OXC (ऑप्टिकल क्रॉस-कनेक्ट) ही ROADM (रिकन्फिगरेबल ऑप्टिकल अॅड-ड्रॉप मल्टिप्लेक्सर) ची सुधारित आवृत्ती आहे.
ऑप्टिकल नेटवर्क्सचा मुख्य स्विचिंग घटक म्हणून, ऑप्टिकल क्रॉस-कनेक्ट्सची (OXCs) स्केलेबिलिटी आणि किफायतशीरपणा केवळ नेटवर्क टोपोलॉजीची लवचिकताच ठरवत नाही, तर मोठ्या ऑप्टिकल नेटवर्क्सच्या उभारणी आणि संचालन व देखभालीच्या खर्चावरही थेट परिणाम करते. विविध प्रकारच्या OXCs च्या आर्किटेक्चरल डिझाइनमध्ये आणि कार्यात्मक अंमलबजावणीमध्ये लक्षणीय फरक दिसून येतो.
खालील आकृती एक पारंपरिक CDC-OXC (कलरलेस डायरेक्शनलेस कंटेन्शनलेस ऑप्टिकल क्रॉस-कनेक्ट) आर्किटेक्चर दर्शवते, ज्यामध्ये वेव्हलेंथ सिलेक्टिव्ह स्विचेस (WSSs) वापरले जातात. लाइन साइडला, 1 × N आणि N × 1 WSSs इनग्रेस/एग्रेस मॉड्यूल्स म्हणून काम करतात, तर ॲड/ड्रॉप साइडला असलेले M × K WSSs वेव्हलेंथ जोडण्याचे आणि वगळण्याचे व्यवस्थापन करतात. हे मॉड्यूल्स OXC बॅकप्लेनमध्ये ऑप्टिकल फायबर्सद्वारे एकमेकांना जोडलेले असतात.
आकृती: पारंपारिक CDC-OXC रचना
बॅकप्लेनला स्पँके नेटवर्कमध्ये रूपांतरित करूनही हे साध्य करता येते, परिणामी आपली स्पँके-ओएक्ससी आर्किटेक्चर तयार होते.
आकृती: स्पँके-ओएक्ससी आर्किटेक्चर
वरील आकृती दाखवते की लाइनच्या बाजूला, OXC दोन प्रकारच्या पोर्ट्सशी जोडलेले असते: डायरेक्शनल पोर्ट्स आणि फायबर पोर्ट्स. प्रत्येक डायरेक्शनल पोर्ट नेटवर्क टोपोलॉजीमधील OXC च्या भौगोलिक दिशेशी संबंधित असतो, तर प्रत्येक फायबर पोर्ट त्या डायरेक्शनल पोर्टमधील बायडायरेक्शनल फायबरच्या जोडीचे प्रतिनिधित्व करतो. एका डायरेक्शनल पोर्टमध्ये बायडायरेक्शनल फायबरच्या अनेक जोड्या (म्हणजेच, अनेक फायबर पोर्ट्स) असतात.
जरी स्पँके-आधारित OXC पूर्णपणे इंटरकनेक्टेड बॅकपलेन डिझाइनद्वारे काटेकोरपणे नॉन-ब्लॉकिंग स्विचिंग साध्य करत असले तरी, नेटवर्क ट्रॅफिक वाढल्यावर त्याच्या मर्यादा अधिकाधिक लक्षणीय बनतात. व्यावसायिक वेव्हलेंथ सिलेक्टिव्ह स्विचेसच्या (WSSs) पोर्ट संख्येची मर्यादा (उदाहरणार्थ, सध्या जास्तीत जास्त 1×48 पोर्ट्स समर्थित आहेत, जसे की फिनिसारचे फ्लेक्सग्रिड ट्विन 1×48) याचा अर्थ असा आहे की OXC चा आकार वाढवण्यासाठी सर्व हार्डवेअर बदलावे लागते, जे खर्चिक आहे आणि विद्यमान उपकरणांच्या पुनर्वापरास प्रतिबंध करते.
क्लोज नेटवर्क्सवर आधारित उच्च-आयामी ओएक्ससी आर्किटेक्चर असूनही, ते अजूनही महागड्या एम×एन डब्ल्यूएसएसवर अवलंबून आहे, ज्यामुळे टप्प्याटप्प्याने अपग्रेडच्या गरजा पूर्ण करणे कठीण होते.
