FRnOG 41 - Laurent Guiraud : Increasing Capacity in WDM/OTN Optical Transmission System
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00:00pour pouvoir augmenter toujours plus la capacité qu'on est capable de transporter sur une paire de fibres optiques.
00:06Donc cette slide représente pour montrer le transport optique WDAM OTN à peu près partout dans tous les éléments de réseau
00:13que ce soit sur les réseaux opérateurs fixes, mobiles, entreprises, les utilities, transports, énergie.
00:19C'était historiquement une technologie qui était plutôt dans les coeurs de réseau et qui de plus en plus a été amenée dans les réseaux d'accès
00:26là où on a besoin de plus en plus de capacités.
00:29Et en ce moment,
00:31enfin depuis quelques temps, dans les applications Data Center Interconnect avec l'avènement de l'AI,
00:36on note en fait une explosion des ventes des modules optiques cohérents
00:41et on a besoin énormément de capacités sur ce genre d'applicatifs point à point, très courte distance mais très très haut débit.
00:47Le WDAM et l'OTN que je vais présenter par la suite, ça répond en fait à deux piliers principaux, c'est aller loin et
00:55transporter toujours plus de bandes passantes.
00:59Voilà donc ces différentes applications qu'on a vues sur le slide d'avant
01:04répondent à différents critères techniques auxquels les constructeurs d'équipements optiques
01:08répondent, notamment le DCI, donc c'est en gros l'interconnexion Data Center
01:13on a du très très haut débit sur des très très très courtes distances et pour
01:18cet applicatif là, on va plutôt aller chercher du coup par bits,
01:22des équipements qui consomment très peu et un footprint très léger dans le Data Center.
01:26Et plus on va aller
01:28sur des réseaux de très haute capacité, très longue distance, vers le long hall terrestre, aérien ou sous-marin,
01:34plus on va aller chercher de l'efficacité spectrale et c'est là qu'on va pousser les standards pour pouvoir
01:41transporter un maximum de capacités sur une paire de fibres optiques.
01:46Voilà ça c'est les blocs
01:48fondamentaux qui définissent en fait tout réseau de transport optique
01:52WDAM, OTN, donc sur la partie droite on a la partie qu'on appelle photonique en violet
01:57cette partie là elle a pour objectif en fait, elle a deux objectifs, c'est de transporter la wave
02:03globalement, de l'amplifier et de la switcher, c'est en gros des routeurs de longueur d'onde et sur la partie gauche qu'on appelle la partie
02:09digitale, la partie OTN
02:11c'est une partie qui a pour objectif d'encapsuler en fait les services clients très haut débit
02:15qu'on va transporter et qu'on va colorer. Donc cette partie là, il y a deux blocs
02:21sur cette partie là, la partie OTN transport
02:24ce qui est en gros,
02:27on utilise des transpondeurs et muxpondeurs sur cette partie là, pour transporter des services très très haut débit plutôt sur des applicatifs point à point
02:34400G, 800G, 100G aussi, et la partie OTN switching
02:42dans lequel on va avoir un cross connect OTN qui va être en gros, on va retrouver des fonctionnalités d'agrégation
02:49parce que dans ce cas là, on transporte des services de plus bas débit
02:51jusqu'au 1G, 1G, 10G et comme la capacité en ligne est beaucoup plus importante, on a besoin à cet endroit là
02:57d'agréger des services pour ensuite les transporter et on va être plus sur des architectures Omnibus ou Maillet
03:05et entre ces deux mondes là, donc le monde OTN et le monde photonique, on a les lasers
03:11donc
03:12aujourd'hui tous les réseaux de transport optique sont en mode 100% cohérent, donc on transporte des waves de 100G
03:19jusqu'aux dernières générations, aujourd'hui 1T6, donc c'est un constructeur nord-américain qui a sorti des DSP à 200 gigabaud
03:25qui sont capables de transporter des waves à 1,6T, donc d'un côté on a des trams OTU-CX, X étant un multiple de 100G
