OXC (optical cross-connect) คือเวอร์ชันที่พัฒนามาจาก ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)
ในฐานะองค์ประกอบหลักของการสลับสัญญาณของเครือข่ายออปติคัล ความสามารถในการปรับขนาดและความคุ้มค่าของการเชื่อมต่อแบบครอสคอนเนคต์ (OXC) ไม่เพียงแต่กำหนดความยืดหยุ่นของโครงสร้างเครือข่ายเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบโดยตรงต่อต้นทุนการก่อสร้าง การดำเนินงาน และการบำรุงรักษาเครือข่ายออปติคัลขนาดใหญ่อีกด้วย OXC แต่ละประเภทมีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านการออกแบบสถาปัตยกรรมและการใช้งานจริง
ภาพด้านล่างแสดงสถาปัตยกรรม CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) แบบดั้งเดิม ซึ่งใช้สวิตช์เลือกความยาวคลื่น (WSS) ในด้านสายสัญญาณ WSS ขนาด 1 × N และ N × 1 ทำหน้าที่เป็นโมดูลขาเข้า/ขาออก ในขณะที่ WSS ขนาด M × K ในด้านการเพิ่ม/ลดความยาวคลื่นจะทำหน้าที่เพิ่มและลบความยาวคลื่น โมดูลเหล่านี้เชื่อมต่อกันผ่านสายใยแก้วนำแสงภายในแบ็คเพลนของ OXC
รูปภาพ: สถาปัตยกรรม CDC-OXC แบบดั้งเดิม
สามารถทำได้โดยการแปลงแบ็คเพลนเป็นเครือข่าย Spanke ซึ่งส่งผลให้ได้สถาปัตยกรรม Spanke-OXC ของเรา
รูปภาพ: สถาปัตยกรรม Spanke-OXC
รูปด้านบนแสดงให้เห็นว่าในด้านสาย OXC เชื่อมต่อกับพอร์ตสองประเภท ได้แก่ พอร์ตแบบมีทิศทางและพอร์ตไฟเบอร์ พอร์ตแบบมีทิศทางแต่ละพอร์ตจะสอดคล้องกับทิศทางทางภูมิศาสตร์ของ OXC ในโทโพโลยีเครือข่าย ในขณะที่พอร์ตไฟเบอร์แต่ละพอร์ตจะแสดงคู่ของไฟเบอร์แบบสองทิศทางภายในพอร์ตแบบมีทิศทาง พอร์ตแบบมีทิศทางประกอบด้วยคู่ของไฟเบอร์แบบสองทิศทางหลายคู่ (กล่าวคือ พอร์ตไฟเบอร์หลายพอร์ต)
แม้ว่า OXC ที่ใช้ Spanke จะสามารถทำสวิตช์แบบ nonblocking ได้อย่างสมบูรณ์ผ่านการออกแบบแบ็คเพลนที่เชื่อมต่อกันอย่างสมบูรณ์ แต่ข้อจำกัดของ OXC กลับยิ่งทวีความรุนแรงมากขึ้นเมื่อปริมาณการรับส่งข้อมูลบนเครือข่ายเพิ่มขึ้น ขีดจำกัดจำนวนพอร์ตของสวิตช์เลือกความยาวคลื่นเชิงพาณิชย์ (WSS) (เช่น ปัจจุบันรองรับพอร์ตสูงสุด 1x48 พอร์ต เช่น FlexGrid Twin 1x48 ของ Finisar) หมายความว่าการขยายขนาด OXC จำเป็นต้องเปลี่ยนฮาร์ดแวร์ทั้งหมด ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงและป้องกันการนำอุปกรณ์เดิมกลับมาใช้ซ้ำ
แม้ว่าจะมีสถาปัตยกรรม OXC ที่มีมิติสูงบนพื้นฐานของเครือข่าย Clos ก็ยังคงต้องพึ่งพา M×N WSS ที่มีราคาแพง ซึ่งทำให้ยากต่อการตอบสนองข้อกำหนดการอัปเกรดเพิ่มเติม
เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้ นักวิจัยได้เสนอสถาปัตยกรรมไฮบริดแบบใหม่: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network) ด้วยการผสานรวมระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์ (MEMS) และ WSS สถาปัตยกรรมนี้จึงรักษาประสิทธิภาพการทำงานที่แทบไม่มีการบล็อก ขณะเดียวกันก็รองรับความสามารถแบบ "จ่ายตามการเติบโต" นับเป็นเส้นทางการอัปเกรดที่คุ้มค่าสำหรับผู้ให้บริการเครือข่ายออปติคัล
