Przełącznice optyczne OXC

Do końca ostatniej dekady ubiegłego stulecia komutacyjne funkcje sieci spełniały analogowe i cyfrowe telekomunikacyjne centrale międzymiastowe (tranzytowe, miejskie, lokalne) oraz centralki zakładowe PBX. Obecnie przełączaniem kanałów w sieciach teleinformatycznych zajmują się serwerowe węzły optyczne, instalowane w szkielecie sieci komunikacyjnej. Podstawową funkcją przełącznic optycznych OXC (Optical Cross Connect) jest dynamiczna rekonfiguracja sieci na poziomie ścieżek optycznych w celu odtworzenia zdolności transmisyjnej sieci lub dostosowania sieci do zmian w zapotrzebowaniu na pasmo. Dynamiczny przydział długości fali przez połączenie OXC z ruterami umożliwia obniżenie kosztów, zwłaszcza dla często zmieniających się wymagaf odnośnie do przepływności sieci.

Obecnie definiuje się trzy klasy przełącznic optycznych:

• Z przełączaniem włókien optycznych FXC (Fiber Cross Connect). Przesyłają one wszystkie kanały optyczne z jednego włókna wejściowego do wybranego włókna wyjściowego. Są mniej złożone, a więc i tanie.
• Z przełączaniem kanałów falowych WSXC (Wave Switched Cross Connect). Mogą one krosować podzbiór kanałów falowych lub nawet pojedynczy kanał z włókna wejściowego do włókien wyjściowych. Umożliwiają operowanie pojedynczymi ścieżkami optycznymi.
• Ze zmianą długości fali w pojedynczej ścieżce WIXC (Wave Individual Cross Connect). Przełączanie kanałów falowych może być uzupełnione zmianą długości fali względem sygnału wejściowego ścieżki bądś pozostawione bez zmiany jej częstotliwości.

Całkowicie optyczna przełącznica (podobnie jak cała sieć optyczna) wykonuje przekaz informacji w formie cyfrowej między zewnętrznymi komponentami sieci w sposób możliwie przezroczysty, czyli bez ograniczania zawartości informacyjnej oraz ingerencji w treść sygnałów i protokołów transportowanych w poszczególnych kanałach falowych. W sieciach całkowicie optycznych (DWDM, OADM, OXC) nieodzownymi elementami efektywnego ich działania są: zarządzanie długością fali l na poziomie optycznym (MPlS), a także instalacja systemów monitorowania jakości tych sieci. Idealny przełącznik optyczny OXC powinien przełączać dowolną długość fali określonego sygnału wejściowego do wybranego wielofalowego sygnału wyjściowego bez możliwości zablokowania takiego połączenia w strukturze przełącznika.

Wśród kilku krańcowo różnych rozwiązań nieblokowanych przełączników optycznych (jeden duży moduł z wieloma portami we/wy lub „n” małych modułów z portami łączonymi kaskadowo, gdzie „n” oznacza liczbę różnych długości fal) popularność zyskują wielopoziomowe struktury mieszane, dające całkowicie nieblokowaną matrycę przełączania. Przełącznice tego typu wykorzystują jako element przełączania pole komutacyjne funkcjonujące z wykorzystaniem algorytmu Benesa.

Stosowane w sieciach telekomunikacyjnych pola komutacyjne muszą zapewniać zestawianie połączeń zarówno typu punkt-punkt (unicast), jak i połączeń typu punkt-wielopunkt (multicast). Multicastowe połączenia dystrybucyjne są obecnie powszechnie stosowane w realizacji nowych usług telekomunikacyjnych, takich jak telekonferencje (audio, wideo i danych), dystrybucji sygnałów wideo oraz w aplikacjach rozproszonego przetwarzania danych. Zgłoszenie unicast wymaga zestawienia tylko jednego połączenia między węzłem śródłowym a docelowym i jest stosunkowo łatwe w realizacji. W połączeniach multicast istnieje konieczność zestawienia określonej liczby połączeń między jednym węzłem śródłowym a kilkoma węzłami docelowymi. Powoduje to zwiększenie prawdopodobieństwa wzrostu blokady w polu komutacyjnym, a w konsekwencji obniżenie jakości oferowanych przez operatora dystrybucyjnych usług multicastowych.

Do efektywnej realizacji przekazów multicastowych stosuje się wielosekcyjne optyczne pola komutacyjne, składające się z kilku warstw kaskadowo łączonych przełączników (inaczej - sekcji optycznych). Wśród wielu istniejących rozwiązań zwraca uwagę metoda Closa, oparta na trzech lub więcej sekcjach pola komutacyjnego.

Przełącznice optyczne OXC umożliwiają konfigurowanie optycznych sieci kratowych w szkielecie sieci i do odtwarzania w nich formatu transmitowanych sygnałów optycznych, czyli ich regenerację. Proces konfigurowania w zasadzie dotyczy jedynie dużych tego typu sieci, potrzebujących skalowania przepływności optycznej w kanałach lub ścieżkach i wymaga uzupełnienia zasobów przełącznicy środkami zawierającymi algorytmy rozproszonego obliczania ścieżek i kanałów w poszczególnych węzłach sieci.

Proces regeneracji sygnałów optycznych przełącznicy OXC przebiega w trzech płaszczyznach, oznaczanych jako regeneracja 3R. Przekaz sygnału optycznego przez włókno powoduje zmniejszenie mocy sygnału wskutek tłumienia włókna i niekorzystną zmianę kształtu (poszerzenie) impulsów nośnych w wyniku dyspersji. Podczas transmisji na dużych odległościach wiąże się to z koniecznością regeneracji sygnału optycznego przesyłanego w trakcie liniowym. Regeneracja ta, określana jako 3R, przywraca sygnałowi jego pierwotną moc (Reamplifing) i kształt impulsu nośnego (Reshaping) oraz odtwarza zależności czasowe (Retiming) przez powtórną synchronizację zegara bitowego (resynchronizacja).