Les ROADM peuvent modifier la destination des signaux optiques de différentes longueurs d'onde, et nombre d'entre eux sont mis en œuvre dans les réseaux de communication optique, où ils jouent un rôle clé.
Technologies et avantages des ROADM :
Les ROADM simplifient la conception des réseaux, prennent en charge les demandes de modification de bande passante et améliorent l’efficacité opérationnelle grâce à la reconfiguration à distance. Un ROADM typique se compose de plusieurs commutateurs sélectifs en longueur d’onde (WSS), eux-mêmes constitués d’une combinaison de multiplexeurs/démultiplexeurs, de commutateurs optiques, d’atténuateurs optiques variables (VOA) et de modules de contrôle. La capacité des ROADM à modifier la destination des signaux optiques sans conversion électrique permet aux opérateurs d’optimiser la conception des routes.
Les ROADM permettent un ajustement dynamique de la bande passante des longueurs d'onde en fonction des besoins de transmission de données. Ils facilitent la gestion à distance du routage des signaux optiques pour chaque longueur d'onde, éliminant ainsi le besoin d'interventions manuelles sur site des techniciens réseau. Dans les réseaux utilisant la technologie ROADM, l'automatisation logicielle optimise les configurations de connexion, garantissant une communication efficace. Cette approche minimise le risque de pannes réseau dues à des erreurs humaines et réduit considérablement la charge de travail opérationnelle liée à la gestion du réseau.
Les ROADM permettent aux opérateurs de réseau d'ajouter, de supprimer ou de transférer des longueurs d'onde selon les besoins, et ce, n'importe où, afin d'optimiser l'efficacité du réseau. En effet, le routage du trafic et les services peuvent être modifiés sans intervention physique. Leur évolutivité est aisée, permettant l'ajout rapide de nouvelles longueurs d'onde, de services ou de nœuds de réseau en fonction de l'augmentation de la demande en bande passante. Les ROADM multigrade, qui autorisent la connexion de plusieurs chemins de fibre optique, peuvent également être utilisés pour rediriger le trafic en cas de coupure de fibre ou de panne matérielle, offrant ainsi une meilleure résilience et une redondance accrue du réseau. Le ROADM est devenu une technologie clé dans le développement de réseaux optiques haute capacité, flexibles et agiles, tels que le WDM 400G, pour les cas d'usage exigeants du cloud, de la 5G et des centres de données.
Informatique de périphérie à faible latence :
Plusieurs architectures sont à la disposition des concepteurs de réseaux. L’une d’elles est CDC (sans couleur, sans direction et sans contention), qui permet des configurations de maillage non bloquantes. L’option « sans couleur » permet d’ajouter ou de supprimer n’importe quelle longueur d’onde ou couleur sur n’importe quel port, l’option « sans direction » permet d’ajouter ou de supprimer des longueurs d’onde dans n’importe quelle direction, et l’option « sans contention » permet d’ajouter ou de supprimer des longueurs d’onde sans interférence. Les ROADM multidegrés et l’architecture CDC sont essentiels pour un routage et une commutation rapides, garantissant ainsi une faible latence. Ce type de routage dynamique à distance permet aux services de périphérie, tels que les charges de travail d’IA, l’analyse en temps réel et les cas d’usage 5G, de maintenir des chemins directs optimaux à faible latence, même en cas de forte congestion ou de défaillance d’une liaison.
Les ROADM permettent non seulement d'automatiser les processus et d'optimiser l'efficacité spectrale, mais aussi de maintenir les données dans le domaine optique plus longtemps en transmettant les longueurs d'onde optiquement, sans régénération opto-électro-optique (OEO). Ces ROADM réduisent les coûts d'équipement et la latence au niveau des nœuds périphériques et des interconnexions des centres de données.
Promotion des réseaux ouverts :
Depuis les années 2010, l’adoption de la technologie ROADM a connu une forte accélération, engendrant de nouveaux défis techniques. Historiquement, la conception et la production des équipements ROADM étaient assurées par un petit nombre de fournisseurs de matériel spécialisés. Ce manque de diversité limitait l’interopérabilité entre les appareils de différents fabricants. Par conséquent, les systèmes ROADM ne pouvaient être intégrés de manière flexible en fonction des exigences fonctionnelles spécifiques ou des contraintes budgétaires.
