ఆప్టికల్ క్రాస్-కనెక్ట్ (OXC) యొక్క సాంకేతిక పరిణామం

OXC (ఆప్టికల్ క్రాస్-కనెక్ట్) అనేది ROADM (రీకాన్ఫిగరబుల్ ఆప్టికల్ యాడ్-డ్రాప్ మల్టీప్లెక్సర్) యొక్క అభివృద్ధి చెందిన వెర్షన్.

ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్‌ల యొక్క ప్రధాన స్విచింగ్ ఎలిమెంట్‌గా, ఆప్టికల్ క్రాస్-కనెక్ట్‌ల (OXCలు) స్కేలబిలిటీ మరియు ఖర్చు-ప్రభావం నెట్‌వర్క్ టోపోలాజీల వశ్యతను నిర్ణయించడమే కాకుండా పెద్ద-స్థాయి ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్‌ల నిర్మాణం మరియు ఆపరేషన్ మరియు నిర్వహణ ఖర్చులను నేరుగా ప్రభావితం చేస్తాయి. వివిధ రకాల OXCలు నిర్మాణ రూపకల్పన మరియు క్రియాత్మక అమలులో గణనీయమైన తేడాలను ప్రదర్శిస్తాయి.

క్రింద ఉన్న చిత్రం సాంప్రదాయ CDC-OXC (రంగులేని దిశలేని కంటెంట్‌లెస్ ఆప్టికల్ క్రాస్-కనెక్ట్) నిర్మాణాన్ని వివరిస్తుంది, ఇది తరంగదైర్ఘ్యం ఎంపిక స్విచ్‌లను (WSSలు) ఉపయోగిస్తుంది. లైన్ వైపు, 1 × N మరియు N × 1 WSSలు ఇన్‌గ్రెస్/ఎగ్రెస్ మాడ్యూల్‌లుగా పనిచేస్తాయి, అయితే యాడ్/డ్రాప్ వైపున ఉన్న M × K WSSలు తరంగదైర్ఘ్యాల జోడింపు మరియు డ్రాప్‌ను నిర్వహిస్తాయి. ఈ మాడ్యూల్స్ OXC బ్యాక్‌ప్లేన్‌లోని ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల ద్వారా ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.

చిత్రం: సాంప్రదాయ CDC-OXC ఆర్కిటెక్చర్

బ్యాక్‌ప్లేన్‌ను స్పాంకే నెట్‌వర్క్‌గా మార్చడం ద్వారా కూడా దీనిని సాధించవచ్చు, దీని ఫలితంగా మా స్పాంకే-OXC ఆర్కిటెక్చర్ ఏర్పడుతుంది.

చిత్రం: స్పాంకే-OXC ఆర్కిటెక్చర్

పైన ఉన్న చిత్రం లైన్ వైపున, OXC రెండు రకాల పోర్ట్‌లతో అనుబంధించబడిందని చూపిస్తుంది: డైరెక్షనల్ పోర్ట్‌లు మరియు ఫైబర్ పోర్ట్‌లు. ప్రతి డైరెక్షనల్ పోర్ట్ నెట్‌వర్క్ టోపోలాజీలో OXC యొక్క భౌగోళిక దిశకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, అయితే ప్రతి ఫైబర్ పోర్ట్ డైరెక్షనల్ పోర్ట్‌లోని ద్వి దిశాత్మక ఫైబర్‌ల జతను సూచిస్తుంది. ఒక డైరెక్షనల్ పోర్ట్ బహుళ ద్వి దిశాత్మక ఫైబర్ జతలను కలిగి ఉంటుంది (అనగా, బహుళ ఫైబర్ పోర్ట్‌లు).

