NGN - Technologie WDM

WDM est une technologie qui permet à divers signaux optiques d'être transmis par une seule fibre. Son principe est essentiellement le même que celui du multiplexage par répartition en fréquence (FDM). Autrement dit, plusieurs signaux sont transmis en utilisant différentes porteuses, occupant des parties non chevauchantes d'un spectre de fréquences. Dans le cas du WDM, la bande spectrale utilisée est de l'ordre de 1300 ou 1550 nm, qui sont deux fenêtres de longueur d'onde auxquelles les fibres optiques ont une très faible perte de signal.

Au départ, chaque fenêtre était utilisée pour transmettre un seul signal numérique. Avec l'avancée des composants optiques tels que les lasers à rétroaction distribuée (DFB), les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) et les photo-détecteurs, on s'est vite rendu compte que chaque fenêtre de transmission pouvait en fait être utilisée par plusieurs signaux optiques, chacun occupant un petite traction de la fenêtre de longueur d'onde totale disponible.

En effet, le nombre de signaux optiques multiplexés au sein d'une fenêtre n'est limité que par la précision de ces composants. Avec la technologie actuelle, plus de 100 canaux optiques peuvent être multiplexés en une seule fibre. La technologie a alors été nomméedense WDM (DWDM).

Le principal avantage de DWDM est sa capacité à augmenter de manière rentable la bande passante de la fibre optique de nombreux plis. Le vaste réseau de fibres existant dans le monde peut soudainement voir sa capacité multipliée par plusieurs, sans avoir besoin de longues fibres nouvelles, un processus coûteux. De toute évidence, de nouveaux équipements DWDM doivent être connectés à ces fibres. En outre, des régénérateurs optiques peuvent être nécessaires.

Le nombre et la fréquence des longueurs d'onde à utiliser sont normalisés par l'UIT (T). L'ensemble de longueurs d'onde utilisé est important non seulement pour l'interopérabilité, mais également pour éviter les interférences destructrices entre les signaux optiques.

Le tableau suivant donne les fréquences centrales nominales basées sur l'espacement minimal des canaux de 50 GHz ancré à la référence 193,10 THz. Notez que la valeur de C (vitesse de la lumière) est prise égale à 2,99792458 x 108 m / sec. pour convertir entre la fréquence et la longueur d'onde.

La grille UIT-T (dans la bande C), Rec. UIT (T). G.692

Fréquences centrales nominales (THz) pour un espacement de 50 GHz Fréquences centrales nominales (THz) pour un espacement de 100 GHz Longueurs d'onde centrales nominales (Nm)
196,10 196,10 1528,77
196,05 1529,16
196,00 196,00 1529,55
195,95 1529,94
195,90 195,90 1530,33
195,85 1530,72
195,80 195,80 1531,12
195,75 1531,51
195,70 195,70 1531,90
195,65 1532,29
195,60 195,60 1532,68
195,55 1533.07
195,50 195,50 1533,47
195,45 1533,86
195,40 195,40 1534,25
195,35 1534,64
195,30 195,30 1535.04
195,25 1535,43
195,20 195,20 1535,82
195,15 1536,22
195,10 195,10 1536,61
195,05 1537,00
195,00 195,00 1537,40
194,95 1537,79
194,90 194,90 1538,19
194,85 1538,58
194,80 194,80 1538,98
194,75 1539,37
194,70 194,70 1539,77
194,65 1540,16
194,60 194,60 1540,56
194,55 1540,95
194,50 194,50 1541,35
194,45 1541,75
194,40 194,40 1542,14
194,35 1542,54
194,30 194,30 1542,94
194,25 1543,33
194,20 194,20 1543,73
194,15 1544,13
194,10 194,10 1544,53
194,05 1544,92
194,00 194,00 1545,32
193,95 1545,72
193,90 193,90 1546,12
193,85 1546,52
193.80 193.80 1546,92
193,75 1547,32
193,70 193,70 1547,72
193,65 1548,11
193,60 193,60 1548,51
193,55 1548,91
193,50 193,50 1549,32
193,45 1549,72
193,40 193,40 1550,12
193,35 1550,52
193,30 193,30 1550,92
193,25 1551,32
193,20 193,20 1551,72
193,15 1552,12
193,10 193,10 1552,52
193,05 1552,93
193,00 193,00 1533,33
192,95 1553,73
192,90 192,90 1554,13
192,85 1554,54
192.80 192.80 1554,94
192,75 1555,34
192,70 192,70 1555,75
192,65 1556,15
192,60 192,60 1556,55
192,55 1556,96
192,50 192,50 1557,36
192,45 1557,77
192,40 192,40 1558,17
192,35 1558,58
192,30 192,30 1558,98
192,25 1559,39
192,20 192,20 1559,79
192,15 1560,20
192,10 192,10 1560,61