या आव्हानाला सामोरे जाण्यासाठी, संशोधकांनी एक नवीन संकरित रचना प्रस्तावित केली आहे: HMWC-OXC (हायब्रीड MEMS आणि WSS क्लोज नेटवर्क). मायक्रोइलेक्ट्रोमेकॅनिकल सिस्टीम्स (MEMS) आणि WSS यांचे एकत्रीकरण करून, ही रचना जवळपास नॉनब्लॉकिंग कार्यक्षमता टिकवून ठेवते आणि “पे-ॲज-यू-ग्रो” (वाढीनुसार पैसे द्या) क्षमतेला समर्थन देते, ज्यामुळे ऑप्टिकल नेटवर्क ऑपरेटर्सना एक किफायतशीर अपग्रेड मार्ग उपलब्ध होतो.
HMWC-OXC चे मुख्य डिझाइन त्याच्या तीन-स्तरीय क्लोज नेटवर्क संरचनेत आहे.
आकृती: एचएमडब्ल्यूसी नेटवर्क्सवर आधारित स्पँके-ओएक्ससी आर्किटेक्चर
मोठ्या क्षमतेचा पोर्ट पूल तयार करण्यासाठी, इनपुट आणि आउटपुट स्तरांवर उच्च-मितीय MEMS ऑप्टिकल स्विचेस वापरले जातात, जसे की सध्याच्या तंत्रज्ञानाद्वारे समर्थित ५१२×५१२ स्केल. मधल्या स्तरामध्ये अनेक लहान स्पँके-OXC मॉड्यूल्स असतात, जे अंतर्गत गर्दी कमी करण्यासाठी “टी-पोर्ट्स” द्वारे एकमेकांना जोडलेले असतात.
सुरुवातीच्या टप्प्यात, ऑपरेटर्स विद्यमान स्पँके-ओएक्ससी (उदा., ४×४ स्केल) वर आधारित पायाभूत सुविधा तयार करू शकतात, ज्यामध्ये इनपुट आणि आउटपुट लेयर्सवर फक्त एमईएमएस स्विचेस (उदा., ३२×३२) तैनात केले जातात, तर मिडल लेयरमध्ये एकच स्पँके-ओएक्ससी मॉड्यूल ठेवले जाते (या प्रकरणात, टी-पोर्ट्सची संख्या शून्य असते). नेटवर्क क्षमतेची आवश्यकता जसजशी वाढते, तसतसे मिडल लेयरमध्ये हळूहळू नवीन स्पँके-ओएक्ससी मॉड्यूल्स जोडले जातात आणि त्या मॉड्यूल्सना जोडण्यासाठी टी-पोर्ट्स कॉन्फिगर केले जातात.
उदाहरणार्थ, मिडल लेयर मॉड्यूल्सची संख्या एकावरून दोनपर्यंत वाढवताना, टी-पोर्ट्सची संख्या एकवर सेट केली जाते, ज्यामुळे एकूण आकारमान चारवरून सहा होते.
आकृती: HMWC-OXC उदाहरण
ही प्रक्रिया M > N × (S − T) या पॅरामीटर बंधनाचे पालन करते, जेथे:
M ही MEMS पोर्टची संख्या आहे,
N ही मध्यवर्ती स्तरावरील मॉड्यूल्सची संख्या आहे,
S ही एका स्पँके-OXC मधील पोर्ट्सची संख्या आहे, आणि
T ही एकमेकांशी जोडलेल्या पोर्टची संख्या आहे.
या पॅरामीटर्सना गतिमानपणे समायोजित करून, HMWC-OXC सर्व हार्डवेअर संसाधने एकाच वेळी न बदलता, सुरुवातीच्या प्रमाणापासून लक्ष्यित परिमाणापर्यंत (उदा., 64×64) टप्प्याटप्प्याने विस्तारास समर्थन देऊ शकते.
या आर्किटेक्चरच्या प्रत्यक्ष कामगिरीची पडताळणी करण्यासाठी, संशोधन संघाने गतिशील ऑप्टिकल पाथच्या विनंत्यांवर आधारित सिम्युलेशन प्रयोग केले.
आकृती: एचएमडब्ल्यूसी नेटवर्कची अवरोधन कामगिरी
हे सिम्युलेशन अर्लँग ट्रॅफिक मॉडेल वापरते, ज्यामध्ये सर्व्हिस रिक्वेस्ट्स पॉइसन डिस्ट्रिब्युशनचे आणि सर्व्हिस होल्ड टाइम्स निगेटिव्ह एक्सपोनेंशियल डिस्ट्रिब्युशनचे अनुसरण करतात असे गृहीत धरले आहे. एकूण ट्रॅफिक लोड ३१०० अर्लँग्सवर सेट केला आहे. टार्गेट OXC डायमेन्शन ६४×६४ आहे, आणि इनपुट व आउटपुट लेयर MEMS स्केल देखील ६४×६४ आहे. मिडल लेयर स्पँके-OXC मॉड्यूल कॉन्फिगरेशनमध्ये ३२×३२ किंवा ४८×४८ स्पेसिफिकेशन्सचा समावेश आहे. सीनारिओच्या आवश्यकतेनुसार टी-पोर्ट्सची संख्या ० ते १६ पर्यंत असते.
