WDM/OTN : technologie de transmission à grande capacité des données réseau

Nous utilisons des téléphones portables et des ordinateurs pour publier sur Facebook et regarder des vidéos tous les jours. Ces simples activités quotidiennes nécessitent le soutien d'un système de transport de grande capacité. Sinon, le contenu de Facebook et des vidéos ne peut pas être transmis avec précision sur votre téléphone portable ou votre écran d'ordinateur. Dans ce système de transport à grande capacité, une technologie importante est le WDM/OTN.

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WDM (Wavelength Division Multiplexing) est une technologie qui utilise différentes ondes lumineuses pour transporter différents services et transmet plusieurs services simultanément dans la même fibre. OTN (Optical Transport Network) peut être considéré comme une version optimisée et améliorée de WDM. Parlons de ces deux technologies ci-dessous.

 

Qu'est-ce que le WDM ?

Si la fibre optique est assimilée à une autoroute, les ondes lumineuses utilisées pour transmettre les services dans le système WDM sont comparées aux camions. Différents services de transmission tels que Facebook et les vidéos équivalent à des colis à transporter, qui sont directement déposés sur différents camions. Si ces camions essaiment tous dans la transmission par fibre optique, quelles que soient les voies, cela provoquera le chaos et le désordre dans toute l'autoroute, affectant l'efficacité de la transmission. Avec WDM, différents services de transmission peuvent être transmis simultanément sur la même fibre optique, ce qui équivaut à diviser des voies pour différents véhicules sur l'autoroute, permettant à différentes voitures de circuler sur différentes voies en même temps, améliorant ainsi l'efficacité de la transmission.

Schéma de simulation de fibre optique

Parallèlement, pour assurer la fluidité de la circulation, il est nécessaire de distinguer les voies afin que les différents véhicules puissent suivre leur propre chemin. Semblable à la division des grandes voies et des petites voies sur les autoroutes, les voies du système WDM sont divisées en deux types : CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) et DWDM (Multiplexage par répartition en longueur d'onde dense). Le premier a un intervalle de voie plus grand (intervalle de longueur d'onde), généralement de 20 nm, tandis que le dernier intervalle est petit, généralement inférieur à 0.8 nm.

 

En quoi consiste un système WDM ?

Le WDM permet-il de transmettre différents services sur une même fibre en même temps tant que les voies sont divisées ? Les choses ne sont pas si simples, voyons comment fonctionne WDM !

En termes professionnels, un système WDM est généralement composé d'un OTU (Optical Transponder Unit), d'un MUX/DEMUX, d'un canal de surveillance et d'un amplificateur optique.

Schéma de simulation de le système WDM

Alors, comment les différentes parties du WDM fonctionnent-elles ensemble pour compléter la transmission du service ? Examinons le processus de transmission des services en WDM.

1. Pour que les services soient transmis en WDM, il est d'abord nécessaire d'envoyer les services au véhicule dédié de WDM (c'est-à-dire l'unité OTU), et de convertir ces signaux de service en signaux optiques de longueur d'onde standard reconnus par WDM.
2. Les véhicules à signal optique à onde standard transportant les services se rendent au point de contrôle (c'est-à-dire l'unité de multiplexage) et sont disposés sur différentes voies à travers le point de contrôle. Chaque véhicule roule sur une voie de l'autoroute en même temps.
3. L'état de conduite du véhicule doit être supervisé par le croiseur, c'est-à-dire le canal de surveillance, pour assurer une transmission de service normale.
4. Si la distance de transport est longue, il est également nécessaire de laisser le véhicule entrer dans la même station-service, c'est-à-dire de régénérer et d'amplifier le signal de service via l'amplificateur optique pour s'assurer que le service n'est pas endommagé pendant le transport longue distance.
5. Lorsque le service est acheminé vers la station terminale, le véhicule sortira de la station de contrôle (c'est-à-dire l'unité de démultiplexage) et sera dévié vers la sortie correspondante du terminal client récepteur. Le service est déchargé du véhicule, c'est-à-dire converti en un signal de service client (c'est-à-dire un signal de service sans information de longueur d'onde) via l'unité OTU, et envoyé au client.