DWDM au sein du réseau

Un réseau SDH typique aura deux fibres de chaque côté de chaque nœud, une pour transmettre à son neighbor on et un pour recevoir de son neighbor on.

Bien qu'avoir deux fibres entre un site ne sonne pas trop mal, en pratique, il y aura probablement de nombreux systèmes fonctionnant entre les sites, même s'ils ne font pas partie du même réseau.

Avec seulement les deux réseaux illustrés ci-dessus, quatre fibres sont désormais nécessaires entre les sites C et D, et la pose entre les sites est extrêmement coûteuse. C'est là que les réseaux DWDM entrent en jeu.

En utilisant un système DWDM, la quantité de fibres nécessaires entre les sites C et D est réduite à une seule fibre. Les équipements DWDM modernes peuvent multiplexer jusqu'à 160 canaux, ce qui représente une économie considérable d'investissement en fibre. Étant donné que l'équipement DWDM ne fonctionne qu'avec le signal physique, il n'affecte pas du tout la couche SDH du réseau. Le signal SDH n'est pas terminé ou interrompu, en ce qui concerne le réseau SDH. Il existe toujours une connexion directe entre les sites.

Les réseaux DWDM sont indépendants du protocole. Ils transportent des longueurs d'onde de lumière et n'opèrent pas au niveau de la couche de protocole.

Les systèmes DWDM peuvent faire économiser de grosses sommes d'argent aux opérateurs de réseau lors de la pose de fibre, encore plus sur de longues distances. En utilisant des amplificateurs optiques, il est possible de transmettre un signal DWDM sur de longues distances.

Un amplificateur reçoit un signal DWDM à plusieurs longueurs d'onde et l'amplifie simplement pour atteindre le site suivant.

Un ampli opérationnel amplifiera les lambdas rouges ou bleus, s'il amplifie les lambdas rouges, il supprimera les canaux bleus reçus et vice versa. Pour amplifier dans les deux sens, l'un des deux types d'amplificateur est nécessaire.

Pour que le système DWDM fonctionne de manière satisfaisante, les longueurs d'onde entrantes vers l'amplificateur optique doivent être égalisées.

Cela implique de régler toutes les sources optiques entrantes du système DWDM à des niveaux de puissance optique similaires. Les longueurs d'onde qui n'ont pas été égalisées peuvent afficher des erreurs lors du transport du trafic.

Certains fabricants d'équipements DWDM aident les techniciens de terrain en mesurant les puissances optiques des canaux entrants et en recommandant quels canaux nécessitent un ajustement de puissance.

L'égalisation des longueurs d'onde peut se faire de plusieurs manières; Un atténuateur optique variable peut être installé entre le cadre de gestion de fibre et le coupleur DWDM - un ingénieur peut régler le signal du côté du coupleur DWDM.

En variante, l'équipement source peut avoir des émetteurs optiques à sortie variable, ce qui permet à un ingénieur d'ajuster la puissance optique via un logiciel au niveau de l'équipement source.

Certains coupleurs DWDM ont des atténuateurs intégrés pour chaque canal reçu, un ingénieur peut ajuster chaque canal au point d'accès DWDM.