निकालांवरून असे दिसून येते की, D = 4 या दिशात्मक परिमाणाच्या परिस्थितीत, HMWC-OXC ची ब्लॉकिंग संभाव्यता पारंपरिक स्पँके-OXC बेसलाइन (S(64,4)) च्या जवळपास आहे. उदाहरणार्थ, v(64,2,32,0,4) कॉन्फिगरेशन वापरल्यास, मध्यम लोडखाली ब्लॉकिंग संभाव्यता केवळ अंदाजे 5% ने वाढते. जेव्हा दिशात्मक परिमाण D = 8 पर्यंत वाढते, तेव्हा "ट्रंक इफेक्ट" आणि प्रत्येक दिशेतील फायबरची लांबी कमी झाल्यामुळे ब्लॉकिंग संभाव्यता वाढते. तथापि, टी-पोर्ट्सची संख्या वाढवून (उदाहरणार्थ, v(64,2,48,16,8) कॉन्फिगरेशन) ही समस्या प्रभावीपणे कमी केली जाऊ शकते.
विशेष म्हणजे, जरी मिड-लेयर मॉड्यूल्सच्या समावेशामुळे टी-पोर्ट स्पर्धेमुळे अंतर्गत अडथळा निर्माण होऊ शकतो, तरीही योग्य कॉन्फिगरेशनद्वारे एकूण आर्किटेक्चर सर्वोत्तम कामगिरी साध्य करू शकते.
खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, खर्च विश्लेषण HMWC-OXC चे फायदे अधिक ठळकपणे दर्शवते.
आकृती: विविध OXC आर्किटेक्चरची अवरोधन संभाव्यता आणि खर्च
80 वेव्हलेंग्थ/फायबर असलेल्या उच्च-घनतेच्या परिस्थितीत, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) पारंपारिक स्पँके-OXC च्या तुलनेत खर्च 40% ने कमी करू शकते. कमी-वेव्हलेंग्थच्या परिस्थितीत (उदा., 50 वेव्हलेंग्थ/फायबर), आवश्यक T-पोर्ट्सची संख्या कमी असल्यामुळे खर्चातील फायदा आणखी लक्षणीय असतो (उदा., v(64,2,36,4,64)).
हा आर्थिक फायदा MEMS स्विचेसच्या उच्च पोर्ट घनतेच्या आणि मॉड्यूलर विस्तार धोरणाच्या संयोजनातून मिळतो, जे केवळ मोठ्या प्रमाणावरील WSS प्रतिस्थापनेचा खर्च टाळत नाही, तर विद्यमान स्पँके-OXC मॉड्यूल्सचा पुनर्वापर करून वाढीव खर्च देखील कमी करते. सिम्युलेशन परिणामांमधून असेही दिसून येते की, मिड-लेयर मॉड्यूल्सची संख्या आणि टी-पोर्ट्सचे प्रमाण समायोजित करून, HMWC-OXC वेगवेगळ्या तरंगलांबी क्षमता आणि दिशा संरचनेअंतर्गत कार्यक्षमता आणि खर्चात लवचिकपणे संतुलन साधू शकते, ज्यामुळे ऑपरेटर्सना बहु-आयामी ऑप्टिमायझेशनच्या संधी मिळतात.
भविष्यातील संशोधनात अंतर्गत संसाधनांचा वापर इष्टतम करण्यासाठी डायनॅमिक टी-पोर्ट वाटप अल्गोरिदमचा अधिक अभ्यास केला जाऊ शकतो. शिवाय, एमईएमएस (MEMS) उत्पादन प्रक्रियेतील प्रगतीमुळे, उच्च-आयामी स्विचेसच्या एकत्रीकरणामुळे या आर्किटेक्चरची स्केलेबिलिटी आणखी वाढेल. ऑप्टिकल नेटवर्क ऑपरेटर्ससाठी, हे आर्किटेक्चर विशेषतः अनिश्चित ट्रॅफिक वाढीच्या परिस्थितीसाठी योग्य आहे, जे एक लवचिक आणि स्केलेबल ऑल-ऑप्टिकल बॅकबोन नेटवर्क तयार करण्यासाठी एक व्यावहारिक तांत्रिक उपाय प्रदान करते.
पोस्ट करण्याची वेळ: २१ ऑगस्ट २०२५