Qu'est-ce qu'OTN ?

De l'introduction ci-dessus, nous pouvons conclure que le plus grand avantage de la technologie WDM est qu'elle fait bon usage des ressources des fibres optiques et peut fournir une transmission de données à grande capacité. Cependant, WDM présente également les inconvénients suivants :

• Si le service "package" sur le véhicule WDM présente une erreur pendant le transport, il n'y a aucun moyen de l'identifier. Autrement dit, le système WDM a une faible capacité à surveiller, gérer, exploiter et entretenir les services.
• Si un service est transmis sur le canal désigné du système WDM, le canal ne peut pas être utilisé par d'autres services, ce qui entraînera un gaspillage de ressources. C'est comme si la voie de chaque véhicule était fixe sur l'autoroute, même si la voie est libre, les autres types de véhicules ne peuvent pas emprunter cette voie.

Avec le développement des réseaux de communication, la quantité de données sur le réseau de données a augmenté rapidement et les experts doivent continuer à développer le potentiel du WDM et à améliorer ses capacités de WDM. Une nouvelle technologie est donc née - OTN.

Comme mentionné précédemment, le système WDM est similaire au système de circulation routière et l'OTN est sa version améliorée. Ses fonctions améliorées se reflètent principalement dans les deux aspects suivants :

• Ajouter des règles d'exploitation et de maintenance. Les mesures spécifiques consistent à augmenter la structure de trame pour améliorer les capacités de surveillance, de gestion, d'exploitation et de maintenance du service.

Le diagramme de comparaison du système WDM et OTN

D'après le diagramme simplifié de comparaison des systèmes WDM et OTN ci-dessus, on peut voir que :

Dans le système WDM, le service sans informations de longueur d'onde entrant dans le système WDM est simplement converti en service avec des informations de longueur d'onde, et placé dans le système pour transmission. C'est-à-dire que le système WDM ne dispose d'aucun mécanisme de surveillance pour les services transmis et garantit uniquement que les services peuvent être transmis à l'extrémité réceptrice.

Dans le système OTN, un ensemble de règles pour mettre des services dans le système OTN est fourni, c'est-à-dire ce que l'on appelle les exigences de structure de trame. Les services entrant dans le système OTN seront regroupés conformément aux exigences de la structure de trame OTN, c'est-à-dire en ajoutant des informations de surveillance, de gestion, d'exploitation et de maintenance. Ensuite, les services sont convertis en services avec des informations de longueur d'onde et envoyés au système OTN pour transmission.

• Une fonction de croisement électrique est ajoutée afin que le Système OTN peut traiter respectivement les signaux de service client et les signaux WDM.

La fonction de croisement électrique

Comme mentionné ci-dessus, les signaux de service client doivent être convertis en signaux de division de longueur d'onde pour que le système WDM transmette les services client. Lorsque le système WDM traditionnel traite cette fonction, elle est directement mise en œuvre via la même carte unique, et chaque service client doit occuper une porteuse d'ondes lumineuses. Lorsqu'il y a de plus en plus de types de services clients sur le réseau, afin de transmettre ces services dans le système WDM, il est nécessaire de développer de nouvelles cartes pour transporter ces services, ce qui augmentera le coût de construction du réseau ;

D'autre part, ces services occuperont également plus d'ondes lumineuses, ce qui entraînera des pénuries de ressources. Par conséquent, le système OTN introduit une fonction de croisement électrique, ce qui revient à ajouter un centre de répartition de fret au système de transport WDM traditionnel. Le centre de répartition du fret emballera et expédiera différentes marchandises (c'est-à-dire différents services) entrant dans le système de transport OTN dans différents véhicules (c'est-à-dire les transporter avec différentes ondes lumineuses).

le centre de répartition des marchandises

L'avantage du centre d'expédition de fret est que si un nouveau service client est ajouté au réseau, seule la carte unique côté client qui accède au nouveau service doit être ajoutée. Et le service de transport à carte unique existant côté ligne est emprunté, ce qui permet d'économiser le coût de construction du réseau. Pendant ce temps, lorsque les camions d'une certaine voie sont inactifs, le centre d'expédition de fret peut charger les camions avec des services clients à tout moment, afin d'éviter que les camions ne tournent à vide sur la voie et gaspillent des ressources.