Lorsque plusieurs fréquences de lumière traversent une fibre, une condition connue sous le nom de mélange à quatre ondes peut se produire. De nouvelles longueurs d'onde de lumière sont générées dans la fibre à des longueurs d'onde / fréquences déterminées par la fréquence des longueurs d'onde d'origine. La fréquence des nouvelles longueurs d'onde est donnée par f123 = f1 + f2 - f3.

La présence des longueurs d'onde peut affecter défavorablement le rapport signal optique sur bruit à l'intérieur de la fibre, et affecter le BER du trafic dans une longueur d'onde.

COMPOSANTS WDM

Les composants WDM sont basés sur divers principes optiques. La figure ci-dessous représente une seule liaison WDM. Les lasers DFB sont utilisés comme émetteurs, un pour chaque longueur d'onde. Un multiplexeur optique combine ces signaux dans la fibre de transmission. Des amplificateurs optiques sont utilisés pour pomper la puissance du signal optique, pour compenser les pertes du système.

Côté récepteur, des démultiplexeurs optiques séparent chaque longueur d'onde, pour être délivrée aux récepteurs optiques à l'extrémité de la liaison optique. Les signaux optiques sont ajoutés au système par les ADM optiques (OADM).

Ces dispositifs optiques sont équivalents aux ADM numériques, soignant et séparant les signaux optiques le long du chemin de transmission. Les OADM sont généralement constitués de réseaux de guides d'ondes en réseau (AWG), bien que d'autres technologies optiques, telles que les réseaux de bragg à fibres, aient également été utilisées.

Un composant clé du WDM est le commutateur optique. Cet appareil est capable de commuter des signaux optiques d'un port d'entrée donné vers un port de sortie donné. C'est l'équivalent d'une barre transversale électronique. Les commutateurs optiques permettent de construire des réseaux optiques, de sorte qu'un signal optique donné peut être acheminé vers sa destination appropriée.

Un autre composant optique important est le convertisseur de longueur d'onde. Un convertisseur de longueur d'onde est un dispositif qui convertit un signal optique provenant d'une longueur d'onde donnée en un autre signal sur une longueur d'onde différente, en conservant le même contenu numérique. Cette capacité est importante pour les réseaux WDM car elle offre plus de flexibilité dans le routage des signaux optiques à travers le réseau.

RÉSEAUX DE TRANSPORT OPTIQUE

Les réseaux WDM sont construits en connectant des nœuds de connexion croisée en longueur d'onde (WXC) dans une certaine topologie de choix. Les WXC sont réalisés par des multiplexeurs et des démultiplexeurs de longueur d'onde, des commutateurs et des convertisseurs de longueur d'onde.

La figure suivante illustre une architecture de nœud WXC générique.

Les signaux optiques, multiplexés dans la même fibre, arrivent à un démultiplexeur optique. Le signal est décomposé en ses plusieurs porteuses de longueur d'onde et envoyé à une banque de commutateurs optiques. Les commutateurs optiques acheminent les signaux de plusieurs longueurs d'onde dans une banque de sortie.

Multiplexeurs, où les signaux sont multiplexés et injectés dans les fibres sortantes pour la transmission. Des convertisseurs de longueur d'onde peuvent être utilisés entre le commutateur optique et les multiplexeurs de sortie afin de fournir une plus grande flexibilité de routage. Les WXC font l'objet de recherches depuis plusieurs années. Les difficultés avec les WXC sont la diaphonie et le taux d'extinction.

Un nœud de connexion croisée de longueur d'onde

Les réseaux de transport optique (OTN) sont des réseaux WDM fournissant des services de transport via des chemins lumineux. Un chemin lumineux est un tube à bande passante élevée transportant des données jusqu'à plusieurs gigabits par seconde. La vitesse du trajet lumineux est déterminée par la technologie des composants optiques (lasers, amplificateurs optiques, etc.). Des vitesses de l'ordre de STM-16 (2488,32 Mbps) et STM-64 (9953,28 Mbps) sont actuellement réalisables.

