آپٹیکل کراس کنیکٹ (OXC) کا تکنیکی ارتقاء

OXC (آپٹیکل کراس کنیکٹ) ROADM (ری کنفیگر ایبل آپٹیکل ایڈ ڈراپ ملٹی پلیکسر) کا تیار کردہ ورژن ہے۔

آپٹیکل نیٹ ورکس کے بنیادی سوئچنگ عنصر کے طور پر، آپٹیکل کراس کنیکٹس (OXCs) کی توسیع پذیری اور لاگت کی تاثیر نہ صرف نیٹ ورک ٹوپولاجیز کی لچک کا تعین کرتی ہے بلکہ بڑے پیمانے پر آپٹیکل نیٹ ورکس کی تعمیر اور آپریشن اور دیکھ بھال کے اخراجات کو بھی براہ راست متاثر کرتی ہے۔ OXCs کی مختلف اقسام آرکیٹیکچرل ڈیزائن اور فنکشنل نفاذ میں نمایاں فرق کو ظاہر کرتی ہیں۔

نیچے دی گئی تصویر ایک روایتی CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) فن تعمیر کو واضح کرتی ہے، جو طول موج کے سلیکٹیو سوئچز (WSSs) کا استعمال کرتی ہے۔ لائن سائیڈ پر، 1 × N اور N × 1 WSSs ingress/egress ماڈیولز کے طور پر کام کرتے ہیں، جبکہ M × K WSSs ایڈ/ڈراپ سائڈ پر طول موج کے اضافے اور کمی کا انتظام کرتے ہیں۔ یہ ماڈیول OXC بیک پلین کے اندر آپٹیکل فائبر کے ذریعے آپس میں جڑے ہوئے ہیں۔

تصویر: روایتی CDC-OXC فن تعمیر

یہ بیک پلین کو Spanke نیٹ ورک میں تبدیل کر کے بھی حاصل کیا جا سکتا ہے، جس کے نتیجے میں ہمارا Spanke-OXC فن تعمیر ہوتا ہے۔

تصویر: Spanke-OXC فن تعمیر

مندرجہ بالا اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ لائن سائیڈ پر، OXC دو قسم کی بندرگاہوں سے منسلک ہے: دشاتمک بندرگاہیں اور فائبر پورٹس۔ ہر دشاتمک بندرگاہ نیٹ ورک ٹوپولوجی میں OXC کی جغرافیائی سمت سے مساوی ہے، جبکہ ہر فائبر پورٹ سمتاتی بندرگاہ کے اندر دو طرفہ ریشوں کے ایک جوڑے کی نمائندگی کرتا ہے۔ ایک دشاتمک بندرگاہ میں متعدد دو طرفہ فائبر جوڑے ہوتے ہیں (یعنی متعدد فائبر پورٹس)۔

اگرچہ اسپینک پر مبنی OXC مکمل طور پر ایک دوسرے سے منسلک بیک پلین ڈیزائن کے ذریعے سختی سے غیر بلاک کرنے والی سوئچنگ کو حاصل کرتا ہے، نیٹ ورک ٹریفک میں اضافے کے ساتھ اس کی حدود بہت زیادہ اہم ہوتی جاتی ہیں۔ کمرشل ویو لینتھ سلیکٹیو سوئچز (WSSs) کی بندرگاہ کی گنتی کی حد (مثال کے طور پر، موجودہ زیادہ سے زیادہ سپورٹ شدہ 1×48 پورٹس ہیں، جیسے Finisar's FlexGrid Twin 1×48) کا مطلب ہے کہ OXC ڈائمینشن کو بڑھانے کے لیے تمام ہارڈ ویئر کو تبدیل کرنے کی ضرورت ہے، جو کہ مہنگا ہے اور موجودہ آلات کے دوبارہ استعمال کو روکتا ہے۔

یہاں تک کہ Clos نیٹ ورکس پر مبنی ایک اعلیٰ جہتی OXC فن تعمیر کے ساتھ، یہ اب بھی مہنگے M×N WSSs پر انحصار کرتا ہے، جس سے اضافی اپ گریڈ کی ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔

اس چیلنج سے نمٹنے کے لیے، محققین نے ایک نیا ہائبرڈ فن تعمیر تجویز کیا ہے: HMWC-OXC (ہائبرڈ MEMS اور WSS Clos نیٹ ورک)۔ مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز (MEMS) اور WSS کو یکجا کر کے، یہ فن تعمیر آپٹیکل نیٹ ورک آپریٹرز کے لیے لاگت سے موثر اپ گریڈ کا راستہ فراہم کرتے ہوئے "پے-ایس-یو-گرو" صلاحیتوں کو سپورٹ کرتے ہوئے قریب قریب نان بلاکنگ کارکردگی کو برقرار رکھتا ہے۔

HMWC-OXC کا بنیادی ڈیزائن اس کے تین پرتوں والے Clos نیٹ ورک کے ڈھانچے میں ہے۔

تصویر: HMWC نیٹ ورکس پر مبنی Spanke-OXC فن تعمیر

اعلیٰ جہتی MEMS آپٹیکل سوئچز کو ان پٹ اور آؤٹ پٹ لیئرز پر تعینات کیا جاتا ہے، جیسے کہ 512×512 اسکیل جو فی الحال موجودہ ٹیکنالوجی کے ذریعے تعاون یافتہ ہے، ایک بڑی صلاحیت والے پورٹ پول کی تشکیل کے لیے۔ درمیانی پرت متعدد چھوٹے Spanke-OXC ماڈیولز پر مشتمل ہوتی ہے، جو اندرونی بھیڑ کو کم کرنے کے لیے "T-ports" کے ذریعے آپس میں جڑے ہوتے ہیں۔

ابتدائی مرحلے میں، آپریٹرز موجودہ Spanke-OXC (مثلاً 4×4 اسکیل) کی بنیاد پر انفراسٹرکچر بنا سکتے ہیں، صرف ان پٹ اور آؤٹ پٹ لیئرز پر MEMS سوئچز (مثلاً 32×32) لگا کر، درمیانی پرت میں ایک Spanke-OXC ماڈیول کو برقرار رکھتے ہوئے (اس صورت میں، T-portze کی تعداد ہے)۔ جیسا کہ نیٹ ورک کی صلاحیت کی ضروریات میں اضافہ ہوتا ہے، نئے Spanke-OXC ماڈیول آہستہ آہستہ درمیانی تہہ میں شامل کیے جاتے ہیں، اور T-ports کو ماڈیولز کو جوڑنے کے لیے ترتیب دیا جاتا ہے۔

مثال کے طور پر، درمیانی پرت کے ماڈیولز کی تعداد کو ایک سے دو تک بڑھاتے وقت، ٹی پورٹس کی تعداد کو ایک پر سیٹ کیا جاتا ہے، جس سے کل جہت چار سے چھ تک بڑھ جاتی ہے۔

تصویر: HMWC-OXC مثال

یہ عمل پیرامیٹر کی پابندی M > N × (S − T) کی پیروی کرتا ہے، جہاں:

M MEMS بندرگاہوں کی تعداد ہے،
N انٹرمیڈیٹ لیئر ماڈیولز کی تعداد ہے،
S ایک واحد Spanke-OXC میں بندرگاہوں کی تعداد ہے، اور
T ایک دوسرے سے منسلک بندرگاہوں کی تعداد ہے۔

ان پیرامیٹرز کو متحرک طور پر ایڈجسٹ کرتے ہوئے، HMWC-OXC ابتدائی پیمانے سے ہدف کے طول و عرض (مثلاً، 64×64) تک تمام ہارڈویئر وسائل کو ایک ساتھ تبدیل کیے بغیر بتدریج توسیع کی حمایت کر سکتا ہے۔

اس فن تعمیر کی اصل کارکردگی کی تصدیق کرنے کے لیے، تحقیقی ٹیم نے متحرک نظری راستے کی درخواستوں پر مبنی نقلی تجربات کیے ہیں۔

تصویر: HMWC نیٹ ورک کی کارکردگی کو مسدود کرنا

تخروپن میں ایرلنگ ٹریفک ماڈل کا استعمال کیا گیا ہے، یہ فرض کرتے ہوئے کہ سروس کی درخواستیں پوسن ڈسٹری بیوشن کی پیروی کرتی ہیں اور سروس ہولڈ ٹائمز منفی ایکسپونینشل ڈسٹری بیوشن کی پیروی کرتی ہیں۔ ٹریفک کا کل بوجھ 3100 Erlangs پر سیٹ ہے۔ ہدف OXC طول و عرض 64×64 ہے، اور ان پٹ اور آؤٹ پٹ لیئر MEMS اسکیل بھی 64×64 ہے۔ درمیانی پرت Spanke-OXC ماڈیول کنفیگریشنز میں 32×32 یا 48×48 وضاحتیں شامل ہیں۔ منظر نامے کی ضروریات کے لحاظ سے ٹی پورٹس کی تعداد 0 سے 16 تک ہوتی ہے۔

نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ، D = 4 کی دشاتمک جہت والے منظر نامے میں، HMWC-OXC کا بلاک ہونے کا امکان روایتی Spanke-OXC بیس لائن (S(64,4)) کے قریب ہے۔ مثال کے طور پر، v(64,2,32,0,4) کنفیگریشن کا استعمال کرتے ہوئے، اعتدال پسند بوجھ کے تحت بلاک ہونے کا امکان تقریباً 5% تک بڑھ جاتا ہے۔ جب دشاتمک طول و عرض D = 8 تک بڑھ جاتا ہے، تو "ٹرنک اثر" اور ہر سمت میں فائبر کی لمبائی میں کمی کی وجہ سے مسدود ہونے کا امکان بڑھ جاتا ہے۔ تاہم، ٹی پورٹس کی تعداد میں اضافہ کرکے اس مسئلے کو مؤثر طریقے سے دور کیا جا سکتا ہے (مثال کے طور پر v(64,2,48,16,8) کنفیگریشن)۔

خاص طور پر، اگرچہ درمیانی پرت کے ماڈیولز کا اضافہ ٹی پورٹ تنازعہ کی وجہ سے اندرونی بلاکنگ کا سبب بن سکتا ہے، مجموعی طور پر فن تعمیر اب بھی مناسب ترتیب کے ذریعے بہتر کارکردگی حاصل کر سکتا ہے۔

لاگت کا تجزیہ HMWC-OXC کے فوائد کو مزید اجاگر کرتا ہے، جیسا کہ نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر: مختلف OXC آرکیٹیکچرز کو بلاک کرنے کا امکان اور لاگت

80 طول موج/فائبر کے ساتھ اعلی کثافت کے منظرناموں میں، HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) روایتی Spanke-OXC کے مقابلے میں 40% تک لاگت کم کر سکتا ہے۔ کم طول موج کے منظرناموں میں (مثال کے طور پر، 50 طول موج/فائبر)، مطلوبہ ٹی پورٹس کی تعداد میں کمی کی وجہ سے لاگت کا فائدہ اور بھی زیادہ اہم ہے (مثال کے طور پر، v(64,2,36,4,64))۔

یہ اقتصادی فائدہ MEMS سوئچز کی اعلی بندرگاہ کی کثافت اور ایک ماڈیولر توسیعی حکمت عملی کے امتزاج سے پیدا ہوتا ہے، جو نہ صرف بڑے پیمانے پر WSS کی تبدیلی کے اخراجات سے بچاتا ہے بلکہ موجودہ Spanke-OXC ماڈیولز کو دوبارہ استعمال کر کے اضافی اخراجات کو بھی کم کرتا ہے۔ نقلی نتائج یہ بھی ظاہر کرتے ہیں کہ درمیانی پرت کے ماڈیولز کی تعداد اور T- پورٹس کے تناسب کو ایڈجسٹ کرکے، HMWC-OXC مختلف طول موج کی صلاحیت اور سمت کنفیگریشن کے تحت کارکردگی اور لاگت کو لچکدار طریقے سے متوازن کر سکتا ہے، آپریٹرز کو کثیر جہتی اصلاح کے مواقع فراہم کرتا ہے۔

مستقبل کی تحقیق اندرونی وسائل کے استعمال کو بہتر بنانے کے لیے متحرک ٹی پورٹ ایلوکیشن الگورتھم کو مزید تلاش کر سکتی ہے۔ مزید برآں، MEMS مینوفیکچرنگ کے عمل میں پیشرفت کے ساتھ، اعلیٰ جہتی سوئچز کا انضمام اس فن تعمیر کی توسیع پذیری کو مزید بڑھا دے گا۔ آپٹیکل نیٹ ورک آپریٹرز کے لیے، یہ فن تعمیر خاص طور پر ٹریفک کی غیر یقینی ترقی والے منظرناموں کے لیے موزوں ہے، جو ایک لچکدار اور توسیع پذیر آل آپٹیکل بیک بون نیٹ ورک کی تعمیر کے لیے ایک عملی تکنیکی حل فراہم کرتا ہے۔