03:32et de l'autre côté, on a des canaux analogiques optical channel
03:38Alors ça c'est un site que j'aime bien présenter à des clients qui connaissent pas du tout le monde du transport optique
03:42pour simplifier et c'est une bonne analogie
03:45avec quelque chose que tout le monde connaît, c'est en imaginant le réseau autoroutier national
03:50qui interconnecte les différents POP, Paris, Bordeaux, Lyon, Marseille, Toulouse
03:56Nantes jusqu'à Paris, le réseau autoroutier, on a chaque axe de transmission
04:02un sens bien spécifique, donc c'est la paire de fibres optiques et sur chaque axe
04:07on a des lignes qui correspondent en fait aux canaux optiques
04:11on a les stations services qui peuvent représenter les amplificateurs en ligne pour rebooster le signal
04:18et par dessus cette infrastructure optique
04:21qui est le photonique, on va positionner des véhicules, deux types de véhicules, des véhicules très rapides
04:27donc des Porsche avec un seul client, dans ce cas là on va colorer un 400G ou un 800G Ethernet
04:31et on a un deuxième type de véhicule qui est un Flixbus par exemple
04:34dans lequel on va avoir beaucoup de petits clients qu'on va agréger et qu'on va venir
04:40transporter sur l'autoroute et en gros c'est plutôt sur des applicatifs et ça il va s'arrêter régulièrement à différents stops
04:45l'Aerodam ça va être les interchange pour pouvoir changer d'autoroute
04:51et les bretelles d'insertion d'extraction ça va être les blocs add and drop dans lesquels on va rentrer les véhicules
04:59L'OTN c'est le norme ITUT G709 donc c'est un standard industriel qui permet de multiplexer des services
05:07des services de connectivité, c'est une norme totalement interopérable
05:12et elle permet de transporter tout type de trafic dans des conteneurs universels
05:15donc ça permet d'améliorer l'efficacité des réseaux et l'utilisation des longueurs d'ondes
05:22le gros gros avantage de l'OTN et sans quoi les réseaux optiques ne fonctionneraient pas
05:28c'est la capacité à intégrer des codes de correction d'erreur
05:31donc en fonction de la distance à parcourir pour les waves
05:34on a des codes de correcteur d'erreur qui sont plus ou moins complexes
05:38qui prennent plus ou moins de place dans la trame, jusqu'à 35% d'overhead
05:41pour des systèmes de performance très très longue distance
05:45c'est une norme qui est totalement transparente et agnostique aux protocoles qui sont transportés
05:50donc on transporte n'importe quel type de service
05:52SDH, Ethernet, Vidéo, Fiber Channel, même OTN
05:55et voilà on transporte ça de façon transparente, c'est comme si c'était un fil
05:58c'est très simple, c'est totalement asynchrone
06:01ça a été construit pour l'Ethernet
06:03et ça supporte le transport transparent des protocoles de synchronisation PTP syncing
06:08ça intègre nativement aussi des overheads pour le calcul de la latence
06:14donc les overheads dits M, on n'a pas besoin d'instruments de test
06:17pour pouvoir mesurer la latence et le rentry delay des services qui sont fournis
06:22et enfin c'est totalement standardisé en termes d'OAM
06:26donc on voit en bas cette capacité d'encapsuler différents types de services de différentes tailles
06:32dans des gros conteneurs et ensuite ces gros conteneurs, ces gros strams sont colorés pour être envoyés sur la fibre
06:40ça ce sont les systèmes de transmission en ligne optique aujourd'hui de dernière génération
06:46donc vous avez un système de ce type là sur un site 3 directions, vous allez voir 3 fois ce système là
06:52donc on a d'abord un système de filtrage sur la partie ligne qui permet de filtrer
06:56les canaux TDR, les canaux de management et la bande passante qu'on utilise
07:00ensuite vous avez des amplis donc en réception pré-amp et à l'émission
07:05et vous avez derrière ça les switches de longueur d'onde WSS qui seront détaillés dans la slide d'après
07:09donc juste pour expliquer qu'historiquement en fait toutes ces fonctionnalités là
