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Survol technologique

L’épine dorsale des réseaux de télécommunications, généralement appelée le cœur du réseau ou le réseau de transport, est au centre des opérations de tous les fournisseurs de réseau étendu. En constante évolution, cette « autoroute» de fibre devient chaque jour plus imposante, plus rapide et plus complexe. Ce réseau fédérateur se divise normalement en deux "sous-réseaux" : le réseau longue distance et le réseau métropolitain.

Le réseau longue distance

Les réseaux longue distance relient différentes régions métropolitaines et s’interconnectent avec d’autres réseaux longue distance pour créer une connectivité transparente et efficace entre de multiples villes et de multiples pays. Ces réseaux transportent beaucoup plus de données que tout autre type de réseau et sur des distances beaucoup plus grandes. En fait, ils peuvent atteindre des centaines, voire des milliers de kilomètres.

Figure 1. Réseaux de fibre optique terrestres.

Le réseau longue distance typique fonctionne à un débit de 2,5 Gbit/s ou 10 Gbit/s. Certains essais portant sur la transmission à 40 Gbits/s sont actuellement en cours, afin de supporter la bande passante additionnelle nécessaire pour gérer le déploiement d’applications gourmandes en largeur de bande, comme la télévision sur IP ou la vidéo à la demande (VoD). 

Tableau 1. Débits de transmission standards.

Les liens optiques les plus simples sont de type point-à-point, sans amplification optique (figure 1) ou multiplexage des signaux. Dans les réseaux longue distance qui utilisent des amplificateurs à fibre dopée à l’erbium (EDFA), les signaux transmis doivent être régénérés environ tous les 400 km (selon les caractéristiques de l’EDFA) afin de surmonter la perte de signal due à l’atténuation des fibres, à la distorsion causée par les effets de la dispersion et de la non-linéarité, ainsi qu’à l’accumulation de bruit à l’intérieur des amplificateurs eux-mêmes. La régénération du signal est accomplie au moyen de la conversion otique-électrique-optique (O-E-O), qui régénère le signal lors de la phase électrique. Le signal peut alors être réamplifié, remodelé et resynchronisé (3R). Les équipements de régénération du signal sont assignés par canal, ce qui est extrêmement onéreux.

Figure 2. Réseau longue distance traditionnel sans amplification du signal optique.

Une combinaison hybride formée d’un amplificateur distribué Raman et d’un amplificateur EDFA (figure 2) permet de distancer les lieux de régénération du signal de 500 km à 2000 km. L’amplification par effet Raman génère peu de bruit, mais cet avantage a un coût : en raison de la faible efficacité du processus Raman, la pompe utilisée doit être beaucoup plus puissante que celle qui est utilisée avec les amplificateurs EDFA. Cette méthode entraîne donc des contraintes liées aux coûts, à la sécurité publique, à la propreté des connecteurs et potentiellement des effets non linéaires additionnels.

Figure 3. Lien WDM longue distance point-à-point.

Les technologies de transmission les plus fréquemment utilisées dans les réseaux longue distance sont SONET (réseau optique synchrone) et SDH (hiérarchie numérique synchrone). Une multitude de flux peuvent être transmis simultanément par la même fibre au moyen de la technologie DWDM. Cependant, comme le risque de dégradation augmente proportionnellement au nombre de canaux DWDM présents, il est essentiel de prendre les mesures nécessaires pour conserver la qualité des canaux sur de longues distances.

Les débits élevés et la transmission synchronisée des données requièrent des tests détaillés de l’infrastructure SONET/SDH. Avec ces facteurs, il devient beaucoup plus critique de contrôler des paramètres tels que l’intégrité des données, les délais, l’amplification et l’atténuation à chaque étape du cycle de vie des réseaux. Les technologies SONET/SDH et les couches de transmission optique doivent être testées simultanément au moment d’évaluer ces problèmes dans les réseaux. D’un point de vie optique, les débits binaires plus élevés nécessitent les tests les plus complexes qui soient, notamment la dispersion chromatique (CD) et la dispersion des modes de polarisation (PMD).