స్పాంకే-ఆధారిత OXC పూర్తిగా అనుసంధానించబడిన బ్యాక్‌ప్లేన్ డిజైన్ ద్వారా ఖచ్చితంగా నిరోధించని స్విచింగ్‌ను సాధిస్తుండగా, నెట్‌వర్క్ ట్రాఫిక్ పెరిగేకొద్దీ దాని పరిమితులు మరింత ముఖ్యమైనవిగా మారతాయి. వాణిజ్య తరంగదైర్ఘ్యం సెలెక్టివ్ స్విచ్‌ల (WSSలు) పోర్ట్ కౌంట్ పరిమితి (ఉదాహరణకు, ప్రస్తుత గరిష్ట మద్దతు 1×48 పోర్ట్‌లు, ఫినిసార్ యొక్క ఫ్లెక్స్‌గ్రిడ్ ట్విన్ 1×48 వంటివి) అంటే OXC పరిమాణాన్ని విస్తరించడానికి అన్ని హార్డ్‌వేర్‌లను భర్తీ చేయాల్సి ఉంటుంది, ఇది ఖరీదైనది మరియు ఇప్పటికే ఉన్న పరికరాల పునర్వినియోగాన్ని నిరోధిస్తుంది.

క్లోస్ నెట్‌వర్క్‌ల ఆధారంగా హై-డైమెన్షనల్ OXC ఆర్కిటెక్చర్‌తో కూడా, ఇది ఇప్పటికీ ఖరీదైన M×N WSSలపై ఆధారపడుతుంది, దీనివల్ల పెరుగుతున్న అప్‌గ్రేడ్ అవసరాలను తీర్చడం కష్టమవుతుంది.

ఈ సవాలును పరిష్కరించడానికి, పరిశోధకులు ఒక నవల హైబ్రిడ్ ఆర్కిటెక్చర్‌ను ప్రతిపాదించారు: HMWC-OXC (హైబ్రిడ్ MEMS మరియు WSS క్లోస్ నెట్‌వర్క్). మైక్రోఎలక్ట్రోమెకానికల్ సిస్టమ్స్ (MEMS) మరియు WSSలను ఏకీకృతం చేయడం ద్వారా, ఈ ఆర్కిటెక్చర్ "మీరు పెరిగే కొద్దీ చెల్లించే" సామర్థ్యాలకు మద్దతు ఇస్తూ దాదాపుగా నాన్‌బ్లాకింగ్ పనితీరును నిర్వహిస్తుంది, ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్ ఆపరేటర్లకు ఖర్చుతో కూడుకున్న అప్‌గ్రేడ్ మార్గాన్ని అందిస్తుంది.

HMWC-OXC యొక్క ప్రధాన రూపకల్పన దాని మూడు-పొరల క్లోస్ నెట్‌వర్క్ నిర్మాణంలో ఉంది.

చిత్రం: HMWC నెట్‌వర్క్‌ల ఆధారంగా స్పాంకే-OXC ఆర్కిటెక్చర్

అధిక-పరిమాణ MEMS ఆప్టికల్ స్విచ్‌లు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ లేయర్‌ల వద్ద అమర్చబడి ఉంటాయి, ప్రస్తుత సాంకేతికత ద్వారా ప్రస్తుతం మద్దతు ఇవ్వబడిన 512×512 స్కేల్ వంటివి, పెద్ద-సామర్థ్యం గల పోర్ట్ పూల్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. మధ్య పొరలో బహుళ చిన్న స్పాంకే-OXC మాడ్యూల్స్ ఉంటాయి, అంతర్గత రద్దీని తగ్గించడానికి "T-పోర్ట్‌లు" ద్వారా ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.

ప్రారంభ దశలో, ఆపరేటర్లు ఇప్పటికే ఉన్న స్పాంకే-OXC (ఉదా., 4×4 స్కేల్) ఆధారంగా మౌలిక సదుపాయాలను నిర్మించవచ్చు, ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ లేయర్‌ల వద్ద MEMS స్విచ్‌లను (ఉదా., 32×32) అమలు చేయడం ద్వారా, మధ్య లేయర్‌లో ఒకే స్పాంకే-OXC మాడ్యూల్‌ను నిలుపుకుంటారు (ఈ సందర్భంలో, T-పోర్ట్‌ల సంఖ్య సున్నా). నెట్‌వర్క్ సామర్థ్య అవసరాలు పెరిగేకొద్దీ, కొత్త స్పాంకే-OXC మాడ్యూల్స్ క్రమంగా మధ్య లేయర్‌కు జోడించబడతాయి మరియు మాడ్యూల్‌లను కనెక్ట్ చేయడానికి T-పోర్ట్‌లు కాన్ఫిగర్ చేయబడతాయి.

