À cet égard, l'intégration de canaux 40 et 100 GHz dans les centres de données requiert des liaisons composées de structures multifibres parallèles, très différentes de celles nécessaires aux canaux duplex.
Toutefois, la réalité exige que les deux types de liaisons puissent être établis simultanément dans un centre de données, et que la commutation entre elles ne perturbe ni la gestion ni les performances du réseau.

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Connectivité duplex (Base 2)
Avant d'expliquer ce qu'est la connectivité multifibre parallèle, il est utile de rappeler le fonctionnement d'une liaison duplex.
Dans une liaison duplex, les deux fibres servent à établir un canal de télécommunications bidirectionnel simple : chaque fibre transporte le signal d'un émetteur (Tx), situé à une extrémité, vers un récepteur (Rx), situé à l'autre extrémité.

La disposition correcte des fibres permettant d'obtenir ce résultat, quel que soit le nombre de connecteurs gérés sur la liaison, est appelée polarité Base 2.
Pour en comprendre l'importance, analysons ce qui se passe si, lors de la tentative d'établissement d'un canal duplex, le signal destiné au récepteur (Rx) sort du connecteur prévu pour l'émetteur (Tx).
La solution la plus simple consiste à inverser les deux connecteurs unipolaires au même point de la liaison, à l'une ou l'autre extrémité, ou à un point de gestion intermédiaire.
Il est facile de déduire que cette solution peut engendrer un problème plus grave que celui qu'elle prétend résoudre : la perte de contrôle du réseau physique, conséquence d'une perte de confiance dans la gestion du réseau, due au nombre considérable de connecteurs dans un centre de données.

Cependant, même sans atteindre de tels extrêmes, l'application de cette solution simple peut se heurter à des difficultés plus immédiates :
– le temps manque pour tester la polarité de chaque équipement ou port connecté (situation fréquente dans les centres de données) ;
– les connecteurs duplex ne permettent pas leur interchangeabilité ;
– différents types de connectivité avec des bases de polarité différentes (base 2, base 12, base 24, etc.) coexistent sur le réseau, empêchant un fonctionnement correct sans planification et gestion adéquates.
Pour éviter cette situation, le principe de gestion de base d'un réseau basé sur des canaux à polarité de base 2 repose sur la règle AB.

Cette règle stipule que lorsque deux fibres sont équipées de connecteurs duplex à leurs deux extrémités, la fibre occupant la position A du connecteur à une extrémité doit occuper la position B à l'autre extrémité. Ainsi, si les extrémités sont interverties, la configuration résultante doit être identique.
Cette règle s'applique aux cordons de brassage duplex, aux presse-étoupes et aux lignes principales.
Pour les cordons de brassage, la règle est facile à appliquer si les connecteurs aux deux extrémités sont duplex. La figure 1 illustre leur disposition. Concernant les
presse-étoupes duplex, il est facile de vérifier que le marquage AB est inversé de part et d'autre, garantissant ainsi leur conformité à la règle (c'est pourquoi de nombreux fabricants n'indiquent plus les marquages ​​A et B sur leurs presse-étoupes duplex). La généralisation
de cette règle aux lignes principales, généralement composées d'un nombre pair de fibres supérieur à deux, est appelée la règle de l'inversion de paire.
Cette règle ne doit être appliquée que lorsque des presse-étoupes duplex sont disponibles aux deux extrémités, car la polarité Base2 ne s'applique pas aux liaisons comportant des presse-étoupes unipolaires à une ou aux deux extrémités.
La règle de l'inversion de paire consiste à inverser l'ordre des paires de fibres aux deux extrémités.
Conformément à ce critère, la polarité Base2 est maintenue quel que soit le type de connecteur duplex, le type de composants utilisés et le nombre d'interconnexions établies dans la liaison pour créer un canal de communication.

