OXC (optical cross-connect) hè una versione evoluta di ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer).
Cum'è l'elementu di cummutazione principale di e rete ottiche, a scalabilità è l'efficacia in termini di costi di e cunnessione incrociate ottiche (OXC) ùn solu determinanu a flessibilità di e topologie di rete, ma anu ancu un impattu direttu nantu à i costi di custruzzione, di funziunamentu è di manutenzione di e rete ottiche à grande scala. Diversi tipi d'OXC mostranu differenze significative in u disignu architettonicu è in l'implementazione funzionale.
A figura quì sottu illustra un'architettura tradiziunale CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect), chì utilizza interruttori selettivi di lunghezza d'onda (WSS). Da u latu di a linea, 1 × N è N × 1 WSS servenu cum'è moduli d'ingressu/uscita, mentre chì M × K WSS da u latu d'aghjunta/eliminazione gestiscenu l'aghjunta è l'eliminazione di lunghezze d'onda. Quessi moduli sò interconnessi via fibre ottiche in u backplane OXC.
Figura: Architettura tradiziunale CDC-OXC
Questu pò ancu esse ottenutu cunvertendu u backplane in una rete Spanke, dendu locu à a nostra architettura Spanke-OXC.
Figura: Architettura Spanke-OXC
A figura sopra mostra chì da u latu di a linea, l'OXC hè assuciatu à dui tipi di porti: porti direzionali è porti in fibra. Ogni portu direzionale currisponde à a direzzione geografica di l'OXC in a topologia di a rete, mentre chì ogni portu in fibra rapprisenta una coppia di fibre bidirezionali in u portu direzionale. Un portu direzionale cuntene parechje coppie di fibre bidirezionali (vale à dì, parechji porti in fibra).
Mentre l'OXC basatu annantu à Spanke riesce à ottene una commutazione strettamente senza blocchi attraversu un cuncepimentu di backplane cumpletamente interconnessu, i so limiti diventanu sempre più significativi cù l'aumentu di u trafficu di a rete. U limite di u numeru di porte di i switch selettivi di lunghezza d'onda (WSS) cummerciali (per esempiu, u massimu attualmente supportatu hè 1 × 48 porte, cum'è FlexGrid Twin 1 × 48 di Finisar) significa chì l'espansione di a dimensione OXC richiede a sustituzione di tuttu l'hardware, ciò chì hè caru è impedisce u riutilizazione di l'equipaggiamenti esistenti.
Ancu cù un'architettura OXC ad alta dimensione basata nantu à e rete Clos, si basa sempre nantu à WSS M×N costosi, ciò chì rende difficiule di risponde à i requisiti di aghjurnamentu incrementale.
Per affruntà sta sfida, i circadori anu prupostu una nova architettura ibrida: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network). Integrandu sistemi microelettromeccanichi (MEMS) è WSS, sta architettura mantene prestazioni quasi senza blocchi pur supportendu capacità di "pay-as-you-grow", furnendu un percorsu di aghjurnamentu à bon pattu per l'operatori di rete ottica.
U cuncepimentu principale di HMWC-OXC si trova in a so struttura di rete Clos à trè strati.
Figura: Architettura Spanke-OXC basata annantu à e rete HMWC
L'interruttori ottici MEMS d'alta dimensione sò implementati à i strati d'entrata è di uscita, cum'è a scala 512 × 512 attualmente supportata da a tecnulugia attuale, per furmà un pool di porti di grande capacità. U stratu mediu hè custituitu da parechji moduli Spanke-OXC più chjuchi, interconnessi via "porti T" per alleviare a congestione interna.
In a fase iniziale, l'operatori ponu custruisce l'infrastruttura basata annantu à Spanke-OXC esistente (per esempiu, scala 4×4), semplicemente implementendu switch MEMS (per esempiu, 32×32) à i livelli d'entrata è di uscita, mantenendu un unicu modulu Spanke-OXC in u livellu mediu (in questu casu, u numeru di porte T hè zero). À misura chì i requisiti di capacità di a rete aumentanu, novi moduli Spanke-OXC sò aghjunti gradualmente à u livellu mediu, è e porte T sò cunfigurate per cunnette i moduli.
Per esempiu, quandu si espande u numeru di moduli di u stratu mediu da unu à dui, u numeru di porte T hè impostu à unu, aumentendu a dimensione tutale da quattru à sei.
