OXC (optical cross-connect) adalah versi yang lebih canggih dari ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer).
Sebagai elemen switching inti dari jaringan optik, skalabilitas dan efektivitas biaya dari optical cross-connect (OXC) tidak hanya menentukan fleksibilitas topologi jaringan tetapi juga secara langsung memengaruhi biaya konstruksi, operasi, dan pemeliharaan jaringan optik skala besar. Berbagai jenis OXC menunjukkan perbedaan signifikan dalam desain arsitektur dan implementasi fungsional.
Gambar di bawah ini mengilustrasikan arsitektur CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect) tradisional, yang menggunakan sakelar selektif panjang gelombang (WSS). Di sisi saluran, 1 × N dan N × 1 WSS berfungsi sebagai modul masuk/keluar, sedangkan M × K WSS di sisi tambah/hapus mengelola penambahan dan penghapusan panjang gelombang. Modul-modul ini saling terhubung melalui serat optik di dalam backplane OXC.
Gambar: Arsitektur CDC-OXC Tradisional
Hal ini juga dapat dicapai dengan mengkonversi backplane ke jaringan Spanke, sehingga menghasilkan arsitektur Spanke-OXC kami.
Gambar: Arsitektur Spanke-OXC
Gambar di atas menunjukkan bahwa pada sisi saluran, OXC dikaitkan dengan dua jenis port: port arah dan port serat optik. Setiap port arah sesuai dengan arah geografis OXC dalam topologi jaringan, sedangkan setiap port serat optik mewakili sepasang serat optik dua arah di dalam port arah tersebut. Sebuah port arah berisi beberapa pasang serat optik dua arah (yaitu, beberapa port serat optik).
Meskipun OXC berbasis Spanke mencapai pengalihan non-blocking secara ketat melalui desain backplane yang sepenuhnya saling terhubung, keterbatasannya menjadi semakin signifikan seiring dengan meningkatnya lalu lintas jaringan. Batasan jumlah port pada switch selektif panjang gelombang (WSS) komersial (misalnya, maksimum yang didukung saat ini adalah 1×48 port, seperti FlexGrid Twin 1×48 dari Finisar) berarti bahwa perluasan dimensi OXC memerlukan penggantian semua perangkat keras, yang mahal dan mencegah penggunaan kembali peralatan yang sudah ada.
Bahkan dengan arsitektur OXC berdimensi tinggi yang berbasis pada jaringan Clos, sistem ini masih bergantung pada WSS M×N yang mahal, sehingga sulit untuk memenuhi persyaratan peningkatan bertahap.
Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti telah mengusulkan arsitektur hibrida baru: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network). Dengan mengintegrasikan sistem mikroelektromekanik (MEMS) dan WSS, arsitektur ini mempertahankan kinerja mendekati non-blocking sambil mendukung kemampuan "bayar sesuai pertumbuhan", menyediakan jalur peningkatan yang hemat biaya bagi operator jaringan optik.
Desain inti HMWC-OXC terletak pada struktur jaringan Clos tiga lapisnya.
Gambar: Arsitektur Spanke-OXC Berdasarkan Jaringan HMWC
Saklar optik MEMS berdimensi tinggi digunakan pada lapisan input dan output, seperti skala 512×512 yang saat ini didukung oleh teknologi terkini, untuk membentuk kumpulan port berkapasitas besar. Lapisan tengah terdiri dari beberapa modul Spanke-OXC yang lebih kecil, yang saling terhubung melalui "port T" untuk mengurangi kepadatan internal.
Pada fase awal, operator dapat membangun infrastruktur berdasarkan Spanke-OXC yang sudah ada (misalnya, skala 4×4), cukup dengan memasang switch MEMS (misalnya, 32×32) pada lapisan input dan output, sambil mempertahankan satu modul Spanke-OXC pada lapisan tengah (dalam hal ini, jumlah port T adalah nol). Seiring meningkatnya kebutuhan kapasitas jaringan, modul Spanke-OXC baru secara bertahap ditambahkan ke lapisan tengah, dan port T dikonfigurasi untuk menghubungkan modul-modul tersebut.
Sebagai contoh, ketika jumlah modul lapisan tengah diperluas dari satu menjadi dua, jumlah port T diatur menjadi satu, sehingga dimensi total meningkat dari empat menjadi enam.
