerderung gerecht ze ginn, hunn d'Fuerscher eng nei Hybridarchitektur virgeschloen: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network). Duerch d'Integratioun vu mikroelektromechanesche Systemer (MEMS) a WSS behält dës Architektur eng bal blockéierend Leeschtung a gläichzäiteg ënnerstëtzt se "Pay-as-you-grow"-Fäegkeeten, wat e käschtegënschtege Upgrade-Wee fir optesch Netzwierkbetreiber bitt.
Den zentrale Design vum HMWC-OXC läit an senger dräischichteger Clos-Netzwierkstruktur.
Figur: Spanke-OXC Architektur baséiert op HMWC Netzwierker
Héichdimensional MEMS optesch Schalter ginn op den Input- an Output-Schichten agesat, wéi zum Beispill d'512×512-Skala, déi aktuell vun der aktueller Technologie ënnerstëtzt gëtt, fir e Portpool mat grousser Kapazitéit ze bilden. Déi mëttler Schicht besteet aus verschiddene méi klenge Spanke-OXC-Moduler, déi iwwer "T-Ports" matenee verbonne sinn, fir intern Stauung ze reduzéieren.
An der Ufanksphase kënnen d'Betreiber d'Infrastruktur op Basis vun existéierenden Spanke-OXC opbauen (z.B. 4×4-Skala), andeems se einfach MEMS-Switche (z.B. 32×32) op den Input- an Output-Schichten ausbauen, wärend se en eenzege Spanke-OXC-Modul an der mëttlerer Schicht behalen (an dësem Fall ass d'Zuel vun den T-Ports null). Wann d'Netzwierkkapazitéitsfuerderunge eropgoen, ginn nei Spanke-OXC-Moduler lues a lues an déi mëttler Schicht bäigefüügt, an T-Ports ginn konfiguréiert fir d'Moduler ze verbannen.
Zum Beispill, wann d'Zuel vun de Moduler an der mëttlerer Schicht vun engem op zwee erhéicht gëtt, gëtt d'Zuel vun den T-Ports op ee gesat, wouduerch d'Gesamtdimensioun vu véier op sechs eropgeet.
Figur: HMWC-OXC Beispill
Dëse Prozess follegt der Parameterbeschränkung M > N × (S − T), wou:
M ass d'Zuel vun de MEMS-Ports,
N ass d'Zuel vun den Zwëschenschichtmoduler,
S ass d'Zuel vun de Ports an engem eenzege Spanke-OXC, an
T ass d'Zuel vun den verbonnenen Häfen.
Duerch d'dynamesch Upassung vun dëse Parameteren kann HMWC-OXC eng graduell Expansioun vun enger ufänglecher Skala op eng Zildimensioun (z.B. 64×64) ënnerstëtzen, ouni all Hardwareressourcen gläichzäiteg ze ersetzen.
Fir déi tatsächlech Leeschtung vun dëser Architektur ze verifizéieren, huet d'Fuerschungsteam Simulatiounsexperimenter op Basis vun dynameschen optesche Weeufroen duerchgefouert.
Figur: Blockéierungsleistung vum HMWC-Netz
D'Simulatioun benotzt en Erlang-Verkéiersmodell, wouduerch dovun ausgaange gëtt, datt Serviceufroen enger Poisson-Verdeelung an d'Service-Haltzäiten enger negativer exponentieller Verdeelung verfollegen. Déi total Verkéiersbelaaschtung ass op 3100 Erlangs festgeluecht. Déi gewënschte OXC-Dimensioun ass 64×64, an d'MEMS-Skala vun der Input- an Output-Schicht ass och 64×64. D'Konfiguratioune vum Spanke-OXC-Modul an der mëttlerer Schicht enthalen 32×32 oder 48×48 Spezifikatiounen. D'Zuel vun den T-Ports läit vun 0 bis 16, ofhängeg vum Szenario-Ufuerderungen.
D'Resultater weisen datt am Szenario mat enger direktionaler Dimensioun vun D = 4 d'Blockéierungswahrscheinlechkeet vun HMWC-OXC no bei där vun der traditioneller Spanke-OXC Basislinn (S(64,4)) läit. Zum Beispill, mat der v(64,2,32,0,4) Konfiguratioun, klëmmt d'Blockéierungswahrscheinlechkeet nëmmen ëm ongeféier 5% ënner moderéierter Belaaschtung. Wann d'direktional Dimensioun op D = 8 eropgeet, klëmmt d'Blockéierungswahrscheinlechkeet wéinst dem "Trunk-Effekt" an der Ofsenkung vun der Faserlängt an all Richtung. Dëst Problem kann awer effektiv geléist ginn andeems d'Zuel vun den T-Ports erhéicht gëtt (zum Beispill d'v(64,2,48,16,8) Konfiguratioun).
Bemerkenswäert ass, datt, obwuel d'Zousätzlech vu Mëttelschichtmoduler intern Blockéierung wéinst T-Port-Konflikt verursaache kann, déi gesamt Architektur ëmmer nach eng optiméiert Leeschtung duerch eng entspriechend Konfiguratioun erreechen kann.
Eng Käschtenanalyse ënnersträicht weider d'Virdeeler vun HMWC-OXC, wéi an der Figur hei ënnendrënner gewisen.
Figur: Blockéierungswahrscheinlechkeet a Käschte vun ënnerschiddlechen OXC-Architekturen
A Szenarie mat héijer Dicht a mat 80 Wellelängten/Glasfaser kann den HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) d'Käschten ëm 40% am Verglach zum traditionellen Spanke-OXC reduzéieren. A Szenarie mat niddreger Wellelängt (z.B. 50 Wellelängten/Glasfaser) ass de Käschtevirdeel nach méi bedeitend wéinst der reduzéierter Zuel vun den erfuerderlechen T-Ports (z.B. v(64,2,36,4,64)).
Dëse wirtschaftleche Virdeel staamt aus der Kombinatioun vun der héijer Portdicht vun de MEMS-Switchen an enger modularer Expansiounsstrategie, déi net nëmmen d'Käschte vum groussflächegen Ersatz vu WSS vermeit, mä och d'Inkrementskäschte reduzéiert andeems existent Spanke-OXC-Moduler nei benotzt ginn. Simulatiounsresultater weisen och, datt HMWC-OXC duerch d'Upassung vun der Unzuel vun de Mëttelschichtmoduler an dem Verhältnis vun den T-Ports flexibel Leeschtung a Käschten ënner verschiddene Wellelängtkapazitéits- a Richtungskonfiguratiounen ausbalancéiere kann, wat den Operateuren multidimensional Optimiséierungsméiglechkeeten bitt.
Zukünfteg Fuerschung kann dynamesch T-Port-Allokatiounsalgorithmen weider ënnersichen, fir d'intern Ressourcenauslastung ze optimiséieren. Ausserdeem, mat de Fortschrëtter an de MEMS-Fabrikatiounsprozesser, wäert d'Integratioun vu méi héichdimensionale Schalter d'Skalierbarkeet vun dëser Architektur weider verbesseren. Fir optesch Netzwierkbetreiber ass dës Architektur besonnesch gëeegent fir Szenarie mat onsécherem Trafficwuesstem a bitt eng praktesch technesch Léisung fir de Bau vun engem resilienten a skalierbare komplett optesche Backbone-Netzwierk.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 21. August 2025