Introduction WDM

Le multiplexage de longueur d’onde, WDM, est depuis longtemps la meilleure technologie pour le transport de grandes quantités de données entre Data Centers.

Cette technologie augmente la bande passante en autorisant des flux de données différents transmis simultanément sur un réseau de fibre optique. Le multiplexage WDM optimise l'utilisation des fibres optiques et rentabilise les investissements réseaux.

Traditionnellement les systèmes WDM ont été adoptés par les opérateurs et les fournisseurs de services. Les systèmes de grande envergure, conçus pour des infrastructures nationales sont trop coûteux et trop complexes pour l’utilisation d’un réseau privé. Ces dernières années les choses ont changé. La technologie évolue encore rapidement aujourd’hui.

Des solutions de réseaux WDM sont disponibles aujourd’hui pour répondre aux besoins des entreprises et des centres de données privées. Les solutions sont plus simples et plus rentables que les solutions traditionnelles des opérateurs.

De nombreuses organisations n’ont pas encore découvert tous les avantages des réseaux WDM et notamment pour rentabiliser les investissements dans les réseaux et tirer le meilleur parti des réseaux de fibres optiques.

La spécificité des standards WDM réside dans la possibilité d’envoyer différents types de données sur des réseaux de fibres optiques sous forme de lumière. Ainsi, différents canaux de lumière, chacun avec une longueur d’onde spécifique sont envoyés simultanément sur fibre optique unique. Au lieu d’utiliser plusieurs fibres pour chaque service, une seule fibre peut être partagée pour plusieurs services. 

De cette façon WDM augmente la bande passante et optimise l’utilisation des fibres optiques. La location ou l’achat de fibres optiques représente une part importante des coûts de mise en réseau. Donc, l’utilisation d’une seule fibre optique pour le transport de plusieurs canaux de trafic peut générer des économies substantielles.

CWDM ou DWDM?

Il existe plusieurs types de WDM en fonction des longueurs d’ondes utilisées :

Le CWDM pour Coarse Wavelength Division Multiplexing

Le DWDM pour Dense Wavelength Division Multiplexing

Les deux technologies fonctionnent de manière identique, la seule différence est le nombre de canaux (i.e. de longueurs d’onde utilisables.

Le DWDM utilise un espacement entre 1.6 et 0.4 nanomètre contre 20 nanomètres pour le CWDM, ce qui permet d’avoir un nombre de canaux normalisés beaucoup plus important (de 96 pour la bande C à 160 théorique, contre 8 ou 18).

DWDM utilise des longueurs d’onde autour de 1550nm. La tranche de fréquence la plus utilisée est la bande C (Conventionnelle) : 191,560 à 195,942 THz (de 1 565 à 1 530 nm).

Sur la courbe caractéristique de la silice, l'atténuation dans la bande passante (1 530 nm - 1 565 nm) est de 0,2 dB/km. C’est la plus faible. Avec des lasers et des fibres optiques de nouvelle génération, il est possible de couvrir des distances de + 80kms.

CWDM utilise principalement des longueurs d’onde entre 1470 et 1610nm (8 longueurs d’onde ; 18 au total ont été normalisées de 1270 à 1610nm). A certaines longueurs d’onde, l’atténuation est beaucoup plus élevée (+0.3db). CWDM est adapté pour des distances moyennes.

Bien entendu cet espacement réduit (appelé également “pas”) pour le standard DWDM nécessite des lasers et des "MUX/DEMUX" beaucoup plus précis et donc beaucoup plus onéreux.

L’autre différence notable entre ces deux technologies est la distance maximale et le débit que l’on peut atteindre.

La distance atteignable est fonction de ce qu’on appelle le budget optique :

Budget optique = Puissance émetteur - Sensibilité récepteur

Ce budget optique doit être supérieur à l’atténuation totale de la fibre optique.

Les équipements DWDM possèdent des optiques plus précises que celles de CWDM, et peuvent donc atteindre de plus longues distances pour un débit équivalent ou supérieur.

De plus, la bande de fréquences DWDM permet de rajouter des amplificateurs (appelés EDFA pour Erbium Doped Fiber Amplificateur) sur le lien fibre optique, si nécessaire.

Pour simplifier, on peut dire que CWDM convient pour une distance inférieure à 40km à 1Gb/s, tandis que DWDM est capable d’atteindre 80km à 10Gb/s, et même plus avec l’ajout d’amplificateurs tous les 80 kms.

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, CWDM a été développé après DWDM, justement pour proposer une solution plus économique mais beaucoup plus limitée également.

Les systèmes WDM se composent principalement de quatre éléments :

Les Transceivers - transmission des données en lumière

Les transceivers WDM sont des lasers avec une longueur d’onde spécifique qui convertissent les signaux de données des commutateurs SAN et IP en signaux optiques qui peuvent être transmis à la fibre. Chaque flux de données est converti en un signal avec une longueur d’onde lumineuse qui correspond à une couleur unique. En raison des propriétés physiques de la lumière, les canaux ne peuvent pas interférer entre eux. Toutes les longueurs d’onde WDM sont donc indépendantes.

La création de ces canaux optiques virtuels permet de réduire le nombre de fibres à une seule. Les nouveaux canaux pourront s’intégrer en fonction du besoin, sans perturber les services existants sur la fibre optique.

Chaque canal étant transparent au débit et au type de données, tous les services SAN, WAN, voix et vidéo peuvent être mélangés et transportés simultanément sur une seule fibre ou paire de fibres.

Multiplexeurs WDM :

C’est l’équipement principal qui permet d’optimiser l’utilisation des canaux sur une infrastructure optique WDM.