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Pour appliquer la règle de l'inversion de paires, procédez comme suit :
1. Attribuez un numéro séquentiel à chaque fibre du câble (chaque fibre correspondant à une couleur, il est recommandé d'utiliser un code couleur standard). Voir l'exemple du tableau 1.
2. Vérifiez que les presse-étoupes du câble duplex sont positionnés de manière identique aux deux extrémités. Figure 2a
. S'ils sont horizontaux, le guide-détrompage du connecteur est généralement placé en
haut.
b. S'ils sont verticaux, vérifiez que le guide-détrompage est
du même côté (droite ou gauche) aux deux extrémités.
c. Si les presse-étoupes ne sont pas disposés de la même manière aux deux extrémités, établissez une correspondance
entre eux.
3. Installez les connecteurs dans les presse-étoupes du câble duplex aux deux extrémités selon les critères suivants :
a. À une extrémité du câble, installez les connecteurs dans les presse-étoupes dans l'ordre (1-2, 3-4, 5-6
…), par exemple de gauche à droite (ou de haut en bas).
b. À l'autre extrémité du câble, installez les connecteurs dans les presse-étoupes en inversant la numérotation des paires (2-1, 4-3, 6-5…), dans le même sens qu'à l'autre extrémité : par exemple, de gauche à droite (ou de haut en bas).

Une attention particulière doit être portée lors de l'application de l'étape 3 dans le cas 2.c, car une erreur est très facile à commettre. La principale cause d'erreur provient du fait que, si elles sont présentes, les marques AB alternées de part et d'autre d'un même presse-étoupe duplex peuvent induire des erreurs lors du positionnement correct.

Fibres principales.
Une façon de comprendre la cohérence de la polarité de base 2 est de constater que la somme des composants nécessaires à l'établissement d'un canal (fibres principales + traversées de cloison + cordons de brassage) est toujours un nombre impair.

En effet, un seul cordon de brassage suffit pour établir un canal. Si deux cordons de brassage sont raccordés, un presse-étoupe duplex est nécessaire pour les connecter, portant ainsi le nombre d'éléments à trois. En suivant ce principe, qu'il s'agisse de lignes principales ou de cordons de brassage, le nombre de presse-étoupes ajoutés reste le même, de sorte que le nombre final d'éléments constituant un canal est impair. Voir les exemples des figures 3 et 4.

Connectivité multifibre parallèle (Base 12)
Comme mentionné précédemment, l'intégration de systèmes de transmission à 40 et 100 Gbit/s dans les centres de données a nécessité une refonte de la connectivité dans ces environnements.
Pour transmettre de tels débits de données, deux approches principales existent.
La première consiste à développer des émetteurs et des récepteurs dotés d'une bande passante suffisante pour gérer cet énorme volume de données. Cette option se heurte à des limitations physiques inhérentes à la dynamique interne des dispositifs optoélectroniques, ce qui freine son intégration dans les produits commerciaux.
La seconde approche, en alternative, repose sur la décomposition du canal haut débit en plusieurs « sous-canaux » à débit inférieur, puis leur agrégation. Dans ce cas, le débit de transmission choisi pour chaque sous-canal est au maximum de 10 Gbit/s, débit pour lequel des composants optoélectroniques sont disponibles sur le marché.
Plusieurs options sont envisagées pour le transport de ces sous-canaux, allant du multiplexage en longueur d'onde sur une seule fibre à la transmission parallèle sur des fibres indépendantes, en passant par le multiplexage de phase et de polarisation.
De toutes ces options, la transmission parallèle sur fibres indépendantes est la plus facile à mettre en œuvre et de loin la plus économique lorsque la longueur du canal est courte, comme dans le cas d'un centre de données.

Pour mettre en œuvre cette solution, les fibres sont regroupées sous un seul connecteur. La solution de connectivité la plus courante utilisant cette approche repose sur le connecteur MPO (voir figure 5).
La configuration la plus fréquente d'un connecteur MPO est une rangée de 12 fibres. Ce grand nombre de fibres offre une grande flexibilité pour le positionnement des connecteurs aux extrémités d'un cordon de brassage ou d'un câble principal.

Parmi toutes les configurations possibles, une seule a été normalisée : elle permet de garantir une communication basée sur l’agrégation de sous-canaux en parallèle. Cette configuration est appelée polarité en base 12. Voir tableau 2.

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Pour respecter cette polarité, la disposition des connecteurs d'un câble principal ou d'un cordon de brassage doit suivre la règle « clé vers le haut / clé vers le haut ». Voir figure 6.

