Dans de nombreuses applications, la fibre optique est devenue le support privilégié pour la transmission de données à haut débit dans les entreprises, les métros et les transports en commun. On sait moins que les réseaux optiques peuvent également contribuer à réduire la consommation d'énergie. Les réseaux optiques passifs (PON) se généralisent dans le secteur des TIC et devraient connaître une forte croissance. Les PON offrent une bande passante et des débits élevés à un coût avantageux, tout en contribuant à une réduction significative de la consommation énergétique.
La demande de vitesse :
Grâce aux progrès considérables réalisés en matière de débit, de bande passante et de capacité globale des réseaux, la demande ne cesse de croître dans les applications de télécommunications et de communication de données. La fibre optique a démontré son utilité même à des débits aussi faibles que 1 Gbit/s et son utilisation s'est intensifiée pour les systèmes 10 Gbit/s actuellement déployés dans les centres de données d'entreprise. Elle est devenue la norme pour la mise à niveau actuelle à 40 Gbit/s, tandis que les systèmes 100 Gbit/s devraient se généraliser. La fibre optique est devenue une solution pratique pour les débits élevés sur des distances plus courtes, jusqu'à 100 mètres. La demande est croissante pour des applications telles que les serveurs, les routeurs et les commutateurs dans les centres de données. La fibre permet non seulement de réduire la taille et le poids des câbles, mais elle est également plus économique, réduit les interférences électromagnétiques et, surtout, peut diminuer la consommation d'énergie globale.
Coût et consommation d'énergie réduits.
Un réseau PON est une solution économique pour fournir une connectivité fibre optique performante jusqu'au domicile grâce à l'utilisation de fibres optiques partagées, éliminant ainsi le besoin de multiples connexions point à point. Un réseau PON utilise des répartiteurs optiques compacts, abordables et passifs, contrairement aux répéteurs optiques volumineux, coûteux et à forte puissance utilisés dans les réseaux optiques traditionnels. Un répartiteur PON connecte généralement jusqu'à 32 foyers ou bâtiments (voire plus) sur le même réseau. Il se compose d'un terminal de ligne optique (OLT) au central téléphonique du fournisseur d'accès et de plusieurs unités de réseau optique (ONU) connectées plus près des utilisateurs finaux (Figure 1).
Les signaux descendants sont transmis à toutes les installations partageant une même fibre optique. Le chiffrement assure la sécurité et empêche toute interception. Les signaux montants sont combinés à l'aide d'un protocole d'accès multiple, tel que l'accès multiple par répartition dans le temps (AMRT). Certaines entreprises utilisent la technologie WDM-PON (PON multiplexé en longueur d'onde) pour répartir les ONU en plusieurs PON virtuels coexistant sur la même infrastructure physique. Le multiplexage statique permet également une utilisation efficace de la longueur d'onde afin de réduire les délais au niveau des ONU.
La technologie de pointe dans ce secteur est le GPON (Gigabit PON), largement déployée par les opérateurs télécoms sur les réseaux téléphoniques ruraux et métropolitains aux États-Unis et en Europe, permettant ainsi l'accès à la fibre optique pour les particuliers et les entreprises. Des versions 10GPON (10 Gbit/s en aval et 2,5 Gbit/s en amont) sont en cours de développement et installées dans certaines applications avancées. Le GEPON est la version du GPON compatible Ethernet, prenant en charge des débits de 1 et 10 Gbit/s, voire plus.
En plus de leur mise en œuvre dans les réseaux de télécommunications, les systèmes de câbles passifs sont également adoptés dans les centres de données d'entreprises telles que Google™ et Amazon™, pour les connexions machine-à-machine à courte portée jusqu'à 15 mètres afin de réduire la consommation d'énergie, la chaleur et les coûts.
Le Laboratoire national Sandia d'Albuquerque, au Nouveau-Mexique, pionnier des réseaux optiques permanents (PON), a remplacé 600 commutateurs de données gérés individuellement par 14 éléments de réseau local optique (OPE), créant ainsi le plus grand réseau local à fibre optique au monde. Cette installation a permis de réduire la consommation énergétique du réseau de 65 %, générant 20 millions de dollars d'économies sur cinq ans en factures d'énergie et autres coûts. Elle offre une capacité accrue et, grâce à la plus grande portée de la fibre optique, a permis de connecter pour la première fois des sites distants à des réseaux de communication à haut débit. Elle est également plus sécurisée et fiable, a permis un gain d'espace et a réduit les coûts et les efforts de maintenance.
Émetteurs-récepteurs optiques :
Composant essentiel de tout système de réseau optique, l'émetteur-récepteur optique permet la conversion électro-optique des données. Selon les prévisions de marché REF1 2013-2017 de LightCounting, le chiffre d'affaires devrait continuer de croître d'année en année, pour atteindre 5 milliards de dollars en 2017 (contre 3 milliards en 2012). Les émetteurs-récepteurs pour les applications DWDM (multiplexage par répartition en longueur d'onde dense) et Ethernet sont les principaux moteurs de croissance, notamment grâce au déploiement rapide des ports 40 Gbit/s et 100 Gbit/s, indique l'entreprise. Cependant, les systèmes 10 Gbit/s dominent actuellement le marché Ethernet et continueront de le faire jusqu'en 2017, date à laquelle les dispositifs 100 Gbit/s devraient prendre le relais. Les clients recherchent des formats plus compacts et une consommation d'énergie réduite, précise l'entreprise.
