Dans les années 1990, la technologie DWDM a révolutionné le secteur des télécommunications grâce à l'augmentation spectaculaire de la capacité des réseaux. Cependant, le principal problème de ces systèmes réside dans leur bande passante fixe : la connectivité est prédéfinie lors de l'installation, et toute modification ultérieure est complexe et coûteuse. Or, des services comme l'IPTV ou la vidéo à la demande nécessitent une bande passante imprévisible, qui doit être configurée en fonction de la demande des utilisateurs. De toute évidence, la solution ne consiste pas simplement à ajouter de la capacité, mais plutôt à permettre aux opérateurs de reconfigurer rapidement et de manière transparente leurs réseaux DWDM afin de fournir une bande passante plus importante là où elle est nécessaire, au cas par cas. Par conséquent, une transition d'un système statique vers une architecture dynamique et reconfigurable est indispensable, et c'est là qu'intervient la technologie ROADM (multiplexeur optique d'insertion/extraction reconfigurable).
Les ROADM permettent une gestion flexible et efficace de la bande passante dans les réseaux DWDM, en fournissant et en commutant différents canaux DWDM en fonction des besoins du trafic (Figure 1). Certains opérateurs de réseau ont déjà déployé des ROADM sur leurs réseaux longue distance et, plus récemment, dans les zones métropolitaines. Ces déploiements ont été importants en Amérique du Nord et au Japon, où la distribution de services vidéo par fibre optique est plus développée, tandis qu'en Europe, ils restent relativement rares. 

 

Ce n'est que récemment que la demande de ROADM a émergé sur le marché européen. Ce marché est très diversifié, avec de nombreux fabricants et différentes technologies selon l'application et le type de réseau. Dans cet article, nous explorerons ce marché plus en détail, en examinant certains des différents produits proposés par les fabricants.

Technologies et applications.
De manière générale, le marché des ROADM se divise en deux grands domaines d'application. D'une part, les ROADM de cœur de réseau, utilisés dans le réseau principal, se caractérisent par un prix élevé et des performances supérieures aux exigences habituelles. D'autre part, certains fabricants se concentrent sur la conception de ROADM pour les applications métropolitaines, qui suscitent un intérêt croissant. Il est évident que les ROADM conçus pour les environnements métropolitains doivent être plus compacts et moins coûteux que ceux optimisés pour les systèmes longue distance. Par conséquent, la technologie utilisée diffère selon le type d'application ou d'environnement réseau.
Parmi les différentes technologies existantes, il convient de commencer par les bloqueurs de longueur d'onde. Associés à l'utilisation d'atténuateurs optiques variables (AOV) et de multiplexeurs/démultiplexeurs DWDM intégrés, les signaux DWDM peuvent être séparés en deux chemins distincts (extraction et transmission) afin d'ajouter de nouveaux canaux. La figure 2 illustre schématiquement leur application dans un ROADM. Bien que moins flexibles que certaines conceptions plus récentes, les bloqueurs de longueur d'onde constituent une option intéressante pour les réseaux longue distance en raison de leur coût inférieur. La plupart des bloqueurs de longueur d'onde utilisent des commutateurs à cristaux liquides. Cette technologie a déjà été décrite en détail (Conectrónica n° 59, p. 10-16, juillet 2002). Parmi les exemples d'application, citons les produits de JDSU, Xtellus et Avanex. Cette technologie offre de bonnes performances à un coût inférieur à celui des conceptions basées sur l'optique spatiale. En contrôlant la polarisation des canaux, il est possible de les atténuer partiellement ou de les bloquer complètement. De plus, un grand nombre de canaux (128/64) peuvent être gérés avec un espacement réduit (50/100 GHz) et des débits élevés (10 et 40 Gbit/s).
Cependant, pour les applications métropolitaines, les dispositifs à cristaux liquides restent encore trop onéreux. Prenons l'exemple d'une application simple comme un multiplexeur d'insertion/extraction dans un réseau en anneau. Dans ce cas précis, JDSU et NeoPhotonics proposent un ROADM 2D basé sur des circuits optiques planaires (PLC), qui comprendrait des commutateurs, des réseaux et d'autres composants facilement intégrables sur une puce de silicium. Les ROADM actuels basés sur la technologie PLC présentent de faibles pertes d'insertion et une large bande passante, permettant un fonctionnement à 40 Gbit/s avec un espacement de canaux de 100 GHz. Ils utilisent généralement des AWG pour le filtrage (multiplexage/démultiplexage), des commutateurs à la microseconde, des moniteurs de longueur d'onde et des VOA pour l'égalisation dynamique des canaux. Un exemple de ce type de dispositif est présenté sur la figure 3.
Cependant, malgré les avantages d'intégration de la technologie PLC, celle-ci est limitée en termes de reconfiguration et d'évolutivité, ce qui devient plus évident lorsque le débit binaire augmente et que l'espacement des canaux diminue. Si les études prévoient que dans les deux prochaines années, 70 % des développements de ROADM ne nécessiteront que des fonctionnalités 2D, l'avenir sera bien différent. La technologie à cristaux liquides permet essentiellement deux états de fonctionnement, qui dépendent de la polarisation du signal. Par conséquent, il est facile de réaliser un commutateur 1x2, mais deux étages sont nécessaires pour obtenir un schéma 1x4 et trois étages pour un schéma 1x8. Cela complexifie le système (évolutivité réduite) et entraîne des pertes de puissance importantes. Une approche différente est donc nécessaire. 