ఉదాహరణకు, మిడిల్ లేయర్ మాడ్యూళ్ల సంఖ్యను ఒకటి నుండి రెండుకు విస్తరించేటప్పుడు, T-పోర్ట్‌ల సంఖ్య ఒకటికి సెట్ చేయబడుతుంది, మొత్తం కోణాన్ని నాలుగు నుండి ఆరుకు పెంచుతుంది.

చిత్రం: HMWC-OXC ఉదాహరణ

ఈ ప్రక్రియ M > N × (S − T) అనే పారామితి పరిమితిని అనుసరిస్తుంది, ఇక్కడ:

M అనేది MEMS పోర్టుల సంఖ్య,
N అనేది ఇంటర్మీడియట్ లేయర్ మాడ్యూళ్ల సంఖ్య,
S అనేది ఒకే స్పాంకే-OXCలోని పోర్ట్‌ల సంఖ్య, మరియు
T అనేది ఇంటర్‌కనెక్టడ్ పోర్టుల సంఖ్య.

ఈ పారామితులను డైనమిక్‌గా సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, HMWC-OXC అన్ని హార్డ్‌వేర్ వనరులను ఒకేసారి భర్తీ చేయకుండా ప్రారంభ స్కేల్ నుండి లక్ష్య పరిమాణానికి (ఉదా., 64×64) క్రమంగా విస్తరణకు మద్దతు ఇవ్వగలదు.

ఈ నిర్మాణం యొక్క వాస్తవ పనితీరును ధృవీకరించడానికి, పరిశోధన బృందం డైనమిక్ ఆప్టికల్ పాత్ అభ్యర్థనల ఆధారంగా అనుకరణ ప్రయోగాలను నిర్వహించింది.

చిత్రం: HMWC నెట్‌వర్క్ పనితీరును నిరోధించడం

సేవా అభ్యర్థనలు పాయిజన్ పంపిణీని అనుసరిస్తాయని మరియు సేవా హోల్డ్ సమయాలు ప్రతికూల ఘాతాంక పంపిణీని అనుసరిస్తాయని ఊహిస్తూ, ఈ సిమ్యులేషన్ ఎర్లాంగ్ ట్రాఫిక్ మోడల్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. మొత్తం ట్రాఫిక్ లోడ్ 3100 ఎర్లాంగ్‌లకు సెట్ చేయబడింది. లక్ష్య OXC పరిమాణం 64×64, మరియు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ లేయర్ MEMS స్కేల్ కూడా 64×64. మధ్య పొర స్పాంకే-OXC మాడ్యూల్ కాన్ఫిగరేషన్‌లలో 32×32 లేదా 48×48 స్పెసిఫికేషన్‌లు ఉంటాయి. దృశ్య అవసరాలను బట్టి T-పోర్ట్‌ల సంఖ్య 0 నుండి 16 వరకు ఉంటుంది.

D = 4 దిశాత్మక పరిమాణం ఉన్న సందర్భంలో, HMWC-OXC యొక్క బ్లాకింగ్ సంభావ్యత సాంప్రదాయ స్పాంకే-OXC బేస్‌లైన్ (S(64,4)) కి దగ్గరగా ఉంటుందని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. ఉదాహరణకు, v(64,2,32,0,4) కాన్ఫిగరేషన్‌ను ఉపయోగించి, మోడరేట్ లోడ్ కింద బ్లాకింగ్ సంభావ్యత సుమారు 5% మాత్రమే పెరుగుతుంది. దిశాత్మక పరిమాణం D = 8కి పెరిగినప్పుడు, "ట్రంక్ ఎఫెక్ట్" మరియు ప్రతి దిశలో ఫైబర్ పొడవు తగ్గడం వల్ల బ్లాకింగ్ సంభావ్యత పెరుగుతుంది. అయితే, T-పోర్ట్‌ల సంఖ్యను పెంచడం ద్వారా ఈ సమస్యను సమర్థవంతంగా తగ్గించవచ్చు (ఉదాహరణకు, v(64,2,48,16,8) కాన్ఫిగరేషన్).