07:14étaient embarquées dans des modules individuels et stackés dans des châssis qui étaient quand même assez volumineux
07:20et qu'aujourd'hui dans les dernières générations d'Eurodam
07:22on a toutes ces fonctionnalités là qui sont intégrées directement dans une carte, dans un blade
07:28et donc on a autant de blades qu'on a de directions
07:31un point très important aussi c'est que les bandes passantes utilisées étant de plus en plus larges
07:35et l'atténuation sur la fibre n'étant pas la même aux extrémités des spectres
07:40on a intégré directement dans ces cartes des OSA, on met à la sortie des amplis
07:44qui permettent de monitorer en temps réel la puissance des différentes longueurs d'onde et le rapport signal surbruit
07:50et on a des boucles de rétroaction sur les switches de longueur d'onde avec des VOA
07:55donc des atténuateurs variables intégrés par canaux qui permettent d'équilibrer en fait les waves
08:00ce qui nous permet d'avoir des spectres plats en sortie d'ampli et d'éviter des tilts d'ampli
08:07ça c'est la configuration d'un site dernière génération Flexgrid, CDCF
08:11donc vous avez autant de degrés que de directions sur le site
08:15sur ce type de site Eurodam on a deux types de trafic, on a le trafic qui passe
08:19qui ne s'arrête pas, ce qu'on appelle le trafic express
08:22et on a le trafic qui est droppé, donc des longueurs d'onde qui sont droppées parce qu'on a des clients à servir sur ce site là
08:26donc dans chacune des directions on va avoir une carte Eurodam avec des WSS
08:31donc les WSS c'est des switches sélectifs de longueurs d'onde
08:34en gros c'est des splitter coupleurs dans lesquels vous pouvez définir les longueurs d'onde que vous faites passer ou pas
08:39dans telle ou telle direction, donc dans chaque degré on va avoir deux WSS
08:44en réception on va avoir un WSS 1 vers N, il split
08:48et à l'émission on va avoir un WSS N vers 1, il coupe
08:53tous ces WSS vont être connectés les uns aux autres
08:56et ça vous permet à distance de router n'importe quelle longueur d'onde
09:00de n'importe quelle largeur spectrale de n'importe quelle direction dans n'importe quelle autre direction
09:05ensuite pour le trafic local, là où on va avoir les transpondeurs
09:08on a différents types de blocs de drop
09:11en fonction de la protection ou pas, ou de la restauration qu'on veut mettre
09:16donc dans le cas où on a des services qui sont non protégés
09:19on va connecter directement la sortie des transpondeurs sur des ports des WSS
09:22ou derrière des splitter coupleurs, dans le cas où c'est protégé on a des cartes de protection
09:26qui permettent de dupliquer le canal OCH 1 plus 1
09:29et de pouvoir le connecter sur deux WSS différents
09:32et dans le cas où on a de la restauration, on a deux technologies aujourd'hui
09:35qui se concurrencent, qui est d'abord le MCS, Multi Case Switch
09:39ou le MIN WSS, dans lequel on va connecter les sorties des transpondeurs
09:43et qui en cas de coupure de fibre, de n'importe quel degré
09:46va pouvoir rerouter le trafic sur un degré qui est disponible
09:49jusqu'à temps qu'il y ait une route entre les deux points du service
09:55ça c'est une slide qui explique comment les constructeurs ont poussé des standards
10:00pour pouvoir transporter toujours plus de capacités sur les réseaux de fibre optique
10:04sur la partie droite, on voit les différentes évolutions qui ont eu lieu
10:09pour les plus anciens ici, vous pouvez vous rappeler du 10G Direct Detect
10:13où en fait c'était juste la modulation 1.0, lumière, pas lumière
10:17pour transporter un service 10Go de cette façon là
10:20ensuite le premier step pour pouvoir augmenter la capacité, c'est de moduler
10:24donc typiquement c'est ce qu'on retrouve aujourd'hui sur les interfaces Ethernet
10:27100G FR1 ou les 400G FR4, c'est du PAM4
10:30la modulation extrêmement basique et qui permet de multiplier par deux le débit binaire
