DWDM

Qu’est-ce que le WDM ?

Le multiplexage par répartition en longueur d’onde est une technique permettant de transmettre simultanément de nombreuses fréquences (ou longueurs d’onde) sur une même fibre optique. Cela est rendu possible par l’utilisation d’émetteurs et de récepteurs optiques avec des sorties réglées sur des longueurs d’onde individuelles et spécifiques afin d’obtenir des canaux de transmission distincts qui ne se chevauchent pas.

Le multiplexage par répartition approximative en longueur d’onde (Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM) utilise des longueurs d’onde situées entre 1 260 et 1 670 nm (les bandes de transmission O, E, S, C, L et U) et permet de créer, dans une même zone, jusqu’à 18 canaux individuels capables de transporter n’importe quelle combinaison d’éléments vocaux, de données ou vidéo via des canaux séparés de 20 nm. Le CWDM est une solution économique pour les déploiements à relativement faible bande passante et, puisque les signaux CWDM ne peuvent pas être amplifiés (il n’existe aucun amplificateur optique à large bande capable de prendre en charge cette  plage), les distances sont limitées à 80 km.

Le multiplexage par répartition en longueur d’onde dense (Dense Wavelength Division Multiplexed, DWDM) fait passer le WDM au niveau supérieur en ramenant l’écart entre les canaux à 0,8 nm ou moins et en réduisant la portée de la longueur d’onde opérationnelle. Il est ainsi possible de produire 80 canaux ou voies de trafic (ou plus), ce qui ouvre la voie aux applications exigeant des débits et des bandes passantes plus importants.

Étonnamment, toutes les longueurs d’onde du DWDM sont concentrées dans une étroite zone, située entre 1 525 et 1 565 nm, connue sous le nom de bande C. Cette zone est utilisée en raison de son taux de perte de signal (atténuation de fibre optique) relativement faible (0,25 dB/km) par rapport aux longueurs d’onde inférieures que l’on trouve, par exemple, dans les bandes O ou E. Du fait de l’utilisation de canaux plus resserrés, des lasers à haute précision et des procédures de filtrage sont requis afin de préserver l’intégrité des canaux et de minimiser les interférences.

Architecture du DWDM

L’architecture des réseaux DWDM passive commence par un transpondeur ou un émetteur-récepteur acceptant les entrées de données de divers types utilisant divers protocoles. Ce transpondeur remplit la fonction essentielle de mappage des données entrantes sur une longueur d’onde DWDM individuelle. Chaque longueur d’onde individuelle est introduite dans un multiplexeur optique (MUX) qui filtre et combine plusieurs longueurs d’onde sur un port de sortie unique en vue d’une transmission effectuée sur la fibre optique DWDM principale/de cœur/commune. À l’extrémité réceptrice, les longueurs d’onde peuvent ainsi être séparées afin d’isoler les canaux individuels en utilisant un démultiplexeur optique (De-MUX). Chaque canal est ensuite orienté vers la sortie client appropriée via un transpondeur supplémentaire à longueur d’onde correspondante.

Comme la technologie DWDM chevauche la bande de fréquence du CWDM, il est également possible de sélectionner une solution « hybride ». Ce type de système hybride permet de conserver l’équipement CWDM MUX et deMUX et superpose des longueurs d’onde DWDM sur les canaux existants dans la plage allant de 1 530 à 1 550 nm, créant ainsi jusqu’à 28 canaux supplémentaires. Un système CWDM/DWDM hybride peut fortement améliorer les capacités sans qu’il soit nécessaire d’installer de nouvelles fibres optiques ni de procéder à des changements d’infrastructure massifs.

Un multiplexeur d’insertion-extraction optique (Optical Add Drop Multiplexer, OADM) est un composant en option de l’architecture DWDM pouvant être ajouté aux réseaux passifs ou actifs afin de faciliter l’ajout ou le retrait d’une longueur d’onde spécifique depuis un emplacement central sur la fibre DWDM principale/de cœur/commune. Une architecture bidirectionnelle inclut des émetteurs et des récepteurs aux deux extrémités du circuit, ainsi qu’une combinaison d’appareils MUX/De-MUX.