Avago Technologies est une entreprise leader du secteur, proposant des solutions fibre optique innovantes pour les systèmes 10, 16, 40 et 100 Gbit/s et plus. L'émetteur-récepteur optique HFBR-5911LZ est un produit phare de cette gamme. Conçu pour les liaisons fibre optique multimodes courte portée (jusqu'à 500 m) à 1,0625 ou 1,25 Gbit/s, il est idéal pour les équipements réseau Gigabit Ethernet ou Fibre Channel.
Ce dispositif est conforme à la norme industrielle relative aux composants compacts (SFF) et nécessite une alimentation de 3,3 V. Son interface électrique est un connecteur 2 x 5 broches, tandis que son interface optique utilise un connecteur LC duplex. Il est généralement utilisé pour les interconnexions de fond de panier commutées à haut débit, les entrées/sorties de systèmes de stockage de masse et les interfaces périphériques à haut débit.
Pour les réseaux d'entreprise et métropolitains fonctionnant en Ethernet 10 Gbit/s, Avago propose la gamme d'émetteurs-récepteurs optiques AFBR. L'AFBR-703SDDZ, par exemple, est un module SFP+ (module enfichable à petit facteur de forme) doté d'un connecteur LC duplex, couramment utilisé dans les centres de données modernes. Il intègre la technologie VCSEL et le détecteur PIN 850 nm d'Avago. Avec un débit de données de 10,312 Gbit/s, sa dissipation de puissance typique est de 600 mW. Ce module offre des spécifications d'interface optique conformes à la norme 10GBASE-SR.
Spécialisée dans les modules optiques enfichables, Finisar propose une vaste gamme de dispositifs innovants permettant aux entreprises de télécommunications et de réseaux de données d'étendre leurs activités de manière modulaire. Cette gamme comprend des émetteurs, des transpondeurs et des émetteurs-récepteurs couvrant un large éventail de normes, de formats et d'applications. Les modules peuvent fonctionner à différentes distances : courte portée pour les centres de données, moyenne portée pour les campus et les réseaux métropolitains, et longue portée pour les opérateurs.
De nombreux modules intègrent un microprocesseur et une interface de diagnostic pour une surveillance fiable des performances. Cette fonctionnalité permet aux utilisateurs de surveiller à distance et en temps réel la puissance optique émise et reçue, le courant de polarisation du laser, la tension d'entrée et la température de l'émetteur-récepteur de tout dispositif optique du réseau.
Le module émetteur-récepteur optique Finisar FTLX1412D3BCL, au format XFP (petit format), est un exemple typique. Conforme aux normes 10GBASE-LR/LW avec Ethernet 10 Gbit/s, il prend en charge des débits de 9,95 à 10,5 Gbit/s et une longueur de liaison maximale de 10 km. Sa dissipation de puissance est inférieure à 2 W et il utilise un laser non refroidi de 1310 nm. Il nécessite une alimentation de seulement 3,3 V et est équipé d'un connecteur LC-Duplex. Les diagnostics numériques sont accessibles via une interface série à 2 fils.
Le FTLX8571D3BCL est conçu pour les applications SFP+ 10 Gbit/s et est conforme aux normes 10GBASE-SR/SW. Il prend en charge un débit binaire de 9,95 à 10,5 Gbit/s, fonctionne avec une alimentation unique de 3,3 V et une dissipation de puissance inférieure à 1 W. Il utilise un laser VCSEL non refroidi de 850 nm et offre une longueur de liaison maximale de 300 m. Ce composant est équipé d'un connecteur LC-Duplex et intègre des fonctions de diagnostic.
La carte d'évaluation Finisar FDB-1027 constitue une autre option intéressante pour les développeurs. Dotée d'un connecteur et d'un boîtier SFP+ uniques, ainsi que de quatre connecteurs coaxiaux SMA 50 ohms pour la réception des signaux de sortie et l'entrée différentielle haut débit de l'émetteur, cette carte est idéale pour évaluer les émetteurs-récepteurs SFP/SFP+ à longue et courte longueur d'onde, à des débits de données allant de 125 Mbit/s à 10,3 Gbit/s.
Résumé :
La technologie de la fibre optique permettra de répondre à la demande croissante de bande passante et de réseaux de données plus rapides. La pression s’accentue pour réduire la consommation énergétique excessive du secteur des TIC. Les réseaux optiques passifs constituent une avancée majeure pour atteindre ces deux objectifs. Les émetteurs-récepteurs optiques sont un composant fondamental des réseaux optiques actuels, et les fabricants de composants sont soumis à une forte pression pour développer des dispositifs capables de relever les défis techniques que représentent les débits de données élevés et le fonctionnement à faible consommation dans des formats standard.
Auteur:
Par Rich Miron, équipe de contenu technique de Digi-Key
Références
1. Prévisions du marché du comptage de lumière :
http://www.lightwaveonline.com/articles/2012/12/lightcounting-2012-reasonably-good-for-optical-transceiver-vendors.html © 2012 Google Inc. Tous droits réservés. Google et le logo Google sont des marques déposées de Google Inc.
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