Le multiplexeur WDM rassemble tous les flux de données sous forme de canaux optiques différents, les multiplexe et les transmet pour être transportés en même temps sur une seule fibre optique.

A l'origine, les systèmes WDM étaient seulement capables de transporter deux canaux bidirectionnels sur une paire de fibres. 

La technologie a évolué rapidement et tant le nombre de canaux que la quantité de données par canal transporté a augmenté.

Aujourd'hui jusqu'à 80 canaux peuvent être transmis simultanément vers une fibre, à tout moment.

Généralement positionnés sur les points d’extrémité dans un réseau, les multiplexeurs sont souvent appelés "terminaux multiplexeurs". Lors de la connexion entre deux sites, un multiplexeur est placé sur chaque site, pour créer une connexion point à point.

Dans de nombreux cas, les réseaux ont des sites supplémentaires. Certains sites sont uniquement concernés par quelques services ou canaux à utiliser, les autres étant destinés à d'autres Data Centers.

Lorsque la connectivité est requise d’une certaine forme, mais pas pour tous les types de trafic, il faut ajouter des multiplexeurs (OADMs) pour extraire les longueurs d’onde désirées et nécessaires pour le site spécifique tout en contournant les types de trafics inutiles.

De cette façon, des anneaux plus polyvalents peuvent être réalisés avec davantage de possibilités de distribution.

Cordon de raccordement - Transceiver – MUX

L’émetteur/récepteur transmet les protocoles de données haute vitesse sur des longueurs d’onde de bande étroite, tandis que le multiplexeur réceptionne ces canaux et les consolide sur une seule fibre. Le câble de raccordement ; un cordon avec connecteur LC ; permet de réunir ces deux éléments clés. 

Fibre noire : paire de fibres ou fibre simple?

Un prérequis pour toute solution WDM est un accès à un réseau de fibres noires.

La façon la plus courante pour transporter du trafic sur une architecture optique consiste à utiliser une paire de fibres. Une des fibres est utilisée pour la transmission des données et l’autre est utilisée pour la réception des données. Cela permet de transporter un maximum de trafic.

Parfois une seule fibre est disponible. Les systèmes DWDM permettent sans problème de construire l’infrastructure en utilisant une longueur d’onde pour envoyer des données et une seconde pour recevoir.

Choix d'architecture WDM

La consolidation des applications pour de nombreux clients dans les centres d’hébergement ne fait qu’accroître cette tendance.

Pour l’interconnexion des Data Centers, les opérateurs de fibre noire mettent à disposition la capacité requise à très haut débit, les fibres optiques disposant d'une bande passante très importante.

Les Data Centers peuvent utiliser les technologies de multiplexage de longueur d’onde sur fibre optique CWDM/DWDM afin de tirer le meilleur parti de la bande passante disponible.

Les solutions de transmission optique CWDM/DWDM permettent ainsi de transporter des réseaux Ethernet 10/40/100G, Fiber Channel 4/8/16G et ATM sur des distances de plus de 100 kms et sur une seule fibre optique.

Les solution CWDM sont plus adaptées pour un nombre limité de canaux (8 longueurs d’onde) et des distances de 40Kms.

Les solutions DWDM permettent de multiplexer un grand nombre de canaux (96 canaux sur C-Band). La perte étant faible (0.2db) sur la bande de fréquence (C-Band), la technologie DWDM est adaptée pour multiplexer un grand nombre de services et de longueurs d’onde et pour transmettre de grosses quantités de données sur de longues distances (+80Kms)

Plusieurs points sont donc très importants à prendre en compte pour le choix d’une solution.

Il est notamment nécessaire de pouvoir intégrer de manière transparente l’ensemble des environnements réseaux et les contraintes de performance (Ethernet 10/40/100G, FC8/10/16G…)

Les Data Centers étant parfois distants de + de 100Kms, des dispositifs d’amplification permettent de régénérer le signal optique.

Enfin, il devient indispensable, pour les infrastructures importantes, d’administrer finement les longueurs d’ondes qui correspondent à des réseaux ou des services, de clients différents, transportés sur une infrastructure optique.

Systèmes actifs ou passifs ?  Quelle est la différence ? 

Il existe des solutions tant CWDM et DWDM comme systèmes actifs ou passifs. 

Dans une solution passive, non alimentée, l’émetteur/récepteur xWDM réside directement dans le switch de données. La sortie de l’émetteur/récepteur xWDM se connecte à un MUX non alimenté qui redistribue, multiplexe et démultiplexe divers signaux.

Comme l’émetteur-récepteur xWDM réside dans le commutateur de données, cela signifie que toutes les fonctionnalités de xWDM sont incorporées dans le commutateur de données.

Les solutions xWDM actives sont autonomes et alimentées en AC ou DC par des systèmes séparés. Le MUX actif autonome prend le signal de sortie optique à courte distance du switch IP et le converti en un signal xWDM à longue distance. Cette conversion (optique électrique d’optique), OEO, est gérée par un transpondeur. Le signal convertit xWDM est ensuite transmis à l’aide d’émetteurs-récepteurs et multiplexeurs.

Des transceivers DWDM génériques beaucoup moins chers sont utilisés côté émission DWDM dans le transpondeur et des transceivers "short range" dans les commutateurs Ethernet des constructeurs. 

Les transceivers short range sont disponibles à des coûts très abordables et dans 100% des cas, alors que les transceivers DWDM des constructeurs sont très coûteux ou indisponibles.

Même si les solutions actives semblent être plus coûteuses, il est par contre très important de pouvoir administrer chaque service et de contrôler uniformément l'émission des canaux DWDM au niveau des Transpondeurs.