Pour les réseaux longue distance, l’architecture DWDM devient plus complexe avec l’ajout de composants de système actifs requis pour compenser les pertes optiques qui rendront la réception du signal et la récupération des données impossibles. Un amplificateur à fibre dopée à l’erbium (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA) peut être utilisé en tant qu’amplificateur de lancement pour stimuler les niveaux de puissance optique lorsqu’ils sortent du MUX, alors qu’un préamplificateur agira de même avant l’entrée dans un DeMUX. Des amplificateurs en ligne supplémentaires peuvent aussi être inclus. Les réseaux passifs, sans EDFA, contribuent à réduire la complexité. 

• Comment augmenter la bande passante au sein du réseau ?

  Devant la croissance ininterrompue de la demande en bande passante, la question n’est plus de savoir si, mais comment, les fournisseurs parviendront à répondre à ces exigences. La multiplication de la capacité de la fibre optique se traduit par un volume plus important et davantage de diversité de services, avec des terminaisons/utilisateurs plus nombreux et d’innombrables opportunités financières. La superposition de fibres optiques supplémentaires constitue une stratégie évidente, mais il s’agit souvent de l’option la plus perturbante et coûteuse pour répondre aux contraintes en matière de bande passante. Alors, pourquoi ne pas compter sur les actifs (les fibres optiques) existants et déjà installés ?

  Le CWDM et le DWDM ont tous deux été normalisés en 2002 par les normes ITU-T G.694.2 et  G.694.1, respectivement. Jusqu’à récemment, les dépenses d’installation et d’exploitation continue associées aux lasers DWDM, aux transpondeurs, aux MUX, aux De-MUX et aux composants OADM ne tenaient pas compte des avantages financiers comparatifs. Alors que les économies d’échelle et les améliorations de l’efficacité continuent à réduire les coûts associés aux réseaux DWDM, l’option du multiplexage en longueur d’onde dense est devenue plus séduisante.

• Pourquoi s’intéresser au DWDM ?

  Si le CWDM est parvenu à répondre à la demande en bande passante dans certains cas, les avantages et la rationalisation du déploiement du DWDM, ou de la conversion vers cette technologie, ne sont pas forcément évidents au premier abord. Avec une croissance de 300 % par an du trafic Internet, les fournisseurs observent un doublement de la demande en bande passante tous les six à neuf mois. À mesure que cette tendance s’accélère, une plus grande partie de ce trafic va se retrouver dans des catégories à faible latence, comme la VoIP, le streaming vidéo UHD en direct, le gaming hébergé sur le cloud et les applications de fronthaul/backhaul 5G émergentes, ou pour des cas d’utilisation tels que les véhicules autonomes, qui entraînent des demandes similaires en matière de capacité. Optimiser et maximiser la bande passante de la fibre optique par le biais de cette technologie constitue une solution proactive et économique au dilemme de la capacité.

• Quels sont défis qui peuvent apparaître avec le DWDM ?

  L’étroite proximité de canaux avoisinants, inhérente au multiplexage en longueur d’onde dense, crée des défis exigeant des pratiques de maintenance et de test intelligentes. Un contrôle précis de la température des lasers et des appareils DWDM MUX/De-MUX fiables sont indispensables pour préserver l’intégrité des canaux. Le plus infime décalage de longueur d’onde peut créer des écarts qui interfèrent avec les canaux adjacents et réduisent la qualité du signal. Les émetteurs-récepteurs SPF/SFP+ offrent l’avantage d’un prix plus bas, mais ils peuvent s’avérer moins efficaces dans la gestion de l’intégrité des longueurs d’onde.

  Le bruit constitue un autre défi pour les réseaux DWDM actifs utilisés pour les déploiements métropolitains. L’EDFA et les multiplexeurs d’insertion-extraction optiques reconfigurables (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexers, ROADM), qui contiennent aussi des amplificateurs, peuvent ajouter du bruit à un réseau et il faut trouver le juste équilibre permettant de conserver un bon rapport signal/bruit optique (Optical Signal to Noise Ratio, OSNR) afin de maximiser l’utilisation de la bande passante d’un canal DWDM tout en réduisant les erreurs binaires pouvant donner lieu à des pertes et des retransmissions de données.

  Les applications DWDM passives que l’on trouve plus communément dans les réseaux d’accès ne sont pas affectées par les problèmes de bruit. Il n’y a pas d’amplificateurs pour contribuer au bruit et leur distance plus courte implique qu’il s’agit davantage de minimiser les pertes de puissance optique (atténuation) et d’obtenir un niveau de puissance optique approprié au niveau du transpondeur/SPF/SPF+ récepteur. Les pertes de fibre optique et de connecteurs, et les réflexions, constituent des problèmes importants.