Le réseau métropolitain

Les réseaux métropolitains (ou métro) font le pont entre les premiers kilomètres des infrastructures urbaines (réseaux d’accès) et les réseaux longue distance. Ils combinent différentes technologies de nouvelle génération, comme la transmission optique sur les anneaux DWDM ou CWDM (WDM espacé), les protocoles de transmission traditionnels à circuits commutés (SONET/SDH/PDH) ainsi que les protocoles de données comme Ethernet, IP et Fibre Channel. Au cours des dernières années, l’Ethernet s’est imposée comme la solution de choix dans les réseaux métropolitains (MAN) grâce au développement de la technologie optique de classe transporteur Gigabit Ethernet. 

Figure 4. Dépannage et maintenance d’Ethernet sur SONET/SDH dans un réseau métropolitain.

Les tests d’interopérabilité et de protocoles multiples sont primordiaux dans ce contexte technologique hétéroclite. De la fibre aux différentes applications, chacune des couches doit être testée individuellement afin d’assurer l’installation, l’entretien et la gestion efficaces de ces réseaux complexes. Les matrices multiprotocoles actuelles sont facilitées par les dernières percées dans le domaine des normes de protocoles. Cependant, les technologies comme SONET/SDH de nouvelle génération et Ethernet LAN/WAN à 10 gigabits doivent être testées en contexte avec les protocoles existants et en corrélation avec toutes les couches qu’elles regroupent.

Multiplexage spectral dense : multiplier la capacité du réseau

Utilisé depuis 1996, le multiplexage spectral (WDM) représente une percée remarquable dans l’industrie. Sa capacité d’augmenter exponentiellement la bande passante de la fibre dans les réseaux existants a réduit considérablement le besoin de déploiement de nouveaux câbles, tout en ouvrant la voie à de futures conceptions et installations de réseaux tout optiques.

Figure 5. Représentation de canaux WDM adjacents dans une fibre unique, tels que mesurés et présentés par un spectre optique.

Les systèmes WDM sont axés sur la capacité d’une fibre optique d’acheminer simultanément des signaux à de multiples longueurs d’onde sans interférence mutuelle. Chaque longueur d’onde représente un canal optique à l’intérieur de la fibre. Des méthodes optiques éprouvées permettent de combiner des canaux individuels au sein d’une fibre et de les extraire à des endroits spécifiques le long d’un réseau. La séparation entre les longueurs d’onde peut être minime (une fraction de nanomètre ou 10^-9 m), donnant lieu à des systèmes de multiplexage spectral dense (DWDM).

Figure 6. La capacité de bande passante augmente rapidement avec la multiplication des canaux (voir le guide DWDM, p.3).

Les réseaux WDM pouvant transporter dans une seule fibre jusqu’à 160 canaux optiques indépendants, chacun à des vitesses pouvant atteindre jusqu’à 10 Gbit/s, sont déjà opérationnels. En fait, même le trafic bidirectionnel peut être acheminé sur la même fibre. Pourtant, la majorité des systèmes WDM déployés aujourd’hui gèrent typiquement entre 8 et 16 canaux à des vitesses de transmission de 2,5 et 10 Gbit/s.

Tableau 2. Règles de classification des systèmes WDM – ITU-T g.671/IEC 62074-1.

Le succès du DWDM est largement attribuable au développement de l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium (EDFA). L’EDFA utilise l’énergie d’une pompe laser pour amplifier optiquement le signal de toutes les longueurs d’onde branchées au port d’entrée (dans sa bande passante étroite centrée à 1550 nm), sans qu’il soit nécessaire de les convertir en signaux électriques, puis de les reconvertir en signaux optiques (conversion O-E-O).

Systèmes et paramètres DWDM

Les nombreux avantages des systèmes DWDM imposent des exigences rigoureuses, tant en termes de conception que de tests :

• Les propriétés des composants optiques et les caractéristiques du câble, qui pourraient être négligées sans risque dans les systèmes utilisant des techniques de transmission plus simples, doivent maintenant être gérées.
• La nouvelle dimension spectrale inhérente à ce type de systèmes implique de nouveaux standards de conception du réseau et de sélection des composants, engendrant ainsi de nouvelles spécifications, souvent beaucoup plus strictes que celles des systèmes à une seule longueur d’onde.
• Tous les paramètres liés à l’efficacité et à la précision de la transmission doivent être mesurés pour chacun des canaux, surtout lorsque les longueurs d’onde sont très rapprochées. L’ensemble du réseau DWDM doit être vérifié et testé : composants, sous-systèmes, supports optiques, etc. 

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