Les configurations Key-up/Key-down, qu'il s'agisse de paires directes ou inversées, reposent sur les mêmes critères que ceux utilisés pour établir des liaisons classiques avec des connecteurs asymétriques ou duplex (AB). Il est évident qu'elles ne respectent pas la polarité binaire (base 12), puisqu'elles associent la position 1 d'une extrémité à la position 1 de l'autre (cas direct, figure 7a) ou alternent les positions paires et impaires deux à deux (cas de paire inversée, figure 7b).
Avec la polarité binaire (Key-up/Key-up), les communications utilisant plusieurs sous-canaux parallèles, tels que 40 et 100 Gbit/s, sont facilement réalisables, comme illustré dans les schémas des tableaux 3 et 4. En revanche, ce type de canal est impossible à établir avec les configurations Key-up/Key-down, comme expliqué précédemment.

Notez que pour gérer 10 sous-canaux dans chaque sens de transmission, deux liaisons secondaires à 12 fibres sont nécessaires par canal. Dans ce cas, les deux liaisons secondaires doivent être configurées pour connecter les ports Tx et Rx aux deux extrémités. Cette configuration équivaut à combiner une polarité Base2 au niveau de la liaison secondaire avec une polarité Base12 au niveau de la fibre. Cette combinaison de polarités est appelée polarité Base24.
Il existe plusieurs façons d'obtenir une polarité Base24, mais elles dépendent toutes du type de connecteur utilisé. Ainsi, si des connecteurs MPO à 24 fibres sont utilisés dans une configuration à deux rangées de 12 fibres, la liaison secondaire formée par les fibres de la rangée inférieure à une extrémité doit correspondre à celles de la rangée supérieure à l'extrémité opposée.

Cependant, la pratique la plus courante consiste à utiliser des connecteurs MPO à 12 fibres. Dans ce cas, les connecteurs femelles MPO sont disposés par paires, et la gestion des sous-liaisons est similaire à celle des liaisons fibre optique utilisant des connecteurs individuels. Autrement dit, elle est comparable à la gestion des canaux duplex avec des cordons de brassage individuels, à la différence que chaque cordon de brassage est constitué de 12 fibres.
Un dernier point concernant les connecteurs MPO doit être pris en compte car, bien qu'il n'affecte pas directement la polarité, il influe sur la conception du réseau et le choix de ses composants.

Comme les fibres sont disposées en un seul bloc, il est impossible de contrôler leur alignement au niveau des connexions à l'aide d'un manchon dans la cloison. Pour obtenir un alignement précis, on utilise un système de clavette. La clavette (également appelée boulon, goupille, etc.) s'insère parfaitement dans la rainure ou l'alésage, empêchant tout mouvement latéral des connecteurs.

Méthode A (Ligne principale à configuration unique) :
1) Deux types différents de cordons de brassage duplex.
2) Configuration simple de la ligne principale (clé vers le haut/clé vers le bas).
Incompatible avec les réseaux 40/100 Gbit/
s. 3) Permet l’utilisation d’une configuration unique sur tous les modules adaptateurs.

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Méthode B (Ligne parallèle) :
1) Un cordon de brassage duplex unique conforme à la règle AB.
2) Ligne parallèle avec polarisation vers le haut.
Compatible 40/100 Gbit/
s. 3) La responsabilité de l’adaptation correcte Base2 vers Base12 incombe exclusivement aux modules adaptateurs. Certaines options nécessitent des configurations différentes aux deux extrémités.

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Méthode C (Ligne duplex) :
1) Cordon de brassage duplex unique conforme à la règle AB.
2) Ligne duplex à inversion de polarité (applique la règle des paires inversées à une seule configuration).
Incompatible avec le 40/100 Gbit/s
. 3) Permet l’utilisation d’une seule configuration sur tous les modules adaptateurs.

La conception des connecteurs MPO prévoit la présence de deux détrompeurs (connecteurs MPO mâles) ou de deux rainures de détrompage (connecteurs MPO femelles). Par conséquent, la désignation « femelle » ne s'applique plus aux connecteurs MPO, contrairement aux connecteurs classiques. (Voir figures 8 et 9).
Les normes industrielles auraient pu définir les connecteurs MPO avec un détrompeur d'un côté et une rainure de détrompage de l'autre. Dans ce cas, tous les connecteurs auraient été identiques, mais cette option présente d'autres limitations techniques qui dépassent le cadre de cet article.
Si le verrouillage détrompeur-rainure assure l'alignement, la responsabilité du bon alignement, et plus précisément du maintien de la pression adéquate entre les fibres optiques, incombe aux ressorts internes. Or, ces ressorts sont inopérants si les connecteurs ne sont pas fixés.