• Solutions aux cas d’utilisation du DWDM

  Le multiplexage en longueur d’onde dense a su combiner des technologies de pointe en matière d’optique laser, d’électronique et de modulation afin d’optimiser l’efficacité de la transmission des données par fibre optique. Cette heureuse association a été la conséquence d’une approche coordonnée de bout en bout des pratiques de développement, d’installation, de test et de maintenance.

  Durant toutes ces phases du cycle de vie d’un réseau, l’inspection des connecteurs optiques est essentielle pour garantir un fonctionnement fiable. Pour être efficaces, les outils d’inspection doivent non seulement vous permettre de voir le connecteur optique, mais aussi automatiser la procédure de test dans son ensemble. La sonde d’inspection FiberChek est une solution portative offrant des fonctions de mise au point automatique, d’analyse réussite/échec automatique, de stockage automatique des données et de workflows d’inspection des connecteurs optiques automatisés.

  Les tests de la fibre optique sont essentiels durant la phase de construction du réseau, avant et après l’installation des équipements MUX/De-MUX, afin de garantir une activation de service réussie du premier coup et pour disposer de réseaux fiables. Les outils de test de la fibre optique, tels que les VFL et les outils d’inspection des extrémités de fibres optiques, peuvent être utilisés avec des équipements de test OTDR conventionnels utilisant les longueurs d’onde de test standard de 1 310/1 550 nm afin de caractériser les distances vers, et les pertes depuis, des points de connexion/épissures. Ils permettent ainsi de localiser les problèmes tels que les pertes optiques excessives et les contraintes au sein des fibres principales/de cœur/communes des réseaux DWDM.

  Une fois que les connexions MUX/De-MUX ont été réalisées, les outils OTDR standard/conventionnels deviennent moins utiles, car en raison de la nature même des appareils MUX/DeMUX, ces longueurs d’onde de 1 310 et 1 550 nm sont bloquées (filtrées). Pour caractériser les liaisons DWDM de bout en bout, il faut utiliser des réflectomètres optiques plus spécialisés qui fonctionnent aux longueurs d’onde de service DWDM exactes afin de valider des routes spécifiques. Le module OTDR DWDM de VIAVI, par exemple, est un OTDR de bande C réglable qui en est justement capable et qui permet de caractériser des liaisons DWDM de bout en bout via un MUX et un De-MUX. Le fait de disposer d’une source laser réglable intégrée (par le biais du port de test OTDR) permet également d’effectuer un test de continuité de base avant l’activation du service. La fonctionnalité Smart Link Mapper (SLM) fournit un affichage sous forme d’icônes de la trace OTDR afin de simplifier l’interprétation des résultats de test et d’identifier clairement les composants/éléments communs à une même liaison DWDM et tout défaut.

  Tests d’activation du DWDM

  Pour vérifier la performance des canaux et l’approvisionnement en longueurs d’onde sur des liaisons métropolitaines/d’accès actives, il est possible d’utiliser un module de vérification de canaux optiques DWDM, lequel permettra d’évaluer avec précision les longueurs d’onde et la puissance sur l’ensemble du spectre. 

  Un analyseur de spectre optique (OSA) est un outil supplémentaire pour les systèmes actifs, capable de vérifier les longueurs d’onde et les niveaux de puissance transmis et, plus important encore, l’OSNR. Le module OSA de la série OSA-110 est une solution de test de CWDM et de DWDM compacte, compatible avec les plateformes MTS-6000A et MTS-8000. L’OSA-110 offre une capacité de mesure pleine bande, une résolution optique élevée et un calibrage intégré d’une précision de ± 0,05 nm.

  Surveillance du réseau avec un système de surveillance à distance des réseaux optiques et un DWDM

  Équipement : un système de surveillance à distance des réseaux optiques permet une surveillance OTDR continue dans une solution montée sur rack.  Des unités de tests optiques automatisées et montées sur rack peuvent être appliquées pour tester la fibre optique transportant les transmissions du DWDM via une routine de balayage ou par le biais de tests sur demande pour certains cas de dépannage et de restauration spécifiques, et dans le cadre de services aux entreprises de 5G, de FTTH et de haut débit.