Pour une évolutivité optimale, certains fabricants utilisent la technologie MEMS (systèmes micro-électro-mécaniques), permettant le développement de commutateurs sélectifs en longueur d'onde (WSS). Ces dispositifs permettent de sélectionner une ou plusieurs longueurs d'onde du signal DWDM, qui sont ensuite redirigées vers un ou plusieurs ports de sortie. Cette solution multidimensionnelle permet la gestion simultanée des canaux d'insertion/extraction du ROADM de manière flexible et efficace. Par exemple, Capella produit des WSS à 10 ports en configurations 1x9 et 9x1, avec des versions offrant 45 canaux à 100 GHz ou 96 canaux à 50 GHz pour les applications métropolitaines et de réseau dorsal, respectivement (Figure 4). Parmi les autres entreprises développant des dispositifs MEMS, citons Xtellus, DiCon et JDSU.
Enfin, il convient de souligner qu'Optium a développé un WSS basé sur la technologie LCoS (cristal liquide sur silicium), également utilisée dans les écrans LCD grand public. La technologie LCoS est composée d'une couche de cristaux liquides contrôlée par un circuit intégré CMOS à matrice active. Contrairement aux MEMS, elle ne comporte aucune pièce mobile, ce qui la rend insensible aux vibrations. Elle possède également un grand nombre de pixels par canal, permettant des fonctionnalités avancées telles que la compensation de dispersion et, plus généralement, l'optimisation des performances par logiciel. La figure 5 illustre un exemple de ce type de dispositif.
Étude de cas :
Il y a un peu plus d'un an, Network Strategy Partners, LLC a mené une analyse économique comparative de l'utilisation de solutions ROADM par rapport aux OADM fixes. Pour cette analyse, le système ROADM Cisco ONS 15454 a servi d'étude de cas. Les résultats ont montré que les ROADM permettaient de réaliser des économies (CAPEX et OPEX) par rapport aux solutions traditionnelles, notamment dans les réseaux maillés caractérisés par une demande de trafic incertaine, une croissance rapide et une capacité élevée. Certains de ces résultats sont présentés dans la figure 6, confirmant que l'installation de ROADM dans les réseaux offre un retour sur investissement positif ainsi qu'une plus grande évolutivité et une flexibilité accrue dans la gestion du réseau.

 

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Francisco Ramos Pascual. Docteur en ingénierie des télécommunications.
Professeur titulaire à l'Université polytechnique de Valence.