Figura: Esempiu HMWC-OXC
Stu prucessu seguita a restrizione di parametri M > N × (S − T), induve:
M hè u numeru di porti MEMS,
N hè u numeru di moduli di stratu intermediu,
S hè u numeru di porti in un unicu Spanke-OXC, è
T hè u numeru di porti interconnessi.
Ajustendu dinamicamente questi parametri, HMWC-OXC pò supportà l'espansione graduale da una scala iniziale à una dimensione di destinazione (per esempiu, 64 × 64) senza rimpiazzà tutte e risorse hardware in una volta.
Per verificà e prestazioni attuali di sta architettura, a squadra di ricerca hà realizatu esperimenti di simulazione basati nantu à richieste di percorsi ottici dinamici.
Figura: Prestazione di bloccu di a rete HMWC
A simulazione usa un mudellu di trafficu Erlang, supponendu chì e richieste di serviziu seguitanu una distribuzione di Poisson è chì i tempi di attesa di u serviziu seguitanu una distribuzione esponenziale negativa. U caricu tutale di u trafficu hè fissatu à 3100 Erlangs. A dimensione OXC di destinazione hè 64 × 64, è a scala MEMS di u stratu d'entrata è di uscita hè ancu 64 × 64. E cunfigurazioni di u modulu Spanke-OXC di u stratu mediu includenu specifiche 32 × 32 o 48 × 48. U numeru di porte T varieghja da 0 à 16 secondu i requisiti di u scenariu.
I risultati mostranu chì, in u scenariu cù una dimensione direzionale di D = 4, a probabilità di bloccu di HMWC-OXC hè vicina à quella di a basa tradiziunale Spanke-OXC (S(64,4)). Per esempiu, aduprendu a cunfigurazione v(64,2,32,0,4), a probabilità di bloccu aumenta solu di circa 5% sottu carica moderata. Quandu a dimensione direzionale aumenta à D = 8, a probabilità di bloccu aumenta per via di "l'effettu troncu" è a diminuzione di a lunghezza di a fibra in ogni direzzione. Tuttavia, stu prublema pò esse alleviatu efficacemente aumentendu u numeru di porte T (per esempiu, a cunfigurazione v(64,2,48,16,8)).
In particulare, ancu s'è l'aghjunta di moduli di livellu intermediu pò causà blocchi internu per via di a cuntesa di u portu T, l'architettura generale pò ancu ottene prestazioni ottimizzate per mezu di una cunfigurazione adatta.
Un'analisi di i costi mette in risaltu ancu i vantaghji di HMWC-OXC, cum'è mostratu in a figura sottu.
Figura: Probabilità di bloccu è costu di diverse architetture OXC
In scenarii d'alta densità cù 80 lunghezze d'onda/fibra, l'HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) pò riduce i costi di u 40% paragunatu à u Spanke-OXC tradiziunale. In scenarii di bassa lunghezza d'onda (per esempiu, 50 lunghezze d'onda/fibra), u vantaghju di costu hè ancu più significativu per via di u numeru riduttu di porte T richieste (per esempiu, v(64,2,36,4,64)).
Stu benefiziu ecunomicu deriva da a cumbinazione di l'alta densità di porti di l'interruttori MEMS è di una strategia d'espansione mudulare, chì ùn solu evita a spesa di a sustituzione di WSS à grande scala, ma riduce ancu i costi incrementali riutilizendu i moduli Spanke-OXC esistenti. I risultati di a simulazione mostranu ancu chì aghjustendu u numeru di moduli di u stratu intermediu è u rapportu di i porti T, HMWC-OXC pò equilibrà in modu flessibile e prestazioni è u costu sottu diverse cunfigurazioni di capacità è direzzione di lunghezza d'onda, furnendu à l'operatori opportunità di ottimizazione multidimensionale.
A ricerca futura pò esplorà ulteriormente l'algoritmi dinamici di allocazione di T-port per ottimizà l'utilizazione interna di e risorse. Inoltre, cù i progressi in i prucessi di fabricazione MEMS, l'integrazione di switch di dimensioni superiori migliurà ulteriormente a scalabilità di sta architettura. Per l'operatori di rete ottica, sta architettura hè particularmente adatta per scenarii cù una crescita di u trafficu incerta, furnendu una suluzione tecnica pratica per custruisce una rete backbone tutta ottica resistente è scalabile.
Data di publicazione: 21 d'aostu 2025