OXC (ऑप्टिकल क्रॉस-कनेक्ट) ROADM (रीकॉन्फिगरेबल ऑप्टिकल ऐड-ड्रॉप मल्टीप्लेक्सर) का एक विकसित संस्करण है।
ऑप्टिकल नेटवर्क के मुख्य स्विचिंग तत्व के रूप में, ऑप्टिकल क्रॉस-कनेक्ट्स (OXCs) की स्केलेबिलिटी और लागत-प्रभावशीलता न केवल नेटवर्क टोपोलॉजी के लचीलेपन को निर्धारित करती है, बल्कि बड़े पैमाने पर ऑप्टिकल नेटवर्क के निर्माण, संचालन और रखरखाव लागत को भी सीधे प्रभावित करती है। विभिन्न प्रकार के OXCs की संरचनात्मक डिजाइन और कार्यात्मक कार्यान्वयन में महत्वपूर्ण अंतर देखने को मिलते हैं।
नीचे दिया गया चित्र एक पारंपरिक CDC-OXC (रंगहीन, दिशाहीन, टकराव रहित ऑप्टिकल क्रॉस-कनेक्ट) संरचना को दर्शाता है, जो तरंगदैर्ध्य चयनात्मक स्विच (WSS) का उपयोग करता है। लाइन साइड पर, 1 × N और N × 1 WSS इनपुट/आउटपुट मॉड्यूल के रूप में कार्य करते हैं, जबकि ऐड/ड्रॉप साइड पर M × K WSS तरंगदैर्ध्य के जोड़ और घटाव को नियंत्रित करते हैं। ये मॉड्यूल OXC बैकप्लेन के भीतर ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से आपस में जुड़े होते हैं।
चित्र: पारंपरिक सीडीसी-ओएक्ससी वास्तुकला
इसे बैकप्लेन को स्पैंके नेटवर्क में परिवर्तित करके भी प्राप्त किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप हमारी स्पैंके-OXC वास्तुकला बनती है।
चित्र: स्पैंके-ओएक्ससी आर्किटेक्चर
ऊपर दिए गए चित्र में दर्शाया गया है कि लाइन साइड पर, OXC दो प्रकार के पोर्ट से जुड़ा होता है: दिशात्मक पोर्ट और फाइबर पोर्ट। प्रत्येक दिशात्मक पोर्ट नेटवर्क टोपोलॉजी में OXC की भौगोलिक दिशा को दर्शाता है, जबकि प्रत्येक फाइबर पोर्ट दिशात्मक पोर्ट के भीतर द्विदिशात्मक फाइबर के एक जोड़े को दर्शाता है। एक दिशात्मक पोर्ट में कई द्विदिशात्मक फाइबर जोड़े (यानी, कई फाइबर पोर्ट) होते हैं।
स्पैंके-आधारित OXC पूरी तरह से इंटरकनेक्टेड बैकप्लेन डिज़ाइन के माध्यम से नॉन-ब्लॉकिंग स्विचिंग हासिल करता है, लेकिन नेटवर्क ट्रैफ़िक बढ़ने पर इसकी सीमाएँ और भी महत्वपूर्ण हो जाती हैं। व्यावसायिक वेवलेंथ सेलेक्टिव स्विच (WSS) की पोर्ट संख्या सीमा (उदाहरण के लिए, वर्तमान में अधिकतम समर्थित पोर्ट संख्या 1×48 है, जैसे कि फिनिसार का फ्लेक्सग्रिड ट्विन 1×48) का अर्थ है कि OXC के आकार को बढ़ाने के लिए सभी हार्डवेयर को बदलना आवश्यक है, जो महंगा है और मौजूदा उपकरणों के पुन: उपयोग को रोकता है।
क्लॉस नेटवर्क पर आधारित उच्च-आयामी OXC आर्किटेक्चर के साथ भी, यह अभी भी महंगे M×N WSS पर निर्भर करता है, जिससे वृद्धिशील अपग्रेड आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो जाता है।
