Next-generation wavelength routing optical networks requires optical cross connect (OXC) to direct optical signals from any input interface to suitable output interfaces by configuring their internal embedded optical switch matrices. In this paper, we analyze a optical cross-connects switch (OXC) architecture which employs both wavelengths selective cross-connects (WSXC) and wavelength interchangeable cross-connects (WIXC) characteristics. The OXC architecture is based on a lambda plane architecture with MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). In this architecture, WSXC and WIXC can be implemented by adopting converter pool [5] and MEMS.
We analyzed the hybrid OXC architecture with focus on the blocking performance, power loss and the reliability. First, we devise and validate by simulation an analytical model to study the blocking performance for the hybrid OXC architecture with the worst case approach. In this approach, we concentrate on comparing blocking performance of hybrid OXC with that of full share-per-node OXC. The blocking analysis shows that the blocking ratio is not increased even when the number of connections between MEMSs is reduced considerably. It means that the size of MEMS which constitutes intermediate switch doesn’t need to be larger than an optimal size. By analyzing the worst case blocking model, we find a cost-effective size of MEMS.
Second, we make a model for characterizing the power loses, taking into account the usage pattern and connection pattern. We then propose the usage pattern and the modified-MMG (Max-Min Greedy) connection pattern for hybrid OXC architecture. Power loss model proves that our proposed patterns have a good performance characteristic in terms of the maximum power loss of calls and the maximum loss difference between calls.
Finally, we consider the reliability of the hybrid OXC. In the hybrid OXC architecture, the conventional reliability diagram model is different from the simple wavelength selective OXC because of the serial connections of the components comprised in lightpaths [4]. Using the reliability diagram model, we can calculate the reliability of the hybrid architecture and the modified architecture with a redundant of electric module considered as one of solutions improving poor reliability. Although the reliability calculated from the modified model does not meet the exact reliability requirements, it shows better reliability performance, as compared with the original hybrid OXC architecture.
차세대 광전달망은 광/전 변화 없이 광 경로를 동적으로 설정함으로써 망 자원을 보다 효율적으로 사용 할 수 있다. 광 전달망 구성의 핵심 장비는 광회선 분배기 (Optical Cross-Connect: OXC)로 광 경로를 동적으로 설정하는 기능을 갖는 광 스위치이다. 광회선 분배기는 기능에 따라 파장변환을 할 수 없는 광회선 분배기 (Wavelength Selective OXC: WSXC)와 파장변환을 할 수 있는 광회선 분배기 (Wavelength Interchangeable OXC: WIXC), 그리고 두 가지 기능을 모두 갖는 혼성 구조 광회선 분배기 (WSXC/WIXC hybrid OXC)로 구별된다.
본 논문에서는 제시된 혼성 구조 광회선 분배기의 구조적 특성에서 발생하는 문제점을 블록킹 특성, 파워 손실, 그리고 신뢰성 측면에서 분석하였다. 이를 바탕으로 우리는 요구되는 MEMS의 크기 및 파워 손실을 최적화시키고, 신뢰성에서 발생되는 문제점을 개선하였다.
먼저, 제시된 OXC 구조는 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)를 단위 광 스위치 모듈로 사용하였다. MEMS는 다른 광 스위치 모듈과 비교해 볼 때, 대용량 스위치에서의 파워손실 특성이 우수하기 때문에 대용량의 회선 분배기를 만드는데 적합하다. 그러나 상용화된 단일 MEMS의 크기의 제한 때문에 OXC 구성의 제한을 받는다. 이렇게 제한된 MEMS 크기에 의하여 발생하는 혼성 구조 광회선 분배기의 블록킹 특성의 변화를 살펴보고, 이를 통해 블럭킹 모델링을 제안하였다. 이러한 모델의 수식적 분석을 통해 필요한 MEMS 크기를 최적화하였다.
파워손실은 한 MEMS 내에서 지나는 거리에 비례하여 나타나게 된다. 그런데 제시된 구조는 하나의 MEMS를 파장 변환이 있는 경로와 파장 변환이 없는 경로를 위해 분할하여 사용하고, 파장 변환이 있는 경로를 위해 다단의 MEMS를 연결하여 사용하였다. 이와 같은 환경에서는 분할 방법 혹은 MEMS 간의 연결 방법에 따라서 최대 파워 손실 경로 및 경로 간 파워 손실 차이를 최소화할 필요가 있다. 우리는 사용 방법 및 연결방법을 제안하고, 이를 최대 파워 손실 경로 및 최소 경로 간 파워 손실 차이 측면에서 최적화 되었음을 증명하였다.
마지막으로 MEMS는 다른 전기적인 스위칭 모듈과는 달리 개발 초기라는 점에서 신뢰성 측면에 큰 문제점을 갖는다. MEMS를 다단으로 이용하여 경로를 제공하고 파장 변환기를 사용하기 위해 서로 다른 경로가 하나의 MEMS를 공유한다는 점에서 기존의 신뢰성에 관한 연구와는 다른 측면에서 살펴보아야 한다. 이러한 특징을 연구하기 위해 기존 모델에서 제시된 신뢰도 다이어그램을 변형 적용하였다. 결과를 바탕으로 분석하여 보면, 제시된 구조는 피드백 구조 및 MEMS의 다단연결로 인하여 신뢰성에 커다란 문제점을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이러한 신뢰성 문제를 해결하기위해 피드백 구조를 고려하여 이중화 스위치 모델을 제안하고 이를 모델에 적용하여 분석 하였다. 분석 결과 분석을 통해, 이중화 스위치 모델은 신뢰성이 40%이상 향상되었음을 보였다.
우리는 본 연구를 통해 제시된 구조를 최적화하고 그 성능을 향상시킬 수 있었다. 본 논문의 결과는 실제 혼성 구조 광회선 분배기를 개발 할 때 설계의 기준으로 삼을 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 신뢰성 측면에서 시장의 요구를 수용하기 위해서는 파장 변환기의 저가화를 통한 이중화의 실현 및 단위 장치의 성능향상과 같은 근본적인 해결방법이 연구되어야 한다. 뿐만 아니라, 보다 효율적인 이중화 방안도 지속적으로 연구되어야 할 것으로 생각된다.