Un OTN est composé de nœuds WXC, plus un système de gestion, qui contrôle la configuration et le démontage des chemins lumineux grâce à des fonctions de supervision telles que la surveillance des dispositifs optiques (amplificateur, récepteurs), la récupération des pannes, etc. La configuration et le démontage des chemins lumineux doivent être exécutés sur une grande échelle de temps, par exemple des heures ou même des jours, étant donné que chacun d'eux fournit une capacité de bande passante de dorsale.

Il existe une grande flexibilité dans la façon dont les OTN sont déployés, en fonction des services de transport à fournir. Une des raisons de cette flexibilité est que la plupart des composants optiques sont transparents au codage du signal. Ce n'est qu'à la limite de la couche optique, où le signal optique doit être reconverti dans le domaine électronique, que le codage est important.

Ainsi, des services optiques transparents pour prendre en charge diverses technologies de réseau électronique héritées, telles que SDH, ATM, IP et relais de trame, fonctionnant au-dessus de la couche optique, est un scénario probable à l'avenir.

La couche optique est en outre divisée en trois sous-couches -

  • Le réseau de couche de canal optique, qui s'interface avec les clients OTN, fournissant des canaux optiques (OCh).

  • Le réseau de couche multiplex optique, qui multiplexe divers canaux en un seul signal optique.

  • Le réseau de couche de section de transmission optique, qui assure la transmission du signal optique à travers la fibre.

FORMAT DE CADRE OTN

Semblable à l'utilisation d'une trame SDH, l'accès à l'OCh devrait se faire via une trame OC, qui est actuellement définie. La taille de trame de base correspond à la vitesse STM-16 ou 2488,32 Mbps, qui constitue le signal OCh de base. La figure suivante illustre un format de trame OCh possible.

Une trame de canal optique

La région la plus à gauche de la trame (illustrée dans la figure ci-dessous) est réservée aux octets de surdébit. Ces octets doivent être utilisés pour les fonctions OAM & P, similaires aux octets de surdébit de la trame SDH, évoqués précédemment.

Cependant, des fonctions supplémentaires sont susceptibles d'être prises en charge, telles que la fourniture de fibres noires (réservation d'une longueur d'onde entre deux points d'extrémité pour un seul utilisateur) et l'APS basé sur la longueur d'onde. La région la plus à droite de la trame est réservée à un schéma de correction d'erreur directe (FEC) à appliquer sur toutes les données de charge utile. Un FEC sur une couche de transmission optique augmente la longueur de portée maximale et réduit le nombre de répéteurs. Un code Reed-Solomon peut être utilisé.

Plusieurs OCh doivent être multiplexés ensemble dans le domaine optique, pour former le signal de multiplexeur optique (OMS). Ceci est parallèle au multiplexage de plusieurs trames STM-1 dans un format de trame STM-N SDH. Plusieurs OCh peuvent être multiplexés pour former OMS.

Le signal client optique est placé dans le signal de charge utile OCh. Le signal client n'est pas contraint par le format de trame OCh. Au lieu de cela, le signal client doit être uniquement un signal numérique à débit binaire constant. Son format n'a pas non plus d'importance pour la couche optique.

ANNEAUX WDM

Conceptuellement, un anneau WDM n'est pas très différent d'un anneau SDH. Les WXC sont interconnectés dans une topologie en anneau, similaire aux ADM SDH dans un anneau SDH. La principale différence architecturale entre un anneau SDH et un anneau WDM réside dans les capacités WXC de commutation et de conversion de longueur d'onde.

Ces fonctionnalités peuvent être utilisées par exemple pour fournir des niveaux de protection sans parallèle dans la technologie SDH. En d'autres termes, une protection de longueur d'onde ou de trajet lumineux peut être fournie, en plus de la protection de trajet et de ligne.