10:34pour les réseaux de longue distance, on a un peu poussé les standards de modulation
10:38donc on est sur des modulations entre le QPSK jusqu'au 64QAM aujourd'hui
10:4364QAM ça vous permet de multiplier par 6 le débit binaire
10:47aujourd'hui on s'arrête à 64QAM parce qu'on n'est pas capable de transporter
10:52du 128QAM, du 158QAM sur des distances suffisamment structurantes
10:57aujourd'hui la technologie s'arrête au 64QAM
11:01un point sur lequel les constructeurs ont joué c'est l'événement du Coherent
11:05le Coherent c'est des DSP, et des DSP c'est des chipsets
11:09capables de générer un certain nombre de milliards de symboles par seconde
11:12donc le début du Coherent on était sur des chipsets qui permettaient de transporter 30Go
11:17et aujourd'hui les dernières générations chez les années nord-américains
11:21c'est des chipsets de 3nm qui sont capables de générer 200 milliards de symboles par seconde
11:25on vient ensuite moduler sur une modulation 16QAM, 64QAM
11:30et en dual polarisation, et donc aujourd'hui on arrive à transporter sur des réseaux long de distance
11:34des waves à 1T6
11:36et enfin il y a un dernier segment parce que là on pousse le standard de plus en plus de la modulation du WDM
11:40on arrive aux limites de ces technos-là
11:43donc on a aujourd'hui l'avènement du SDM, je ne sais pas si vous avez entendu parler du cap sous-marin du NANDS
11:48c'est le premier cap sous-marin qui intègre le SDM
11:51donc en gros la logique c'est de se dire, les amplis qui étaient dédiés en fait par paires de fibres optiques
11:55aujourd'hui on les distribue sur plus de paires de fibres optiques
11:59donc on va limiter la capacité maximum qu'on a sur une paire
12:02par contre on va augmenter le nombre de paires d'optiques qu'on a sur le câble
12:06et donc typiquement du NAND qui était par rapport à la longueur du câble entre les US et Bordeaux
12:10sur des technologies historiques on aurait dû être entre 6 et 8 paires de fibres
12:14et du NAND c'est 12 paires de fibres à 20T
12:17ce qui fait qu'on a un câble qui transporte 250T de capacité
12:22et on a aussi des technologies qui arrivent alors qu'ils ne sont pas encore matures
12:26c'est le multicore fibre, c'est le fait d'avoir plusieurs cœurs sur une même fibre
12:29c'est très compliqué en termes de manufacturing, ça commence tout juste
12:32on a le premier cap sous-marin je crois qui va arriver entre Taïwan et les Philippines
12:36qui est un câble d'ailleurs Google, donc il y a 4 cœurs je crois dans chaque paire de fibres
12:42donc une autre manière d'augmenter la capacité sur les systèmes
12:45c'est effectivement d'augmenter la capacité spectrale d'utilisation sur cette paire
12:49donc historiquement pour les plus anciens on était sur du 4 THz, la bande C
12:53on voit bien que c'est la courbe d'atténuation linéique en fonction de la longueur d'onde
12:59donc effectivement historiquement dans les premiers réseaux on a pris le minimum de cette courbe là
13:04c'était la bande C à 4 THz, ensuite on l'a étendue à 4,4, 4,8 THz
13:09c'était les fameux systèmes de 96 longueurs d'onde à 50 GHz ou 48 longueurs d'onde à 100 GHz
13:15et donc ensuite s'est posé la question est-ce qu'on étend la bande C
13:18il y a deux technologies constructeurs qui sont arrivées, ceux qui ont proposé du super C
13:22donc on étendait la bande C de 4,8 à 6 THz
13:25et puis les constructeurs qui sont venus en disant non la bande C on l'étend plus
13:29par contre on va faire de la bande L à côté et on fait du C plus L
13:32donc voilà donc aujourd'hui c'est des questions qui se posent chez les opérateurs
13:36est-ce qu'on fait du super C jusqu'à 6 THz ou est-ce qu'on fait du C plus L avec les contraintes que ça
13:41parce que le super C utilise une seule gamme de WSS, une seule gamme d'amplificateurs
13:46alors que le C plus L on a l'obligation d'avoir des amplificateurs dédiés par bande
