ఆప్టికల్ క్రాస్-కనెక్ట్ (OXC) యొక్క సాంకేతిక పరిణామం

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

ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్‌ల యొక్క ప్రధాన స్విచింగ్ మూలకం అయినందున, ఆప్టికల్ క్రాస్-కనెక్ట్‌ల (OXCలు) విస్తరణ సామర్థ్యం మరియు వ్యయ-సామర్థ్యం అనేవి నెట్‌వర్క్ టోపోలాజీల సౌలభ్యాన్ని నిర్ధారించడమే కాకుండా, భారీ-స్థాయి ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్‌ల నిర్మాణం, నిర్వహణ మరియు మరమ్మత్తు ఖర్చులను కూడా నేరుగా ప్రభావితం చేస్తాయి. వివిధ రకాల OXCలు వాటి నిర్మాణ రూపకల్పన మరియు కార్యాచరణ అమలులో గణనీయమైన తేడాలను ప్రదర్శిస్తాయి.

కింది పటం ఒక సాంప్రదాయ CDC-OXC (కలర్‌లెస్ డైరెక్షన్‌లెస్ కంటెన్షన్‌లెస్ ఆప్టికల్ క్రాస్-కనెక్ట్) నిర్మాణాన్ని వివరిస్తుంది, ఇది వేవ్‌లెంగ్త్ సెలెక్టివ్ స్విచ్‌లను (WSSలు) ఉపయోగిస్తుంది. లైన్ వైపున, 1 × N మరియు N × 1 WSSలు ఇన్‌గ్రెస్/ఎగ్రెస్ మాడ్యూల్స్‌గా పనిచేస్తాయి, అయితే యాడ్/డ్రాప్ వైపున ఉన్న M × K WSSలు వేవ్‌లెంగ్త్‌ల జోడింపు మరియు తొలగింపును నిర్వహిస్తాయి. ఈ మాడ్యూల్స్ OXC బ్యాక్‌ప్లేన్‌లోని ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల ద్వారా ఒకదానికొకటి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.

పటం: సాంప్రదాయ CDC-OXC నిర్మాణం

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

చిత్రం: స్పాంకే-OXC ఆర్కిటెక్చర్

పై పటంలో చూపినట్లుగా, లైన్ వైపున OXC రెండు రకాల పోర్ట్‌లతో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది: డైరెక్షనల్ పోర్ట్‌లు మరియు ఫైబర్ పోర్ట్‌లు. ప్రతి డైరెక్షనల్ పోర్ట్ నెట్‌వర్క్ టోపాలజీలో OXC యొక్క భౌగోళిక దిశకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, అయితే ప్రతి ఫైబర్ పోర్ట్, ఆ డైరెక్షనల్ పోర్ట్‌లోని ఒక జత ద్విదిశాత్మక ఫైబర్‌లను సూచిస్తుంది. ఒక డైరెక్షనల్ పోర్ట్‌లో బహుళ ద్విదిశాత్మక ఫైబర్ జతలు (అంటే, బహుళ ఫైబర్ పోర్ట్‌లు) ఉంటాయి.

స్పాంకే-ఆధారిత OXC పూర్తిగా అనుసంధానించబడిన బ్యాక్‌ప్లేన్ డిజైన్ ద్వారా ఖచ్చితంగా నాన్-బ్లాకింగ్ స్విచింగ్‌ను సాధించినప్పటికీ, నెట్‌వర్క్ ట్రాఫిక్ పెరిగేకొద్దీ దాని పరిమితులు మరింత ముఖ్యమైనవిగా మారతాయి. వాణిజ్య వేవ్‌లెంగ్త్ సెలెక్టివ్ స్విచ్‌ల (WSSలు) పోర్ట్ సంఖ్య పరిమితి (ఉదాహరణకు, ఫైనిసార్ యొక్క ఫ్లెక్స్‌గ్రిడ్ ట్విన్ 1×48 వంటి వాటిలో ప్రస్తుతం గరిష్టంగా 1×48 పోర్ట్‌లకు మాత్రమే మద్దతు ఉంది) కారణంగా, OXC పరిమాణాన్ని విస్తరించడానికి మొత్తం హార్డ్‌వేర్‌ను మార్చవలసి ఉంటుంది, ఇది ఖర్చుతో కూడుకున్నది మరియు ఇప్పటికే ఉన్న పరికరాలను తిరిగి ఉపయోగించడాన్ని నిరోధిస్తుంది.

