OXC (optik çapraz bağlantı), ROADM'nin (Yeniden Yapılandırılabilir Optik Ekle-Bırak Çoklayıcı) geliştirilmiş bir versiyonudur.
Optik ağların temel anahtarlama elemanı olan optik çapraz bağlantıların (OXC'ler) ölçeklenebilirliği ve maliyet etkinliği, yalnızca ağ topolojilerinin esnekliğini belirlemekle kalmaz, aynı zamanda büyük ölçekli optik ağların kurulum, işletme ve bakım maliyetlerini de doğrudan etkiler. Farklı OXC tipleri, mimari tasarım ve işlevsel uygulama açısından önemli farklılıklar gösterir.
Aşağıdaki şekil, dalga boyu seçici anahtarlar (WSS'ler) kullanan geleneksel bir CDC-OXC (Renksiz Yönsüz Çatışmasız Optik Çapraz Bağlantı) mimarisini göstermektedir. Hat tarafında, 1 × N ve N × 1 WSS'ler giriş/çıkış modülleri olarak görev yaparken, ekleme/bırakma tarafındaki M × K WSS'ler dalga boylarının eklenmesini ve bırakılmasını yönetir. Bu modüller, OXC arka panelindeki optik fiberler aracılığıyla birbirine bağlanır.
Şekil: Geleneksel CDC-OXC Mimarisi
Bu, arka paneli bir Spanke ağına dönüştürerek de başarılabilir ve bu da Spanke-OXC mimarimizle sonuçlanır.
Şekil: Spanke-OXC Mimarisi
Yukarıdaki şekil, hat tarafında OXC'nin iki tür portla ilişkili olduğunu göstermektedir: yönlü portlar ve fiber portlar. Her yönlü port, ağ topolojisindeki OXC'nin coğrafi yönüne karşılık gelirken, her fiber portu, yönlü port içindeki bir çift çift yönlü fiberi temsil eder. Yönlü bir port, birden fazla çift yönlü fiber çifti (yani, birden fazla fiber portu) içerir.
Spanke tabanlı OXC, tamamen birbirine bağlı bir arka panel tasarımıyla kesinlikle bloke olmayan anahtarlama sağlasa da, ağ trafiği arttıkça sınırlamaları giderek daha önemli hale geliyor. Ticari dalga boyu seçici anahtarların (WSS'ler) port sayısı sınırı (örneğin, şu anda desteklenen maksimum port sayısı 1x48'dir, örneğin Finisar'ın FlexGrid Twin 1x48'i), OXC boyutunun genişletilmesinin tüm donanımın değiştirilmesini gerektirdiği anlamına gelir; bu da maliyetlidir ve mevcut ekipmanın yeniden kullanılmasını engeller.
Clos ağlarına dayalı yüksek boyutlu bir OXC mimarisi bile, hala pahalı M×N WSS'lere dayandığından, artımlı yükseltme gereksinimlerini karşılamak zorlaşıyor.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırmacılar, yeni bir hibrit mimari önerdiler: HMWC-OXC (Hibrit MEMS ve WSS Kapalı Ağ). Mikroelektromekanik sistemleri (MEMS) ve WSS'yi entegre eden bu mimari, neredeyse blokajsız performansı korurken "büyüdükçe öde" özelliklerini destekleyerek optik ağ operatörleri için uygun maliyetli bir yükseltme yolu sunuyor.
HMWC-OXC’nin temel tasarımı üç katmanlı Clos ağ yapısında yatmaktadır.
Şekil: HMWC Ağlarına Dayalı Spanke-OXC Mimarisi
Giriş ve çıkış katmanlarında, mevcut teknoloji tarafından desteklenen 512x512 ölçeği gibi yüksek boyutlu MEMS optik anahtarlar kullanılarak, büyük kapasiteli bir port havuzu oluşturulmuştur. Orta katman, dahili tıkanıklığı azaltmak için "T portları" aracılığıyla birbirine bağlanan birden fazla küçük Spanke-OXC modülünden oluşur.
İlk aşamada, operatörler mevcut Spanke-OXC (örneğin 4x4 ölçekli) altyapısını, giriş ve çıkış katmanlarına MEMS anahtarları (örneğin 32x32) yerleştirerek ve orta katmanda tek bir Spanke-OXC modülü tutarak (bu durumda T-port sayısı sıfırdır) kurabilirler. Ağ kapasitesi gereksinimleri arttıkça, orta katmana kademeli olarak yeni Spanke-OXC modülleri eklenir ve modülleri bağlamak için T-portlar yapılandırılır.
Örneğin, orta katman modüllerinin sayısı birden ikiye çıkarıldığında, T-port sayısı bire ayarlanır ve toplam boyut dörtten altıya çıkar.