En résumé, OTN est une optimisation de WDM, qui améliore encore les capacités d'exploitation et de maintenance et les capacités de planification flexible des ressources des systèmes WDM.

En un mot, la technologie WDM/OTN agit aujourd'hui comme un système de transport de grande capacité des réseaux de données. Il transmet en continu ces « biens » de données d'information avec une plus grande fiabilité, une plus grande capacité de planification flexible et un taux d'utilisation des ressources plus élevé.

Ensuite, nous discuterons des progrès et de l'évolution de la technologie OTN.

La technologie 400G

Plusieurs grands fabricants ont participé et effectué des tests liés au 400 G. L'environnement de test comprend des fibres optiques G.652D et G.654E et des réseaux utilisant des amplificateurs EDFA et Raman. Le modèle de test est 400G 16QAM, la tolérance B2B OSNR a été atteinte en dessous de 17db, et le débit en bauds est d'environ 91.

Taux de canal	Format de modulation	Vitesse de transmission (Gbaud)	Intervalle prévu (GHz)
400G	64QAM	39.09	50
	PCS16QAM	68	75
	PCS16QAM	85	100
	PCS16QAM	91.6	100
400G	PCS16QAM	120	137.5
	16QAM	59.03	75
	QPSK	119.08

Tests liés au 400G

400G 16QAM est limité par la distance de transmission et n'est pas pratique pour les réseaux backbone longue distance. Par conséquent, les fabricants sont encouragés à démontrer 400G QPSK. Certains fabricants ont soutenu ou réaliseront l'utilisation commerciale du 400G QPSK d'ici la fin de cette année. En termes de bande de fréquence, la bande C++ a été commercialisée à grande échelle, et la future proposition de déploiement de C+L est à l'étude.

La technologie 800G

La recherche connexe sur la technologie 800G a débuté il y a quelques années, et certains fabricants ont déjà terminé le test de vérification en laboratoire du 800G 64QAM et ont déjà soutenu le déploiement commercial du 800G. Alors que d'autres constructeurs font des efforts sur le 1.2T.

Taux de canal	Format de modulation	Vitesse de transmission (Gbaud)	Intervalle prévu (GHz)
800G	64QAM	78.18	87.5
	PCS64QAM	95	112.5
	PCS64QAM	91.6	100
	16QAM	118.06

Tests liés au 800G

Pendant ce temps, en raison des applications 800G, il est très probable que C+L ne puisse pas répondre aux exigences de transmission à 80 ondes. Des recherches connexes sur la bande S ont commencé.

FlexE sans souci

Les services FlexE sont accessibles en tant que services client. Les méthodes de mappage et de multiplexage standard qui prennent en charge les services FlexE 50G/100G/200G vers OTUk(V) sont les suivantes :

• Première méthode : méthode ignorée

Le PHY 50G/100G/200G du groupe FlexE est mappé sur l'OPUFlex via le BMP, puis sur le signal du canal ODU4 et enfin sur l'interface de ligne OTU4(V)/OTUCn. La méthode de traitement de désalignement peut être utilisée pour réduire la différence de retard de chaque canal Ethernet.

Première méthode : méthode ignorée

• Deuxième méthode : Résiliation

La procédure de mappage inactif (IMP) est utilisée pour réaliser le mappage du signal client à l'ODUFlex, qui correspond à la différence de débit entre le signal client et le conteneur ODUflex en ajoutant ou en supprimant le code inactif dans le signal client FlexE.

Deuxième méthode : Résiliation

Le réseau de transmission ne perçoit pas les sous-services FlexE et les traite comme n*100GE/200GE/400GE pour le mappage/démappage.

• Troisième méthode : Perception

En supprimant les créneaux horaires inutilisés et en multiplexant les signaux FlexE partiellement remplis, ils sont mappés à OPUflex via BGMP, à ODTU4.ts/ODTUCn.ts via GMP. Ensuite, ils sont multiplexés aux signaux du canal ODU4/Cn, et enfin à l'interface de ligne OTU4(V)/OTUCn.