క్లోస్ నెట్‌వర్క్‌ల ఆధారంగా అధిక-పరిమాణ OXC నిర్మాణం ఉన్నప్పటికీ, ఇది ఇప్పటికీ ఖరీదైన M×N WSSలపై ఆధారపడి ఉంటుంది, దీనివల్ల క్రమమైన అప్‌గ్రేడ్ అవసరాలను తీర్చడం కష్టమవుతుంది.

ఈ సవాలును పరిష్కరించడానికి, పరిశోధకులు ఒక నూతన హైబ్రిడ్ ఆర్కిటెక్చర్‌ను ప్రతిపాదించారు: HMWC-OXC (హైబ్రిడ్ MEMS మరియు WSS క్లోస్ నెట్‌వర్క్). మైక్రోఎలెక్ట్రోమెకానికల్ సిస్టమ్స్ (MEMS) మరియు WSSలను ఏకీకృతం చేయడం ద్వారా, ఈ ఆర్కిటెక్చర్ దాదాపు నాన్‌బ్లాకింగ్ పనితీరును కొనసాగిస్తూనే, "పే-యాజ్-యు-గ్రో" సామర్థ్యాలకు మద్దతు ఇస్తుంది, తద్వారా ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్ ఆపరేటర్లకు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన అప్‌గ్రేడ్ మార్గాన్ని అందిస్తుంది.

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

పటం: HMWC నెట్‌వర్క్‌ల ఆధారంగా స్పాంకే-OXC నిర్మాణం

అధిక సామర్థ్యం గల పోర్ట్ పూల్‌ను ఏర్పరచడానికి, ప్రస్తుత సాంకేతికత మద్దతు ఇస్తున్న 512×512 స్కేల్ వంటి అధిక-పరిమాణ MEMS ఆప్టికల్ స్విచ్‌లను ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ పొరలలో అమర్చారు. మధ్య పొరలో అంతర్గత రద్దీని తగ్గించడానికి "T-పోర్ట్‌ల" ద్వారా అనుసంధానించబడిన అనేక చిన్న స్పాంకే-OXC మాడ్యూల్స్ ఉంటాయి.

ప్రారంభ దశలో, ఆపరేటర్లు ఇప్పటికే ఉన్న Spanke-OXC (ఉదాహరణకు, 4×4 స్కేల్) ఆధారంగా మౌలిక సదుపాయాలను నిర్మించవచ్చు. ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ లేయర్‌లలో MEMS స్విచ్‌లను (ఉదాహరణకు, 32×32) అమర్చి, మధ్య లేయర్‌లో ఒకే Spanke-OXC మాడ్యూల్‌ను ఉంచుతారు (ఈ సందర్భంలో, T-పోర్ట్‌ల సంఖ్య సున్నా). నెట్‌వర్క్ సామర్థ్య అవసరాలు పెరిగేకొద్దీ, కొత్త Spanke-OXC మాడ్యూల్‌లను క్రమంగా మధ్య లేయర్‌కు జోడిస్తారు మరియు ఆ మాడ్యూల్‌లను కనెక్ట్ చేయడానికి T-పోర్ట్‌లను కాన్ఫిగర్ చేస్తారు.

ఉదాహరణకు, మధ్య పొర మాడ్యూళ్ల సంఖ్యను ఒకటి నుండి రెండుకు విస్తరించినప్పుడు, T-పోర్ట్‌ల సంఖ్య ఒకటిగా సెట్ చేయబడుతుంది, దీనివల్ల మొత్తం పరిమాణం నాలుగు నుండి ఆరుకు పెరుగుతుంది.

పటం: HMWC-OXC ఉదాహరణ

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

M అనేది MEMS పోర్ట్‌ల సంఖ్య,
N అనేది మధ్యంతర పొర మాడ్యూళ్ల సంఖ్య,
S అనేది ఒకే స్పాంకే-OXCలోని పోర్ట్‌ల సంఖ్య, మరియు
T అనేది పరస్పరం అనుసంధానించబడిన పోర్టుల సంఖ్య.