La demande croissante de réseaux optiques flexibles, évolutifs et autonomes a nécessité d'importants efforts pour « ouvrir les réseaux optiques ». Ces efforts comprennent l'établissement de spécifications techniques standardisées et l'amélioration de l'interopérabilité entre les dispositifs de différents fournisseurs. Ces initiatives sont activement menées dans le cadre du projet OpenROADM, lancé en 2015 avec AT&T et d'autres leaders du secteur comme membres fondateurs. Le projet compte actuellement plus de 30 organisations membres.
Figure 2 : Les systèmes de réseaux optiques deviennent ouverts
OpenROADM vise à standardiser les interfaces optiques et leurs spécifications afin de garantir une interopérabilité optimale entre les systèmes ROADM de différents fabricants. Cette initiative met également l'accent sur le développement de fonctionnalités de gestion intégrées, facilitées par des contrôleurs de réseau défini par logiciel (SDN) multi-fournisseurs.
Parmi les défis actuels auxquels sont confrontés les systèmes ROADM figure l'interopérabilité limitée entre les équipements de différents fournisseurs. Les variations de configuration réseau entre les fournisseurs entraînent souvent une augmentation des coûts et de la complexité opérationnelle lors de l'intégration de nouveaux composants dans les systèmes existants.
De plus, la dépendance à un fournisseur unique pour les équipements réseau limite la concurrence, freine l'innovation et réduit la flexibilité du système. Cette dépendance, communément appelée « dépendance vis-à-vis du fournisseur », restreint l'interopérabilité globale au sein de l'écosystème réseau. OpenROADM vise à remédier à ces limitations en fournissant un cadre standardisé qui améliore l'interopérabilité indépendante des fournisseurs.
Spécifications OpenROADM :
OpenROADM comprend cinq types de matériels dotés d’interfaces optiques : modules optiques enfichables, transpondeurs, amplificateurs optiques en ligne, commutateurs/transpondeurs et les ROADM eux-mêmes. Associés à des contrôleurs logiciels, ces dispositifs peuvent être gérés via des contrôleurs SDN utilisant un modèle de données et une interface d’application (API) communs. Les API ouvertes permettent aux opérateurs de développer des applications réseau personnalisées, offrant des fonctionnalités telles qu’une faible latence et une haute fiabilité. Grâce à l’adoption du langage YANG pour la modélisation des données et les méthodes de contrôle, OpenROADM garantit la compatibilité et une intégration transparente entre différents fournisseurs.
De plus, les capacités de commutation non directive et sans contention des architectures ROADM, orchestrées par SDN, résolvent efficacement les conflits de longueur d'onde et réaffectent automatiquement les chemins sur le réseau. Ceci renforce la redondance et garantit la continuité des données, même en cas de pannes multiples. L'intégration de la surveillance des performances optiques (OPM) au contrôle SDN permet au contrôleur d'optimiser l'allocation des ressources et d'éviter le déploiement de chemins optiques non viables. Par ailleurs, SDN fournit une couche de contrôle unifiée, orchestrant les mécanismes de protection et de restauration tant au niveau optique que des couches réseau supérieures, maximisant ainsi la résilience et l'efficacité opérationnelle du réseau.
Émergence de la norme Open ZR+ :
Bien que les grands centres de données soient répartis sur plusieurs sites, la distance de communication entre eux (interconnexions de centres de données, DCI) est maintenue relativement courte (entre 80 et 120 km) afin de minimiser la latence. De plus, des connexions point à point sont utilisées entre les centres de données. L’Optical Internetworking Forum (OIF) a développé la norme 400ZR, une spécification d’interface spécifiquement dédiée à cette application DCI. La norme 400ZR définit également une méthode de transmission utilisant la modulation WDM, permettant la mise en œuvre du protocole Internet (IP sur DWDM) grâce à une modulation multiplexée haute densité.