Şekil: HMWC-OXC Örneği
Bu işlem, şu parametre kısıtlamasını izler: M > N × (S − T), burada:
M, MEMS portlarının sayısıdır,
N, ara katman modüllerinin sayısıdır,
S, tek bir Spanke-OXC'deki port sayısıdır ve
T, birbirine bağlı portların sayısıdır.
HMWC-OXC, bu parametreleri dinamik olarak ayarlayarak, tüm donanım kaynaklarını bir kerede değiştirmeden başlangıç ölçeğinden hedef boyuta (örneğin 64x64) kademeli genişlemeyi destekleyebilir.
Bu mimarinin gerçek performansını doğrulamak için araştırma ekibi, dinamik optik yol isteklerine dayalı simülasyon deneyleri yürüttü.
Şekil: HMWC Ağının Engelleme Performansı
Simülasyon, hizmet isteklerinin Poisson dağılımını ve hizmet bekleme sürelerinin negatif üstel dağılımını izlediğini varsayarak bir Erlang trafik modeli kullanmaktadır. Toplam trafik yükü 3100 Erlang olarak ayarlanmıştır. Hedef OXC boyutu 64x64'tür ve giriş ve çıkış katmanı MEMS ölçeği de 64x64'tür. Orta katman Spanke-OXC modül yapılandırmaları 32x32 veya 48x48 spesifikasyonlarını içerir. T-port sayısı, senaryo gereksinimlerine bağlı olarak 0 ile 16 arasında değişmektedir.
Sonuçlar, D = 4 yönlü boyuta sahip senaryoda, HMWC-OXC'nin bloke olma olasılığının geleneksel Spanke-OXC temel değerine (S(64,4)) yakın olduğunu göstermektedir. Örneğin, v(64,2,32,0,4) konfigürasyonu kullanıldığında, bloke olma olasılığı orta yük altında yalnızca yaklaşık %5 artmaktadır. Yön boyutu D = 8'e yükseldiğinde, "gövde etkisi" ve her yöndeki fiber uzunluğundaki azalma nedeniyle bloke olma olasılığı artmaktadır. Ancak, bu sorun T-port sayısının artırılmasıyla etkili bir şekilde hafifletilebilir (örneğin, v(64,2,48,16,8) konfigürasyonu).
Özellikle, orta katman modüllerinin eklenmesi T-port çekişmesi nedeniyle dahili blokajlara neden olabilse de, genel mimari uygun yapılandırma ile yine de optimize edilmiş performansa ulaşabilir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, HMWC-OXC'nin avantajları maliyet analiziyle daha da belirgin hale getirilebilir.
Şekil: Farklı OXC Mimarilerinin Engelleme Olasılığı ve Maliyeti
80 dalga boyu/fiber içeren yüksek yoğunluklu senaryolarda, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)), geleneksel Spanke-OXC'ye kıyasla maliyetleri %40 oranında azaltabilir. Düşük dalga boylu senaryolarda (örneğin, 50 dalga boyu/fiber), gerekli T-port sayısının azalması nedeniyle maliyet avantajı daha da önemlidir (örneğin, v(64,2,36,4,64)).
Bu ekonomik fayda, MEMS anahtarlarının yüksek port yoğunluğu ile modüler bir genişleme stratejisinin birleşiminden kaynaklanmaktadır. Bu strateji, yalnızca büyük ölçekli WSS değişim masraflarından kaçınmakla kalmayıp, aynı zamanda mevcut Spanke-OXC modüllerinin yeniden kullanılmasıyla artan maliyetleri de azaltır. Simülasyon sonuçları ayrıca, orta katman modüllerinin sayısını ve T-port oranlarını ayarlayarak HMWC-OXC'nin farklı dalga boyu kapasitesi ve yön konfigürasyonlarında performans ve maliyeti esnek bir şekilde dengeleyebileceğini ve operatörlere çok boyutlu optimizasyon fırsatları sunabileceğini göstermektedir.
Gelecekteki araştırmalar, dahili kaynak kullanımını optimize etmek için dinamik T-port tahsis algoritmalarını daha da araştırabilir. Ayrıca, MEMS üretim süreçlerindeki gelişmelerle birlikte, daha yüksek boyutlu anahtarların entegrasyonu bu mimarinin ölçeklenebilirliğini daha da artıracaktır. Optik ağ operatörleri için bu mimari, özellikle belirsiz trafik artışının olduğu senaryolar için uygundur ve dayanıklı ve ölçeklenebilir bir tüm optik omurga ağı oluşturmak için pratik bir teknik çözüm sunar.
Gönderi zamanı: 21 Ağustos 2025