OXC (optik çapraz bağlantı), ROADM'nin (Yeniden Yapılandırılabilir Optik Ekleme-Çıkarma Çoklayıcısı) geliştirilmiş bir versiyonudur.
Optik ağların temel anahtarlama elemanı olarak, optik çapraz bağlantıların (OXC) ölçeklenebilirliği ve maliyet etkinliği, yalnızca ağ topolojilerinin esnekliğini belirlemekle kalmaz, aynı zamanda büyük ölçekli optik ağların inşa, işletme ve bakım maliyetlerini de doğrudan etkiler. Farklı OXC türleri, 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/çıkarma tarafında M × K WSS'ler dalga boylarının eklenmesini ve çıkarılmasını yönetir. Bu modüller, OXC arka paneli içindeki optik fiberler aracılığıyla birbirine bağlanır.
Şekil: Geleneksel CDC-OXC Mimarisi
Bu, arka paneli Spanke ağına dönüştürerek de elde edilebilir ve bu da Spanke-OXC mimarimizle sonuçlanır.
Şekil: Spanke-OXC Mimarlık
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 port, yönlü port içindeki bir çift yönlü fiberi temsil eder. Bir yönlü port, birden fazla çift yönlü fiber çifti (yani, birden fazla fiber port) içerir.
Spanke tabanlı OXC, tamamen birbirine bağlı bir arka panel tasarımı sayesinde kesinlikle engellemesiz anahtarlama sağlarken, ağ trafiği arttıkça sınırlamaları giderek daha önemli hale gelir. Ticari dalga boyu seçici anahtarların (WSS'ler) port sayısı sınırı (örneğin, şu anda desteklenen maksimum port sayısı Finisar'ın FlexGrid Twin 1×48'i gibi 1×48'dir), OXC boyutunu genişletmenin tüm donanımın değiştirilmesini gerektirdiği anlamına gelir; bu da maliyetlidir ve mevcut ekipmanın yeniden kullanımını engeller.
Clos ağlarına dayalı yüksek boyutlu bir OXC mimarisine sahip olsa bile, hala pahalı M×N WSS'lere bağımlıdır ve bu da artımlı yükseltme gereksinimlerini karşılamayı zorlaştırır.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırmacılar yeni bir hibrit mimari önerdiler: HMWC-OXC (Hibrit MEMS ve WSS Clos Ağı). Mikroelektromekanik sistemleri (MEMS) ve WSS'yi entegre ederek, bu mimari neredeyse engelsiz performansı korurken "büyüdükçe öde" özelliklerini de destekleyerek optik ağ operatörleri için uygun maliyetli bir yükseltme yolu sağlıyor.
HMWC-OXC'nin temel tasarımı, üç katmanlı Clos ağ yapısında yatmaktadır.
Şekil: HMWC Ağlarına Dayalı Spanke-OXC Mimarisi
Giriş ve çıkış katmanlarında, mevcut teknolojinin desteklediği 512×512 ölçeği gibi yüksek boyutlu MEMS optik anahtarlar kullanılarak büyük kapasiteli bir port havuzu oluşturulur. Orta katman, iç tıkanıklığı azaltmak için "T-portları" aracılığıyla birbirine bağlanan çok sayıda daha küçük Spanke-OXC modülünden oluşur.
Başlangıç aşamasında, operatörler mevcut Spanke-OXC (örneğin, 4×4 ölçek) üzerine kurulu altyapıyı oluşturabilir ve giriş ve çıkış katmanlarına MEMS anahtarları (örneğin, 32×32) yerleştirirken, orta katmanda tek bir Spanke-OXC modülü bulundurabilirler (bu durumda, T-port sayısı sıfırdır). 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 yükselir.
Şekil: HMWC-OXC Örneği
Bu süreç, M > N × (S − T) parametre kısıtlamasını takip eder; 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 anda değiştirmeye gerek kalmadan, başlangıç ölçeğinden hedef boyuta (örneğin, 64×64) kademeli genişlemeyi destekleyebilir.
Bu mimarinin gerçek performansını doğrulamak için araştırma ekibi, dinamik optik yol isteklerine dayalı simülasyon deneyleri gerçekleştirdi.
Şekil: HMWC Ağının Engelleme Performansı
Simülasyon, hizmet taleplerinin Poisson dağılımını ve hizmet bekleme sürelerinin negatif üstel dağılımı izlediğini varsayan bir Erlang trafik modeli kullanır. Toplam trafik yükü 3100 Erlang olarak ayarlanmıştır. Hedef OXC boyutu 64×64'tür ve giriş ve çıkış katmanı MEMS ölçeği de 64×64'tür. Orta katman Spanke-OXC modül konfigürasyonları 32×32 veya 48×48 özelliklerini içerir. T-port sayısı, senaryo gereksinimlerine bağlı olarak 0 ile 16 arasında değişir.
Sonuçlar, yönsel boyutu D = 4 olan senaryoda, HMWC-OXC'nin tıkanma olasılığının geleneksel Spanke-OXC temel çizgisine (S(64,4)) yakın olduğunu göstermektedir. Örneğin, v(64,2,32,0,4) konfigürasyonu kullanıldığında, orta yük altında tıkanma olasılığı yalnızca yaklaşık %5 artmaktadır. Yönsel boyut D = 8'e çıktığında, "gövde etkisi" ve her yöndeki fiber uzunluğunun azalması nedeniyle tıkanma olasılığı artmaktadır. Bununla birlikte, bu sorun T-port sayısının artırılmasıyla (örneğin, v(64,2,48,16,8) konfigürasyonu) etkili bir şekilde hafifletilebilir.
Özellikle belirtmek gerekirse, orta katman modüllerinin eklenmesi T-port çekişmesi nedeniyle dahili tıkanmaya yol açabilse de, genel mimari uygun yapılandırma ile yine de optimize edilmiş performansa ulaşabilir.
Aşağıdaki şekilde de gösterildiği gibi, maliyet analizi HMWC-OXC'nin avantajlarını daha da vurgulamaktadır.
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 belirgindir (örneğin, v(64,2,36,4,64)).
Bu ekonomik fayda, MEMS anahtarlarının yüksek port yoğunluğu ve modüler genişleme stratejisinin birleşiminden kaynaklanmaktadır; bu strateji yalnızca büyük ölçekli WSS değişiminin maliyetinden kaçınmakla kalmaz, aynı zamanda mevcut Spanke-OXC modüllerinin yeniden kullanılmasıyla artan maliyetleri de azaltır. Simülasyon sonuçları ayrıca, orta katman modüllerinin sayısını ve T-port oranını ayarlayarak, HMWC-OXC'nin farklı dalga boyu kapasitesi ve yön konfigürasyonlarında performans ve maliyeti esnek bir şekilde dengeleyebildiğini ve operatörlere çok boyutlu optimizasyon fırsatları sağladığını göstermektedir.
Gelecekteki araştırmalar, dahili kaynak kullanımını optimize etmek için dinamik T-port tahsis algoritmalarını daha ayrıntılı olarak inceleyebilir. 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 artışı senaryoları için uygundur ve dayanıklı ve ölçeklenebilir tamamen optik bir omurga ağı oluşturmak için pratik bir teknik çözüm sunar.
Yayın tarihi: 21 Ağustos 2025