En revanche, l'interface optique OpenROADM utilise un protocole de communication appelé Réseau de transport optique (OTN), normalisé par l'UIT-T et compatible avec des débits de données de 100 à 400 Gbit/s. Son coût est cependant élevé. Bien que les deux normes aient des points de départ différents, elles utilisent toutes deux un schéma de cohérence numérique adapté au multiplexage en longueur d'onde (WDM). De ce fait, les spécifications matérielles des émetteurs-récepteurs optiques correspondants présentent de nombreux points communs, et un mouvement d'intégration des normes a émergé. Ceci a conduit à la création de la norme « OpenZR+ ». Cette norme hérite des spécifications de base de 400ZR tout en permettant la création de réseaux DCI et des communications longue distance (environ 480 km).
En décembre 2023, les spécifications 600 Gbit/s et 800 Gbit/s ont été ajoutées à l'interface optique OpenROADM, tandis que l'OIF a publié la norme 800ZR en octobre 2024. Les spécifications pour OpenZR+ 800 Gbit/s devraient être ajoutées prochainement.
Nécessité de tests ROADM :
Pour garantir l’interopérabilité entre les appareils de différents fournisseurs, il est essentiel de maintenir la qualité de la communication, tant au niveau de chaque appareil que de l’ensemble du réseau. Des tests rigoureux sont nécessaires pour assurer la stabilité de la communication, prévenir les erreurs et améliorer la fiabilité. De plus, les ajustements de configuration en temps réel et les mécanismes de récupération rapide sont indispensables pour maintenir la flexibilité du réseau en cas de panne. Afin de suivre le rythme des progrès technologiques rapides, il est nécessaire d’adopter des solutions de test capables de s’adapter facilement aux nouvelles technologies et spécifications.
Anritsu et OpenROADM
Figure 3 : Systèmes de démonstration et rôle des produits Anritsu à l'OFC 2024
Anritsu, en collaboration avec l'Université du Texas à Dallas, a présenté des avancées dans les systèmes d'orchestration OpenROADM/IP over DWDM (IPoDWDM) lors des conférences OFC 2024 et SC24. S'appuyant sur le modèle YANG – une méthodologie de contrôle réseau indépendante des fournisseurs développée par OpenROADM et l'IETF – leur démonstration a mis en lumière des réseaux intégrés dotés d'un système d'orchestration géré par l'Université du Texas à Dallas. Deux ports 400G du testeur de réseau MT1040A Network Master Pro d'Anritsu (testeur 400G), équipés d'émetteurs-récepteurs OpenZR+ 400G intégrés, ont été connectés via la ligne d'insertion/extraction d'un système OpenROADM. Cette configuration a permis au système d'orchestration de configurer les paramètres de canal tout en surveillant les indicateurs de performance réseau critiques, tels que le taux d'erreur binaire, le débit et la latence, via le MT1040A. Le système unifié, grâce à l'évaluation en temps réel des modifications de routage ROADM basée sur les données de qualité de performance, offre un cadre robuste pour la surveillance et l'adaptation.
Conclusion
Cet article a présenté le ROADM, un dispositif de commutation pour les réseaux de communication optique, et OpenROADM, qui définit des interfaces pour réaliser l'interconnexion entre plusieurs fournisseurs.
La recherche de flexibilité, d'automatisation et de rentabilité pour l'avenir de la technologie ROADM continuera d'en être le moteur. Les circuits intégrés photoniques (PIC), les systèmes optiques co-intégrés et les matériaux avancés sont essentiels à la miniaturisation et à l'optimisation des ROADM afin de répondre aux exigences futures des réseaux.
Une tendance récente notable est la recherche de débits de transmission plus élevés. En janvier 2024, l'OIF a lancé un projet axé sur la spécification 1600ZR+ en réponse à la demande du marché pour des performances améliorées en mode ZR+. Naturellement, ce développement devrait avoir un impact sur les normes OpenZR+ et les spécifications OpenROADM. Dans ce contexte, Anritsu, fournisseur d'équipements de mesure, participe activement à OpenROADM et reste déterminé à proposer des produits contribuant au contrôle qualité et à la surveillance des réseaux de communication optique.
Auteur : Kazuichi Ichikawa, directeur adjoint, Anritsu Corporation