Les protocoles APS optiques sont aussi complexes que les APS SDH. La protection peut être fournie soit au niveau OCh, soit au niveau de la section multiplex optique / section de transmission optique. Certaines capacités de protection supplémentaires peuvent être mises en œuvre sans parallèle dans les anneaux SDH. Par exemple, un chemin lumineux défectueux (par exemple une panne laser) peut être corrigé en convertissant un signal optique d'une longueur d'onde donnée en une autre, évitant le réacheminement du signal.

Cela équivaut à la commutation de portée en SDH, à la différence que même deux anneaux WDM à fibre peuvent fournir une telle capacité pour la protection OCh. Dans la couche OMS, cependant, la protection de portée nécessitera quatre anneaux de fibre, comme dans SDH. Ces fonctionnalités supplémentaires introduiront sans aucun doute une complexité supplémentaire dans les protocoles APS de la couche optique.

Une fois l'anneau WDM activé, les chemins lumineux doivent être établis conformément au modèle de trafic à prendre en charge.

RÉSEAUX MESH WDM

Les réseaux maillés WDM sont construits avec les mêmes composants optiques que les anneaux WDM. Cependant, les protocoles utilisés dans les réseaux maillés sont différents de ceux utilisés dans les anneaux. Par exemple, la protection dans les réseaux maillés est une proposition plus complexe, tout comme le problème du routage et de l'attribution des longueurs d'onde dans les réseaux maillés WDM.

Les réseaux maillés sont susceptibles d'être des infrastructures dorsales reliant des anneaux WDM. Certaines de ces connexions devraient être optiques, évitant les goulots d'étranglement optiques / électroniques et assurant la transparence. D'autres nécessiteront la conversion du signal optique dans le domaine électronique pour la gestion du contrôle, et peut-être à des fins de facturation. La figure suivante illustre un réseau WDM.

Infrastructure - Dans cette figure, trois couches de topologie suivantes sont affichées -

  • Réseau d'accès
  • Réseau régional
  • Réseau dorsal

Infrastructure réseau WDM

Les anneaux SDH et les réseaux optiques passifs (PON) en tant que réseaux d'accès sont inclus. Ils sont généralement basés sur un bus, ou une topologie en étoile et un protocole de contrôle d'accès au support (MAC) est utilisé pour coordonner les transmissions entre les utilisateurs. Aucune fonctionnalité de routage n'est fournie dans ces réseaux.

Ces architectures sont pratiques pour des réseaux supportant au plus quelques centaines d'utilisateurs sur de courtes distances. Bien que les PON soient des réseaux moins chers que les anneaux WDM, en raison du manque de composants actifs et de fonctionnalités telles que le routage de longueur d'onde, les lasers nécessaires aux sources PON rendent la première génération de tels équipements encore plus chère que les anneaux SDH. Cela favorise la solution SDH au niveau du réseau d'accès, du moins dans un futur proche.

Les réseaux dorsaux contiennent des composants optiques actifs, fournissant ainsi des fonctions telles que la conversion de longueur d'onde et le routage. Les réseaux dorsaux devront en quelque sorte s'interfacer avec les technologies de transport héritées, telles que ATM, IP, PSTN et SDH.

Le scénario global est illustré dans la figure suivante. Plusieurs types d'interfaces impliqués dans la figure.

Superposition d'un réseau de transport WDM transportant du trafic ATM / IP.

Encapsulation de trame SDH

La trame OCh doit être définie de sorte que l'encapsulation de trame SDH puisse être effectuée facilement. Le STM-16xc entier, par exemple, doit être transporté en tant que charge utile OCh. Si un canal optique STM-16 de base est utilisé, il peut ne pas être possible d'encapsuler SDH-16xc dans le canal optique STM-16, en raison des octets de surdébit OCh.

Le format de trame OCh est en cours de définition. La figure suivante illustre l'encapsulation de trame SDH dans une trame OCh.

Interfaces SDH vers WDM

Les équipements WDM dotés d'interfaces SDH physiques fourniront des signaux optiques aux dispositifs SDH. Ces interfaces doivent être compatibles avec la technologie SDH. Par conséquent, le dispositif SDH n'a pas besoin de connaître la technologie WDM utilisée pour transporter son signal (par exemple, le dispositif peut appartenir à un anneau BLSR / 4).