ముఖ్యంగా, మిడ్-లేయర్ మాడ్యూల్స్ జోడించడం వలన T-పోర్ట్ వివాదం కారణంగా అంతర్గత బ్లాకింగ్ ఏర్పడవచ్చు, మొత్తం ఆర్కిటెక్చర్ తగిన కాన్ఫిగరేషన్ ద్వారా ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన పనితీరును సాధించగలదు.

దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ఖర్చు విశ్లేషణ HMWC-OXC యొక్క ప్రయోజనాలను మరింత హైలైట్ చేస్తుంది.

చిత్రం: వివిధ OXC ఆర్కిటెక్చర్ల సంభావ్యత మరియు వ్యయాన్ని నిరోధించడం

80 తరంగదైర్ఘ్యాలు/ఫైబర్ ఉన్న అధిక-సాంద్రత దృశ్యాలలో, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) సాంప్రదాయ స్పాంకే-OXCతో పోలిస్తే 40% ఖర్చులను తగ్గించగలదు. తక్కువ-తరంగదైర్ఘ్యాలు/ఫైబర్ దృశ్యాలలో (ఉదా., 50 తరంగదైర్ఘ్యాలు/ఫైబర్), అవసరమైన T-పోర్ట్‌ల సంఖ్య తగ్గడం వల్ల ఖర్చు ప్రయోజనం మరింత ముఖ్యమైనది (ఉదా., v(64,2,36,4,64)).

ఈ ఆర్థిక ప్రయోజనం MEMS స్విచ్‌ల యొక్క అధిక పోర్ట్ సాంద్రత మరియు మాడ్యులర్ విస్తరణ వ్యూహం కలయిక నుండి వచ్చింది, ఇది పెద్ద-స్థాయి WSS భర్తీ ఖర్చును నివారించడమే కాకుండా ఇప్పటికే ఉన్న స్పాంకే-OXC మాడ్యూల్‌లను తిరిగి ఉపయోగించడం ద్వారా పెరుగుతున్న ఖర్చులను కూడా తగ్గిస్తుంది. మిడ్-లేయర్ మాడ్యూల్‌ల సంఖ్య మరియు T-పోర్ట్‌ల నిష్పత్తిని సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, HMWC-OXC వివిధ తరంగదైర్ఘ్య సామర్థ్యం మరియు దిశ కాన్ఫిగరేషన్‌ల కింద పనితీరు మరియు వ్యయాన్ని సరళంగా సమతుల్యం చేయగలదని, ఆపరేటర్లకు బహుళ-డైమెన్షనల్ ఆప్టిమైజేషన్ అవకాశాలను అందిస్తుందని అనుకరణ ఫలితాలు కూడా చూపిస్తున్నాయి.

భవిష్యత్ పరిశోధనలు అంతర్గత వనరుల వినియోగాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి డైనమిక్ టి-పోర్ట్ కేటాయింపు అల్గారిథమ్‌లను మరింత అన్వేషించగలవు. ఇంకా, MEMS తయారీ ప్రక్రియలలో పురోగతితో, అధిక-డైమెన్షనల్ స్విచ్‌ల ఏకీకరణ ఈ ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క స్కేలబిలిటీని మరింత మెరుగుపరుస్తుంది. ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్ ఆపరేటర్ల కోసం, ఈ ఆర్కిటెక్చర్ అనిశ్చిత ట్రాఫిక్ పెరుగుదల ఉన్న దృశ్యాలకు ప్రత్యేకంగా అనుకూలంగా ఉంటుంది, ఇది స్థితిస్థాపకంగా మరియు స్కేలబుల్ ఆల్-ఆప్టికల్ బ్యాక్‌బోన్ నెట్‌వర్క్‌ను నిర్మించడానికి ఆచరణాత్మక సాంకేతిక పరిష్కారాన్ని అందిస్తుంది.