  Les équipements de test de VIAVI tels que l’OTU-5000 (1 625 à 1 650 nm) sont conçus pour tester les longueurs d’onde hors bande qui n’interfèrent pas avec les transmissions DWDM actives. Ces longueurs d’onde sont réservées aux tests. L’OTU-8000 associé à un module DWDM réglable permet de tester de multiples branches d’un réseau DAA, de sorte que ces tests sont effectués sur bande sur une longueur d’onde de transmission spécifique assignée à un nœud au-delà d’un De-MUX, ou hors bande avec une longueur d’onde réservée aux tests. Et avec une évolutivité dépassant les 1 000 ports, les deux têtes de tests optiques libèrent des ressources techniques précieuses tout en fournissant des alertes de défauts détaillées et instantanées incluant des informations sur l’emplacement de ces défauts grâce à une fonctionnalité de mappage intégrée.

  Logiciels : Le système de surveillance à distance des réseaux optiques ONMSi dédié aux applications de cœur, d’accès, métropolitaines et FTTH est un  logiciel qui contrôle toutes les données obtenues par les OTU et en effectue le suivi.  Il est conçu pour fournir à votre équipe un aperçu de l’ensemble du réseau en ce qui concerne l’état de la fibre optique et les progrès de l’équipe vis-à-vis de la résolution des problèmes. Il constitue une solution de test essentielle qui met en place un portail centralisé et à haute visibilité pour les données globales d’intégrité du réseau. Cela inclut les tests de construction, la surveillance des performances sur le long terme et la détection des intrusions (sécurité).

  Pour les liaisons plus petites, privées ou uniques au sein du  réseau, comme les datacenters et les sites industriels, le logiciel SmartOTU est une solution autonome dédiée à la surveillance continue des fibres optiques en service ou des fibres noires et à la détection des défauts. Le SmartOTU peut être déployé immédiatement, sans serveur ni formation.

  Recherche de panne de DWDM

  Il est essentiel de localiser et de réparer rapidement lesliaisons de réseaux de multiplexage par répartition en longueur d’onde dense (DWDM) sans perturber le trafic existant si l’on veut éviter des indisponibilités excessives ou des pénalités liées aux accords de niveau de service. Des tests OTDR à des longueurs d’onde spécifiques peuvent être effectués sur un réseau actif afin d’éviter les interruptions de service. Les vérificateurs de canaux optiques (OCC) et les OSA peuvent aussi devenir de précieux outils de recherche de panne en utilisant l’analyse de puissance et de longueur d’onde pour identifier les anomalies. Des solutions de test incluant des fonctionnalités supplémentaires pour valider les émetteurs-récepteurs SFP/SFP+, et même les appareils d’émission-réception programmables, réduiront considérablement le temps moyen de réparation.

• Solutions DWDM de VIAVI

  Les solutions de test de bout en bout de VIAVI sont disponibles dès les premières étapes de la production, et même en environnement de laboratoire, ainsi que tout au long du cycle de vie du réseau. Sur le terrain, les solutions de test et de surveillance à distance de la fibre optique comme ONMSi  et XPERTrak contribuent à minimiser les problèmes de service en cours, les dépenses d’exploitation et le temps moyen de réparation en facilitant la localisation des problèmes grâce à des alarmes, en différenciant les éléments de fibre optique des éléments de réseau, et en effectuant un dépannage à la demande sur des longueurs d’onde spécifiques.

  Grâce à cette capacité à évaluer n’importe quel canal de manière rapide et précise, les opérateurs sont assurés de réaliser une installation correcte des liaisons de réseau, d’obtenir l’approbation de sous-traitants et de bénéficier de performances continues. Ensemble, les modules OTDR DWDM, les vérificateurs de canaux et les solutions de test OSA accroissent cette confiance, mais également le taux de réussite des activations « du premier coup ».

  En certifiant l’intégrité de la fibre optique et des canaux grâce aux MUX/De-MUX DWDM installés, et en validant un nouvel approvisionnement en longueur d’onde, les exigences opérationnelles de n’importe quelle topologie de réseau DWDM peuvent être satisfaites. Les tests de spectre et de dérivation sur différentes longueurs d’onde constituent des capacités supplémentaires qui s’étendent du laboratoire à l’activation de service, pour s’appliquer finalement aux pratiques de surveillance, de maintenance et de recherche de panne sur réseau actif, et pour un déploiement de réseau DWDM réussi.

  Les exigences en matière de performance qui s’appliquent aux réseaux actuels sont plus fortes que jamais, et le besoin de tester l’équipement et les réseaux est désormais vital, du laboratoire jusqu’à l’environnement de production et tout au long du cycle de vie du réseau.