Ce point d'ancrage se situe dans le presse-étoupe. Voir figure 10.
Outre sa fonction de fixation, le presse-étoupe assure le maintien de la polarité correcte en maintenant les détrompeurs des connecteurs dans la bonne position. Pour garantir la polarité, le presse-étoupe doit respecter le même principe que les câbles principaux et les cordons de brassage : détrompeur vers le haut / détrompeur vers le haut.
Seuls les connecteurs mâles et femelles sont autorisés dans un presse-étoupe. Cette exigence détermine la position de chaque type de connecteur, mâle ou femelle, au sein du réseau.
Étant donné que les cordons de brassage (éléments mobiles assurant la gestion du réseau) doivent être équipés du même type de connecteur à leurs deux extrémités, et que ce sont les seuls éléments pouvant se connecter aux connecteurs des équipements optoélectroniques, les connecteurs des cordons de brassage doivent être compatibles avec ceux des équipements de télécommunications. Ces derniers étant dotés de connecteurs MPO-M, les cordons de brassage doivent impérativement être équipés de connecteurs MPO-F.

Cette décision détermine le choix des connecteurs pour les lignes principales, qui constituent l'infrastructure fixe du réseau. Il s'agit de connecteurs MPO mâles (MPO-M), complémentaires à ceux utilisés pour les cordons de brassage.
Exceptionnellement, lorsqu'un type de connecteur différent est disponible à chaque extrémité (MPO-F et MPO-M), comme illustré sur la figure 4, on parle alors de cordon de brassage hybride. Ce type de configuration est déconseillé : bien qu'il permette la connexion d'équipements au réseau, il ne convient pas à la création de ponts entre panneaux au sein de l'infrastructure fixe.

Compatibilité Base 2 et Base 12. Modules d'adaptation.
Il ressort de ce qui précède que, dans un centre de données évolutif, la polarité doit impérativement être prise en compte dès sa conception.
Il apparaît clairement qu'il est conseillé d'établir une infrastructure fixe en Base 12, et donc des liaisons Key-up/Key-up, permettant l'installation de canaux de transmission haut débit. Cependant, la réalité impose le maintien de liaisons duplex classiques, supportées par la polarité Base 2.
Nous allons maintenant expliquer les éléments nécessaires, ainsi que les critères de configuration et d'utilisation, pour permettre la gestion des canaux Base 2 sur des infrastructures Base 12.
Bien que, comme nous l'expliquerons plus loin, il existe de nombreuses procédures pour mettre en œuvre cette intégration, le respect de certaines contraintes visant à faciliter l'administration en limite les options en pratique.
Les normes internationales fournissent des directives spécifiques pour l'établissement de liaisons duplex sur des liaisons à 12 fibres. En particulier, la norme ANSI/TIA-568-C définit trois méthodes de base, identifiées comme A, B et C, capables de répondre à ce besoin, mais précise également qu'il existe de nombreux critères de modification de ces trois types de base, qui peuvent s'avérer utiles pour faciliter la gestion et la projection future du réseau.

Pour comprendre les caractéristiques uniques et les différences entre les méthodes possibles, il faut d'abord analyser les composants qui constituent un canal.
Rappelons que la construction d'un canal nécessite tout ou partie des éléments suivants :
- Lignes principales
- Raccords de cloison
- Cordons de brassage

À ces composants fondamentaux, il convient d'ajouter de nouveaux éléments permettant, le cas échéant, l'adaptation des stations de base : les modules d'adaptation.
Ces modules sont situés aux extrémités des lignes principales, avant leur connexion au panneau d'administration. Ils font ainsi partie intégrante de l'infrastructure fixe du réseau.
Si certaines conditions de conception sont requises pour ces éléments afin de garantir leur bon fonctionnement et leur facilité de gestion,
le nombre de méthodes d'adaptation possibles est considérablement réduit.
Dans ce contexte, les critères à appliquer sont les suivants :
– Les lignes principales et les presse-étoupes doivent être configurés en Base 12, c'est-à-dire de type Key-up/Key-up.
– La méthode choisie doit pouvoir fonctionner exclusivement avec des cordons de brassage duplex et des presse-étoupes conformes à la règle AB (Base 2).
Ces exigences excluent toutes les méthodes dont l'adaptation repose sur la disposition des fibres dans les lignes principales, les presse-étoupes ou les cordons de brassage. En effet, puisque les lignes principales et les cloisons sont déterminées par la polarité de base 12 et les cordons de brassage duplex et les cloisons associées par la polarité de base 2, la méthode choisie est gérée dans les modules d'adaptation.