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

ఈ ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క వాస్తవ పనితీరును ధృవీకరించడానికి, పరిశోధన బృందం డైనమిక్ ఆప్టికల్ పాత్ అభ్యర్థనల ఆధారంగా సిమ్యులేషన్ ప్రయోగాలు నిర్వహించింది.

పటం: HMWC నెట్‌వర్క్ యొక్క బ్లాకింగ్ పనితీరు

ఈ సిమ్యులేషన్ ఎర్లాంగ్ ట్రాఫిక్ మోడల్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇందులో సర్వీస్ రిక్వెస్ట్‌లు పాయిసన్ డిస్ట్రిబ్యూషన్‌ను మరియు సర్వీస్ హోల్డ్ టైమ్‌లు నెగటివ్ ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ డిస్ట్రిబ్యూషన్‌ను అనుసరిస్తాయని భావించబడింది. మొత్తం ట్రాఫిక్ లోడ్ 3100 ఎర్లాంగ్‌లుగా సెట్ చేయబడింది. టార్గెట్ OXC డైమెన్షన్ 64×64, మరియు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ లేయర్ MEMS స్కేల్ కూడా 64×64. మిడిల్ లేయర్ స్పాంకే-OXC మాడ్యూల్ కాన్ఫిగరేషన్‌లలో 32×32 లేదా 48×48 స్పెసిఫికేషన్‌లు ఉంటాయి. సినారియో అవసరాలను బట్టి T-పోర్ట్‌ల సంఖ్య 0 నుండి 16 వరకు ఉంటుంది.

ఫలితాలు చూపిస్తున్నదేమిటంటే, D = 4 దిశాత్మక పరిమాణం ఉన్న సందర్భంలో, HMWC-OXC యొక్క బ్లాకింగ్ సంభావ్యత సాంప్రదాయ Spanke-OXC బేస్‌లైన్ (S(64,4))కు దగ్గరగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, v(64,2,32,0,4) కాన్ఫిగరేషన్‌ను ఉపయోగించినప్పుడు, మితమైన లోడ్ కింద బ్లాకింగ్ సంభావ్యత సుమారుగా 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 (ఉదాహరణకు, v(64,2,48,16,8) కాన్ఫిగరేషన్) ఈ సమస్యను సమర్థవంతంగా తగ్గించవచ్చు.

ముఖ్యంగా, మిడ్-లేయర్ మాడ్యూల్స్‌ను జోడించడం వల్ల T-పోర్ట్ పోటీ కారణంగా అంతర్గత బ్లాకింగ్ ఏర్పడినప్పటికీ, సరైన కాన్ఫిగరేషన్ ద్వారా మొత్తం ఆర్కిటెక్చర్ ఆప్టిమైజ్డ్ పనితీరును సాధించగలదు.

దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా, వ్యయ విశ్లేషణ HMWC-OXC యొక్క ప్రయోజనాలను మరింతగా స్పష్టం చేస్తుంది.

పటం: విభిన్న OXC ఆర్కిటెక్చర్‌ల బ్లాకింగ్ సంభావ్యత మరియు వ్యయం

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

MEMS స్విచ్‌ల యొక్క అధిక పోర్ట్ సాంద్రత మరియు మాడ్యులర్ విస్తరణ వ్యూహం కలయిక వల్ల ఈ ఆర్థిక ప్రయోజనం లభిస్తుంది. ఇది పెద్ద ఎత్తున WSS భర్తీ ఖర్చును నివారించడమే కాకుండా, ఇప్పటికే ఉన్న Spanke-OXC మాడ్యూళ్లను తిరిగి ఉపయోగించడం ద్వారా అదనపు ఖర్చులను కూడా తగ్గిస్తుంది. సిమ్యులేషన్ ఫలితాలు కూడా మిడ్-లేయర్ మాడ్యూళ్ల సంఖ్యను మరియు T-పోర్ట్‌ల నిష్పత్తిని సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, HMWC-OXC విభిన్న తరంగదైర్ఘ్య సామర్థ్యం మరియు దిశ కాన్ఫిగరేషన్‌ల కింద పనితీరు మరియు ఖర్చును అనువుగా సమతుల్యం చేయగలదని, ఆపరేటర్లకు బహుముఖ ఆప్టిమైజేషన్ అవకాశాలను అందిస్తుందని చూపిస్తున్నాయి.

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