इस चुनौती का समाधान करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक नवीन हाइब्रिड आर्किटेक्चर प्रस्तावित किया है: HMWC-OXC (हाइब्रिड MEMS और WSS क्लोज नेटवर्क)। माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (MEMS) और WSS को एकीकृत करके, यह आर्किटेक्चर लगभग नॉन-ब्लॉकिंग प्रदर्शन बनाए रखता है, साथ ही "पे-एज़-यू-ग्रो" क्षमताओं का समर्थन करता है, जिससे ऑप्टिकल नेटवर्क ऑपरेटरों के लिए एक लागत प्रभावी अपग्रेड मार्ग उपलब्ध होता है।
HMWC-OXC का मूल डिजाइन इसकी तीन-स्तरीय क्लोस नेटवर्क संरचना में निहित है।
चित्र: एचएमडब्ल्यूसी नेटवर्क पर आधारित स्पैंके-ओएक्ससी आर्किटेक्चर
वर्तमान तकनीक द्वारा समर्थित 512×512 स्केल जैसे उच्च-आयामी MEMS ऑप्टिकल स्विचों को इनपुट और आउटपुट परतों पर तैनात किया जाता है, जिससे एक विशाल क्षमता वाला पोर्ट पूल बनता है। मध्य परत में कई छोटे स्पैंके-OXC मॉड्यूल होते हैं, जो आंतरिक भीड़भाड़ को कम करने के लिए "T-पोर्ट" के माध्यम से आपस में जुड़े होते हैं।
प्रारंभिक चरण में, ऑपरेटर मौजूदा स्पैंके-OXC (जैसे, 4×4 स्केल) पर आधारित बुनियादी ढांचा तैयार कर सकते हैं, इनपुट और आउटपुट लेयर्स पर MEMS स्विच (जैसे, 32×32) लगाकर, मध्य लेयर में एक स्पैंके-OXC मॉड्यूल को बनाए रख सकते हैं (इस स्थिति में, T-पोर्ट की संख्या शून्य होती है)। जैसे-जैसे नेटवर्क क्षमता की आवश्यकताएं बढ़ती हैं, मध्य लेयर में धीरे-धीरे नए स्पैंके-OXC मॉड्यूल जोड़े जाते हैं, और मॉड्यूल को जोड़ने के लिए T-पोर्ट को कॉन्फ़िगर किया जाता है।
उदाहरण के लिए, जब मध्य परत मॉड्यूल की संख्या एक से बढ़ाकर दो की जाती है, तो टी-पोर्ट की संख्या एक पर सेट कर दी जाती है, जिससे कुल आयाम चार से बढ़कर छह हो जाता है।
चित्र: एचएमडब्ल्यूसी-ओएक्ससी उदाहरण
यह प्रक्रिया पैरामीटर बाधा M > N × (S − T) का अनुसरण करती है, जहाँ:
M, MEMS पोर्ट की संख्या है।
N मध्यवर्ती परत मॉड्यूल की संख्या है।
S एक स्पैंके-OXC में पोर्टों की संख्या है, और
T परस्पर जुड़े हुए पोर्टों की संख्या है।
इन मापदंडों को गतिशील रूप से समायोजित करके, HMWC-OXC एक ही बार में सभी हार्डवेयर संसाधनों को बदले बिना प्रारंभिक पैमाने से लक्ष्य आयाम (जैसे, 64×64) तक क्रमिक विस्तार का समर्थन कर सकता है।
इस आर्किटेक्चर के वास्तविक प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए, शोध दल ने गतिशील ऑप्टिकल पथ अनुरोधों के आधार पर सिमुलेशन प्रयोग किए।
चित्र: एचएमडब्ल्यूसी नेटवर्क का ब्लॉकिंग प्रदर्शन
इस सिमुलेशन में एर्लैंग ट्रैफ़िक मॉडल का उपयोग किया गया है, जिसमें यह माना गया है कि सेवा अनुरोध पॉइसन वितरण का पालन करते हैं और सेवा प्रतीक्षा समय ऋणात्मक घातीय वितरण का पालन करते हैं। कुल ट्रैफ़िक भार 3100 एर्लैंग निर्धारित किया गया है। लक्षित OXC आयाम 64×64 है, और इनपुट और आउटपुट परत MEMS का पैमाना भी 64×64 है। मध्य परत स्पैंके-OXC मॉड्यूल कॉन्फ़िगरेशन में 32×32 या 48×48 विनिर्देश शामिल हैं। परिदृश्य की आवश्यकताओं के आधार पर T-पोर्ट की संख्या 0 से 16 तक होती है।