13:50et des WSS aussi dédiés dans la plupart des cas
13:56et un autre problème du C plus L c'est qu'en règle générale on charge en premier la bande C
14:01et que la bande C a malheureusement joué le rôle d'effet ramant sur la bande L
14:06donc on est obligé d'utiliser des générateurs de bruit blanc sur la bande L
14:10pour limiter ces effets de la bande C sur la bande L
14:12c'est ce qu'on appelle le SRS tilt challenge
14:18cette slide c'est pour vous montrer l'évolution avec le temps depuis 30 ans des technologies
14:24donc on voit bien dans les années 2000 on était sur du 10G
14:27et notamment l'amélioration de l'efficacité spectrale
14:30donc il y a 25 ans on transportait 10 gigabits de données sur 50 gigahertz de spectre
14:36donc on avait une efficacité spectrale de 0,2 bits par hertz
14:39l'avènement des technologies cohérentes d'abord en 100GQPSK, 200GSSQAM, 400GSSQAM
14:44avec des DSP toujours plus puissants et des modulations toujours plus puissantes
14:47on arrive aujourd'hui en 2024 à transporter 1,2 des longueurs d'onde de 1,2 terahertz sur 150 gigahertz
14:53donc on arrive aux limites en fait de l'efficacité spectrale qui est de 8 bits par hertz
14:58c'est pour ça qu'on augmente la largeur spectrale des bandes, la bande C, la bande L, super C, super L
15:03je crois que je suis un peu en retard
15:05donc ça c'était une slide pour vous montrer tous les effets qui limitent les performances des réseaux optiques long distance
15:10et les solutions qu'on a pour y pallier
15:13donc on a d'abord la qualité des équipements actifs
15:16donc c'est essentiellement les amplificateurs optiques et les WSS
15:19sur lesquels on va regarder les figures de bruit, la flatness, dégain, le ripple et le tilt
15:24sur les WSS donc les cross connect de longueur d'onde
15:26on va aller regarder la qualité des gabarits des filtres
15:28et la capacité à pouvoir ajuster les fréquences centrales
15:31et enfin on a les effets de la fibre
15:33donc sur les réseaux cohérents, aujourd'hui la dispersion qu'elle soit chromatique ou la PMD, mode de polarisation
15:42c'est totalement compensé par les DSP
15:45et puis par contre le cohérent est beaucoup plus sensible à l'OSNR et les non linearités
15:52et dans ce cas là, pour compenser ces problèmes là, on opère en dessous de certains seuils
15:58et pour limiter les effets non linéaires, il y a une chose très simple
16:01c'est pour ne pas fracasser l'information de phase qui est transportée sur la fibre
16:04il suffit juste de diminuer la puissance de la wave à l'émission quand on la connecte sur la fibre optique
16:09on a aussi la possibilité d'utiliser des fibres de type G652
16:13qui sont des fibres à faible dispersion
16:16et ce qui permet de réduire les effets non linéaires
16:19une dernière slide, si je peux, aujourd'hui sur le réseau, chez les opérateurs
16:23pour les offres de services très très haut débit
16:26on a deux types d'offres qu'on retrouve
16:28donc les offres wave, où en gros le transpondeur, le WSS, la partie photonique est chez l'opérateur
16:33et en fait il vous fournit un service de bout en bout très haut débit
16:36de 10Go jusqu'à 800Go Ethernet
16:38donc c'est maîtrisé, il n'y a aucun souci
16:41on voit apparaître de plus en plus chez les opérateurs
16:45on appelle ça parfois fibre amplifiée ou spectre
16:48et dans ce cas là, la différence c'est que le transpondeur est chez le client
16:52et il se connecte, il vient acheter une largeur spectrale à l'opérateur
16:57et il vient se connecter directement au switch de longueur d'onde
17:00ça lui permet de gérer son spectre comme il le souhaite
17:05d'envoyer les services qu'il souhaite envoyer
17:07de gérer éventuellement du chiffrement directement sur ses transpondeurs
17:10la démarcation ne se fait pas au même endroit
17:13je vous remercie, c'est terminé pour moi
17:16et je crois que pour la suite c'est Arteria avec le trial de Artera
17:22exactement, merci