Ces contraintes excluent les méthodes A et C comme candidates potentielles pour l'infrastructure d'un centre de données moderne, car leurs liaisons principales sont incompatibles avec l'exigence de polarité Base 12. Il convient de rappeler que ces deux méthodes proviennent de l'adaptation de liaisons principales classiques, qui attribuaient les fibres directement (1 à 1, 2 à 2,…) ou par paires inversées (1 à 2, 2 à 1,…).
Le module d'adaptation, appelé Hydra en raison de sa forme, est un élément qui, comme mentionné précédemment, est intégré à l'infrastructure fixe aux extrémités des liaisons principales et permet l'attribution libre des 12 fibres aux ports correspondants associés à 6 connecteurs duplex. Voir la figure 11.
Les Hydras sont généralement regroupées par paires dans un boîtier commun appelé cassette d'adaptation, généralement installée dans les panneaux de gestion de réseau.
Ainsi, le problème du transport des canaux Base 2 à travers une infrastructure fixe Base 12 se réduit à l'affectation correcte des Hydras d'adaptation dans les passages duplex des cassettes.

Il est possible de vérifier qu'il existe 46 080 configurations permettant de configurer un réseau entièrement compatible Base 2 et Base 12 à partir du modèle B à l'aide d'un seul module adaptateur. Dans ces cas, la configuration des deux modules complémentaires est identique. Autrement dit, les modules sont auto-complémentaires, ce qui permet d'utiliser le même module sur l'ensemble du réseau et simplifie ainsi son administration.
Il est important de noter que chaque module auto-complémentaire est incompatible avec tout autre module auto-complémentaire.
Logiquement, dans une infrastructure avec des éléments fixes (troncs) équipés de connecteurs MPO mâles (avec détrompeurs), les modules adaptateurs doivent être équipés de connecteurs MPO-F. Bien que l'inverse soit également envisageable, l'avantage de configurer les troncs avec des connecteurs MPO-M a déjà été expliqué.

Conclusions
Pour concevoir le système de câblage à fibre optique d'un centre de données moderne, il faut choisir une solution cohérente dans laquelle l'ensemble des éléments constitutifs de son infrastructure fixe, d'adaptation et de connexion garantit la coexistence des polarités duplex Base 2 et parallèle Base 12 et 24 grâce à une gestion simple et sécurisée.

Pour la construction de l'infrastructure fixe, il est conseillé d'opter pour une architecture Base 12 mise en œuvre avec des composants modulaires pré-assemblés en usine, de type « clé vers le haut ». La pratique la plus courante consiste à utiliser des câbles terminés en usine avec des connecteurs MPO-M à leurs extrémités, appelés câbles de liaison.
Pour le réseau mobile, les cordons de brassage avec connecteurs MPO-F conviennent aux canaux Base 12, et les connecteurs LCD ou SCD, conformes à la règle AB, sont appropriés aux canaux Base 2.
Il est essentiel de s'assurer que les adaptateurs, cassettes et modules d'interface (hydra) possèdent des connecteurs MPO adaptés à leur position dans le réseau. Autrement dit, s'ils sont destinés à être intégrés à l'infrastructure fixe, le connecteur MPO doit être identique à celui utilisé sur le câble de liaison.

Tous les éléments du réseau doivent garantir leur bon fonctionnement avant utilisation, afin de minimiser les manipulations et l'ajout d'éléments intermédiaires lors de l'établissement des canaux.
Si ces critères sont systématiquement appliqués, la gestion d'un centre de données doté de plusieurs systèmes de télécommunications peut s'avérer très simple, avantageuse et économique.

Les figures 12a, b et c illustrent les méthodes A, B et C. Il est à noter que dans les méthodes A et C, le module adaptateur est identique et unique, ce qui est logique puisque, dans ces cas, la polarité Base 2 est gérée soit par les cordons de brassage duplex (cas A), soit par le câble principal lui-même (cas C). La méthode B nécessite deux modules, configurables différemment, mais dans 46 080 configurations sur plusieurs millions possibles, les deux modules sont formellement identiques, ce qui permet d’utiliser un seul module sur l’ensemble du réseau et simplifie son administration.

Auteur : Francisco M. López Torres - Directeur de l'OTP - Fibercom, SL

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