Troisième méthode : Perception

 

OSU sans souci

• VC est transporté sur OSU

Différents circuits virtuels dans l'interface SDH sont mappés sur différents canaux OSU en fonction de l'attribution du service. La planification des services est flexible et l'utilisation de la bande passante est élevée. Ils peuvent être mappés par un ou plusieurs VCn vers un OSU, et le nœud de traitement VC<>OSU est obtenu par synchronisation d'horloge.

Différents VC sont mappés sur différents canaux OSU

Il est nécessaire que cette solution prenne en charge la récupération du circuit virtuel à partir de l'interface STM-N et le mappe sur le pipeline OSU, et effectue une transmission de planification de bout en bout. Les granules de service prennent en charge le mappage des granules de service VC12, VC3 et VC4 vers OSU. Il est divisé en deux scénarios suivants.

 

Scenario 1 : Un seul VCn (VC4/VC3/VC12) est mappé à un seul OSU.

(1) Le signal VC est d'abord mappé sur AU/TU ;

(2) L'AU/TU est mappée sur l'OSU d'une manière similaire à CBR, et le pointeur PTR pointe vers la position de départ de l'AU/TU.

Un seul VCn (VC4/VC3/VC12) est mappé à un seul OSU

 

Scenario 2 : Plusieurs VCn (VC4/VC3/VC12) sont mappés sur un seul OSU.

(1) Mapper le VC du canal M sur l'AU/TU aligné sur le canal M, puis le mapper sur l'OSU par entrelacement d'octets ;

(2) L'AU/TU est mappée sur l'OSU d'une manière similaire à CBR, et le pointeur PTR pointe vers la position de départ de la première AU/TU.

Plusieurs VCn (VC4/VC3/VC12) sont mappés sur un seul OSU

 

• OSU prend en charge la fonction GCC avec le canal

OTN GCC traditionnel peut être utilisé pour la récupération ASON, ainsi que pour la découverte automatique et la vérification des ports. Il peut être utilisé pour le découplage et le transfert d'informations contrôlées. Basé sur OTN système standard, chaque couche nécessite GCC en raison de l'exhaustivité des fonctions de la couche chemin. Par conséquent, OSU a également besoin de son propre réseau de couche de construction GCC pour établir des connexions de sous-réseau OSU.

OSU prend en charge la fonction GCC avec le canal

Sur la base de la récupération OSU GCC, coopérant avec chaque canal OSU pour construire un canal de communication associé, un reroutage basé sur OSU peut être mis en œuvre. La liaison GCC peut être détenue et la signalisation de service de haute qualité peut être priorisée.

 

• Fonction de transmission mixte OSU et ODU

L'OSU actuel prend en charge un schéma de multiplexage en deux étapes, qui impose certaines restrictions sur la planification de la bande passante du réseau. Les opérateurs ne sont pas suffisamment flexibles pour concevoir le réseau, ce qui entraîne le problème de la fragmentation de la bande passante des créneaux horaires.

À l'avenir, ODTU pourra prendre en charge le multiplexage mixte d'OSU et d'ODU. Il prend également en charge l'allocation de créneaux horaires flexibles pour réaliser le partage de la bande passante et la planification flexible de la bande passante.

ODTU peut prendre en charge le multiplexage mixte d'OSU et d'ODU

 

Technologie de couche optique

La technologie OAM de couche optique se trouve à l'extrémité de transmission du dispositif d'interconnexion de fusion optoélectronique. L'extrémité de sortie de chaque OTU est chargée avec un signal de modulation supérieure à basse fréquence. Pour des signaux de service de longueurs d'onde différentes, les fréquences des signaux d'accord au sommet sont différentes et correspondent aux longueurs d'onde biunivoques. Le chargement d'informations supplémentaires est mis en œuvre de manière synchrone.

Modulation en un point, détection multipoint

En même temps, la détection du signal de modulation supérieur peut être réalisée, et il peut être détecté à chaque point de détection suivant. La technologie de couche optique peut également détecter les informations de surdébit du canal et diverses informations caractéristiques clés de chaque longueur d'onde.