Dans ce cas, le WXC chutera et ajoutera dans le support optique la longueur d'onde initialement utilisée dans l'anneau SDH. De cette façon, les couches WDM et SDH sont complètement découplées, ce qui est nécessaire pour l'interopérabilité WDM avec l'équipement hérité SDH.

Cela impose des contraintes supplémentaires sur la sélection des longueurs d'onde dans la couche optique, car la longueur d'onde du dernier saut, celle qui interfère avec le dispositif SDH, doit être la même que celle utilisée par le dispositif SDH pour terminer le chemin optique, si la conversion de longueur d'onde n'est pas fournie dans le dispositif SDH.

Un lien WDM

La technologie Détection Restauration Détails
WDM WDM-OMS / OCH 1 à 10 ms 10 à 30 ms Anneau / PP
SDH SDH 0,1 ms 50 ms Bague
APS 1 + 1 0,1 ms 50 ms PP
AU M FDDI 0,1 ms 10 ms Bague
STM 0,1 ms 100 ms
ATM PV-C / P 1 + 1 0,1 ms 10 msxN Veille N = # sauts
ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P 40 ans 1 à 10 s
IP Protocole de passerelle frontalière 180 ms 10 à 100 s
Protocole de routage de passerelle intérieure et E-OSPF 40 ans 1 à 10 s
Système intermédiaire 40 ans 1 à 10 s
Protocole Internet de routage 180s 100 s

Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, bien que la restauration soit plus rapide dans WDM que dans la technologie SDH, la détection des pannes dans WDM est plus lente. Une superposition plus sûre des mécanismes de protection WDM / SDH nécessite un schéma de protection WDM plus rapide. Alternativement, les APS SDH pourraient être artificiellement ralentis si les clients SDH peuvent se permettre la dégradation des performances engendrée par de telles procédures.

Une reprise après panne inutile aux couches supérieures peut entraîner une instabilité de la route et une congestion du trafic; par conséquent, il doit être évité à tout prix. Les contrôles de persistance des défauts peuvent être utilisés aux couches supérieures pour éviter une réaction précoce aux défauts des couches inférieures.

Une reprise après défaillance au niveau de la sous-couche OMS peut remplacer les procédures de restauration de plusieurs instances des signaux SDH servis par la couche optique. Ainsi, un nombre potentiellement important de clients SDH est épargné de lancer des procédures de reprise après incident au niveau de leurs couches. Par conséquent, une seule reprise après défaillance au niveau de la sous-couche optique OMS peut en épargner des centaines.

Évolution vers un réseau de transport entièrement optique

L'évolution vers un réseau WDM entièrement optique est susceptible de se produire progressivement. Premièrement, les appareils WXC seront connectés aux fibres existantes. Certains composants supplémentaires peuvent être nécessaires dans la liaison optique, tels que les EDFA, afin de rendre les liaisons par fibre héritées adaptées à la technologie WDM. Les WXC s'interfaceront avec des équipements existants, tels que le SDH et l'interface de données distribuées par fibre (FDDI).

Un avantage d'un réseau de transport transparent entièrement optique est que le transfert des fonctions SDH vers la couche supérieure (IP / ATM) ou inférieure (WDM) SDH est susceptible de se produire, ce qui permet des économies en termes d'évolutivité et de maintenance du réseau. Une telle réorganisation de couche pourrait affecter les réseaux de transport, en supposant que le trafic en temps réel, y compris la voix, est mis en paquets (IP / ATM). Cela pourrait conduire à l'extinction des signaux SDH des VC.

Un problème clé serait alors de savoir comment emballer le plus efficacement les paquets dans SDH, ou même directement dans des trames OCh. Quelle que soit la nouvelle méthode d'encapsulation émerge, la rétrocompatibilité avec l'encapsulation IP / PPP / HDLC et ATM est indispensable.