परिणामों से पता चलता है कि, D = 4 के दिशात्मक आयाम वाले परिदृश्य में, HMWC-OXC की अवरोधन संभावना पारंपरिक स्पैंके-OXC बेसलाइन (S(64,4)) के लगभग बराबर है। उदाहरण के लिए, v(64,2,32,0,4) कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करने पर, मध्यम भार के तहत अवरोधन संभावना में लगभग 5% की वृद्धि होती है। जब दिशात्मक आयाम बढ़कर D = 8 हो जाता है, तो प्रत्येक दिशा में फाइबर की लंबाई में कमी और "ट्रंक प्रभाव" के कारण अवरोधन संभावना बढ़ जाती है। हालांकि, T-पोर्टों की संख्या बढ़ाकर (उदाहरण के लिए, v(64,2,48,16,8) कॉन्फ़िगरेशन) इस समस्या को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है।
गौरतलब है कि, हालांकि मध्य-स्तर के मॉड्यूल को जोड़ने से टी-पोर्ट की प्रतिस्पर्धा के कारण आंतरिक अवरोध उत्पन्न हो सकता है, फिर भी उचित विन्यास के माध्यम से समग्र वास्तुकला को अनुकूलित प्रदर्शन प्राप्त किया जा सकता है।
नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए अनुसार, लागत विश्लेषण एचएमडब्ल्यूसी-ओएक्ससी के फायदों को और भी स्पष्ट करता है।
चित्र: विभिन्न OXC आर्किटेक्चर की ब्लॉकिंग संभावना और लागत
80 तरंगदैर्ध्य/फाइबर वाले उच्च-घनत्व परिदृश्यों में, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) पारंपरिक Spanke-OXC की तुलना में लागत को 40% तक कम कर सकता है। कम तरंगदैर्ध्य वाले परिदृश्यों (जैसे, 50 तरंगदैर्ध्य/फाइबर) में, आवश्यक T-पोर्टों की संख्या में कमी के कारण लागत लाभ और भी अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है (जैसे, v(64,2,36,4,64))।
यह आर्थिक लाभ MEMS स्विचों की उच्च पोर्ट घनत्व और मॉड्यूलर विस्तार रणनीति के संयोजन से प्राप्त होता है, जो न केवल बड़े पैमाने पर WSS प्रतिस्थापन के खर्च से बचाता है, बल्कि मौजूदा Spanke-OXC मॉड्यूल के पुन: उपयोग से अतिरिक्त लागत को भी कम करता है। सिमुलेशन परिणाम यह भी दर्शाते हैं कि मध्य-परत मॉड्यूल की संख्या और T-पोर्ट के अनुपात को समायोजित करके, HMWC-OXC विभिन्न तरंगदैर्ध्य क्षमता और दिशा विन्यासों के तहत प्रदर्शन और लागत को लचीले ढंग से संतुलित कर सकता है, जिससे ऑपरेटरों को बहुआयामी अनुकूलन के अवसर मिलते हैं।
भविष्य के शोध में आंतरिक संसाधनों के बेहतर उपयोग के लिए डायनामिक टी-पोर्ट आवंटन एल्गोरिदम का और अधिक अध्ययन किया जा सकता है। इसके अलावा, एमईएमएस निर्माण प्रक्रियाओं में प्रगति के साथ, उच्च-आयामी स्विचों का एकीकरण इस आर्किटेक्चर की स्केलेबिलिटी को और बढ़ाएगा। ऑप्टिकल नेटवर्क ऑपरेटरों के लिए, यह आर्किटेक्चर अनिश्चित ट्रैफ़िक वृद्धि वाले परिदृश्यों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है, जो एक लचीला और स्केलेबल ऑल-ऑप्टिकल बैकबोन नेटवर्क बनाने के लिए एक व्यावहारिक तकनीकी समाधान प्रदान करता है।
पोस्ट करने का समय: 21 अगस्त 2025