ROADM architectures for future high-capacity MB over SDM optical networks

Abstract

An optical network capacity crunch is foreseen as new and more demanding services based on artificial intelligence are appearing. Spatial division multiplexing (SDM) and multi-band (MB) technologies have been investigated as potential solutions for this capacity crunch. This dissertation studies the granularity, the cost per bit and the power consumption per bit of several node architectures for optical networks based on both SDM and MB technologies - usually called MB over SDM (MBoSDM). We analyzed two MB architectures - MB Baseline and MB Common Band, two SDM architectures - SDM Space and SDM Space-wavelength, and three MBoSDM architectures - Baseline, MBoSDM with a single spatial optical cross-connect and MBoSDM FLEXSCALE – for two scenarios: 16 THz and 32 THz bandwidth per node direction. The FLEX-SCALE architecture has the capability of adding and dropping bands of channels, instead of individual channels as is performed in conventional add/drop (A/D) structures, which will be an important feature in future core networks. Of all architectures, the FLEX-SCALE architecture is the one with the lowest cost per bit (80% to 94% less expensive), as it uses band transceivers in its A/D structure, unlike the others that use only wavelength channel transceivers. Regarding power consumption per bit, the FLEX-SCALE has a similar power consumption in comparison with the other architectures. Moreover, these conclusions are unaffected as the node degree or the node capacity increases.

Prevê-se que o aumento de novos serviços baseados na inteligência artificial contribua de forma decisiva para uma falta de capacidade de transporte na actual rede ótica. As tecnologias de multiplexagem por divisão espacial (SDM) e multi-banda (MB) têm sido estudadas como possíveis soluções para aumentar a capacidade da rede. Esta dissertação analisa a granularidade, o custo por bit e o consumo de potência por bit de várias arquiteturas de nós para redes óticas baseadas nas tecnologias SDM e MB - normalmente referidas como MBoSDM. Analisaram-se duas arquiteturas MB — MB Baseline e MB Common band, duas arquiteturas SDM — SDM Space e SDM Space-wavelength, e três arquiteturas MBoSDM-Baseline, MBoSDM com um único comutador de cruzamento espacial e MBoSDM FLEX-SCALE - para dois cenários de largura de banda por direção de nó: 16 e 32 THz. A FLEX-SCALE tem a capacidade de adicionar e retirar bandas de canais, em vez de canais óticos individuais, como acontece tipicamente nas estruturas convencionais de inserção/ extracção (A/D), o que será uma característica importante nas futuras redes de núcleo. De todas as arquiteturas, a FLEX-SCALE é a que apresenta o menor custo por bit (80% a 94% mais barata), uma vez que utiliza transcetores de banda na sua estrutura de A/D, ao contrário das outras, que utilizam apenas transcetores de canal. Relativamente ao consumo de potência por bit, a FLEX-SCALE apresenta um consumo de potência semelhante ao das outras arquiteturas. Estas conclusões mantêm-se inalteradas à medida que o grau da arquitetura ou a capacidade dos nós aumentam.