การออกแบบหลักของ HMWC-OXC อยู่ที่โครงสร้างเครือข่าย Clos สามชั้น
รูปภาพ: สถาปัตยกรรม Spanke-OXC ที่ใช้เครือข่าย HMWC
สวิตช์ออปติคัล MEMS ที่มีมิติสูงถูกนำไปใช้งานที่ชั้นอินพุตและเอาต์พุต เช่น ชั้นสเกล 512×512 ที่เทคโนโลยีปัจจุบันรองรับในปัจจุบัน เพื่อสร้างพอร์ตพูลความจุขนาดใหญ่ ชั้นกลางประกอบด้วยโมดูล Spanke-OXC ขนาดเล็กกว่าหลายโมดูล เชื่อมต่อกันผ่าน "T-ports" เพื่อบรรเทาความแออัดภายใน
ในระยะเริ่มต้น ผู้ประกอบการสามารถสร้างโครงสร้างพื้นฐานบนพื้นฐาน Spanke-OXC ที่มีอยู่เดิม (เช่น ขนาด 4×4) เพียงแค่ติดตั้งสวิตช์ MEMS (เช่น 32×32) ที่ชั้นอินพุตและเอาต์พุต โดยยังคงโมดูล Spanke-OXC เพียงตัวเดียวไว้ในชั้นกลาง (ในกรณีนี้ จำนวนพอร์ต T เป็นศูนย์) เมื่อความต้องการความจุของเครือข่ายเพิ่มขึ้น โมดูล Spanke-OXC ใหม่จะถูกเพิ่มเข้าไปในชั้นกลางทีละน้อย และกำหนดค่าพอร์ต T เพื่อเชื่อมต่อโมดูลทั้งสองเข้าด้วยกัน
ตัวอย่างเช่น เมื่อขยายจำนวนโมดูลเลเยอร์กลางจากหนึ่งเป็นสอง จำนวนพอร์ต T จะถูกตั้งเป็นหนึ่ง ซึ่งจะทำให้มิติรวมเพิ่มขึ้นจากสี่เป็นหก
รูป: ตัวอย่าง HMWC-OXC
กระบวนการนี้ปฏิบัติตามข้อจำกัดพารามิเตอร์ M > N × (S − T) โดยที่:
M คือจำนวนพอร์ต MEMS
N คือจำนวนโมดูลชั้นกลาง
S คือจำนวนพอร์ตใน Spanke-OXC เดียว และ
T คือจำนวนพอร์ตที่เชื่อมต่อถึงกัน
ด้วยการปรับพารามิเตอร์เหล่านี้แบบไดนามิก HMWC-OXC สามารถรองรับการขยายแบบค่อยเป็นค่อยไปจากขนาดเริ่มต้นไปเป็นมิติเป้าหมาย (เช่น 64×64) โดยไม่ต้องเปลี่ยนทรัพยากรฮาร์ดแวร์ทั้งหมดในคราวเดียว
เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงานจริงของสถาปัตยกรรมนี้ ทีมวิจัยได้ทำการทดลองจำลองตามคำขอเส้นทางแสงแบบไดนามิก
รูปภาพ: ประสิทธิภาพการบล็อกของเครือข่าย HMWC
การจำลองนี้ใช้แบบจำลองการรับส่งข้อมูล Erlang โดยสมมติว่าคำขอรับบริการเป็นไปตามการแจกแจงแบบปัวซอง และเวลาพักบริการเป็นไปตามการแจกแจงแบบเลขชี้กำลังลบ โหลดการรับส่งข้อมูลทั้งหมดถูกตั้งค่าไว้ที่ 3100 Erlangs มิติ OXC เป้าหมายคือ 64×64 และสเกล MEMS ของชั้นอินพุตและเอาต์พุตก็เท่ากับ 64×64 เช่นกัน การกำหนดค่าโมดูล Spanke-OXC ชั้นกลางประกอบด้วยข้อมูลจำเพาะ 32×32 หรือ 48×48 จำนวนพอร์ต T มีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 16 ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของสถานการณ์
ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า ในสถานการณ์ที่มีมิติทิศทาง D = 4 ความน่าจะเป็นของการบล็อกของ HMWC-OXC ใกล้เคียงกับค่าพื้นฐาน Spanke-OXC แบบดั้งเดิม (S(64,4)) ยกตัวอย่างเช่น เมื่อใช้การกำหนดค่า v(64,2,32,0,4) ความน่าจะเป็นของการบล็อกจะเพิ่มขึ้นเพียงประมาณ 5% ภายใต้ภาระปานกลาง เมื่อมิติทิศทางเพิ่มขึ้นเป็น D = 8 ความน่าจะเป็นของการบล็อกจะเพิ่มขึ้นเนื่องจาก “ปรากฏการณ์ทรังค์” และความยาวเส้นใยที่ลดลงในแต่ละทิศทาง อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้สามารถบรรเทาได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการเพิ่มจำนวนพอร์ต T (ตัวอย่างเช่น การกำหนดค่า v(64,2,48,16,8))
ที่น่าสังเกตคือ แม้ว่าการเพิ่มโมดูลเลเยอร์กลางอาจทำให้เกิดการบล็อกภายในเนื่องจากการแย่งชิงพอร์ต T แต่สถาปัตยกรรมโดยรวมยังคงสามารถบรรลุประสิทธิภาพการทำงานที่เหมาะสมที่สุดผ่านการกำหนดค่าที่เหมาะสม
การวิเคราะห์ต้นทุนยังเน้นย้ำข้อดีของ HMWC-OXC เพิ่มเติม ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง
รูปภาพ: การบล็อกความน่าจะเป็นและต้นทุนของสถาปัตยกรรม OXC ที่แตกต่างกัน
ในสถานการณ์ความหนาแน่นสูงที่มีความยาวคลื่น 80 เส้นต่อเส้นใย HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) สามารถลดต้นทุนได้ถึง 40% เมื่อเทียบกับ Spanke-OXC แบบดั้งเดิม ในสถานการณ์ความยาวคลื่นต่ำ (เช่น 50 ความยาวคลื่นต่อเส้นใย) ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนจะยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้น เนื่องจากจำนวนพอร์ต T ที่จำเป็นลดลง (เช่น v(64,2,36,4,64))
ประโยชน์ทางเศรษฐกิจนี้เกิดจากการผสานรวมความหนาแน่นของพอร์ตสูงของสวิตช์ MEMS เข้ากับกลยุทธ์การขยายแบบแยกส่วน ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยน WSS ขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนส่วนเพิ่มด้วยการนำโมดูล Spanke-OXC ที่มีอยู่กลับมาใช้ใหม่ ผลการจำลองยังแสดงให้เห็นว่าการปรับจำนวนโมดูลกลางชั้นและอัตราส่วนของพอร์ต T ช่วยให้ HMWC-OXC สามารถปรับสมดุลประสิทธิภาพและต้นทุนได้อย่างยืดหยุ่นภายใต้การกำหนดค่าความจุและทิศทางความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ช่วยให้ผู้ประกอบการมีโอกาสในการปรับปรุงประสิทธิภาพได้หลายมิติ
การวิจัยในอนาคตสามารถศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับอัลกอริทึมการจัดสรรพอร์ต T แบบไดนามิกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรภายใน นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าในกระบวนการผลิต MEMS การรวมสวิตช์ที่มีมิติข้อมูลสูงขึ้นจะช่วยเพิ่มความสามารถในการปรับขนาดของสถาปัตยกรรมนี้ สำหรับผู้ให้บริการเครือข่ายออปติคัล สถาปัตยกรรมนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่มีการเติบโตของปริมาณการรับส่งข้อมูลที่ไม่แน่นอน ซึ่งเป็นโซลูชันทางเทคนิคที่ใช้งานได้จริงสำหรับการสร้างเครือข่ายแกนหลักออปติคัลทั้งหมดที่มีความยืดหยุ่นและปรับขนาดได้
เวลาโพสต์: 21 ส.ค. 2568