Gambar: Contoh HMWC-OXC
Proses ini mengikuti batasan parameter M > N × (S − T), di mana:
M adalah jumlah port MEMS,
N adalah jumlah modul lapisan perantara,
S adalah jumlah port dalam satu Spanke-OXC, dan
T adalah jumlah port yang saling terhubung.
Dengan menyesuaikan parameter-parameter ini secara dinamis, HMWC-OXC dapat mendukung ekspansi bertahap dari skala awal ke dimensi target (misalnya, 64×64) tanpa mengganti semua sumber daya perangkat keras sekaligus.
Untuk memverifikasi kinerja sebenarnya dari arsitektur ini, tim peneliti melakukan eksperimen simulasi berdasarkan permintaan jalur optik dinamis.
Gambar: Kinerja Pemblokiran Jaringan HMWC
Simulasi ini menggunakan model lalu lintas Erlang, dengan asumsi permintaan layanan mengikuti distribusi Poisson dan waktu penahanan layanan mengikuti distribusi eksponensial negatif. Beban lalu lintas total ditetapkan menjadi 3100 Erlang. Dimensi OXC target adalah 64×64, dan skala MEMS lapisan input dan output juga 64×64. Konfigurasi modul Spanke-OXC lapisan tengah mencakup spesifikasi 32×32 atau 48×48. Jumlah port T berkisar dari 0 hingga 16 tergantung pada persyaratan skenario.
Hasil menunjukkan bahwa, dalam skenario dengan dimensi arah D = 4, probabilitas pemblokiran HMWC-OXC mendekati probabilitas pemblokiran dari baseline Spanke-OXC tradisional (S(64,4)). Misalnya, menggunakan konfigurasi v(64,2,32,0,4), probabilitas pemblokiran hanya meningkat sekitar 5% pada beban sedang. Ketika dimensi arah meningkat menjadi D = 8, probabilitas pemblokiran meningkat karena "efek trunk" dan penurunan panjang serat di setiap arah. Namun, masalah ini dapat diatasi secara efektif dengan meningkatkan jumlah port T (misalnya, konfigurasi v(64,2,48,16,8)).
Perlu dicatat, meskipun penambahan modul lapisan tengah dapat menyebabkan pemblokiran internal karena perebutan port T, arsitektur secara keseluruhan masih dapat mencapai kinerja yang optimal melalui konfigurasi yang tepat.
Analisis biaya lebih lanjut menyoroti keunggulan HMWC-OXC, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Gambar: Probabilitas Pemblokiran dan Biaya Arsitektur OXC yang Berbeda
Dalam skenario kepadatan tinggi dengan 80 panjang gelombang/serat, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) dapat mengurangi biaya hingga 40% dibandingkan dengan Spanke-OXC tradisional. Dalam skenario panjang gelombang rendah (misalnya, 50 panjang gelombang/serat), keuntungan biaya bahkan lebih signifikan karena berkurangnya jumlah port T yang dibutuhkan (misalnya, v(64,2,36,4,64)).
Manfaat ekonomi ini berasal dari kombinasi kepadatan port yang tinggi pada switch MEMS dan strategi ekspansi modular, yang tidak hanya menghindari biaya penggantian WSS skala besar tetapi juga mengurangi biaya tambahan dengan menggunakan kembali modul Spanke-OXC yang sudah ada. Hasil simulasi juga menunjukkan bahwa dengan menyesuaikan jumlah modul lapisan tengah dan rasio port T, HMWC-OXC dapat secara fleksibel menyeimbangkan kinerja dan biaya di bawah konfigurasi kapasitas dan arah panjang gelombang yang berbeda, memberikan operator peluang optimasi multidimensi.
Penelitian selanjutnya dapat mengeksplorasi lebih lanjut algoritma alokasi T-port dinamis untuk mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya internal. Selain itu, dengan kemajuan dalam proses manufaktur MEMS, integrasi switch berdimensi lebih tinggi akan semakin meningkatkan skalabilitas arsitektur ini. Bagi operator jaringan optik, arsitektur ini sangat cocok untuk skenario dengan pertumbuhan lalu lintas yang tidak pasti, menyediakan solusi teknis praktis untuk membangun jaringan tulang punggung optik sepenuhnya yang tangguh dan skalabel.
Waktu posting: 21 Agustus 2025