La virtualisation de la bande passante permet un réseau optique programmable

Le déploiement d’un service réseau devrait se résumer à une reconfiguration logicielle de l'infrastructure : c'est ce que permet la virtualisation de la bande passante.

Chaque année, le trafic IP annuel augmente de 75% en moyenne, avec d'importantes conséquences pour les réseaux actuels. Parmi les défis à relever, il y a l'adaptation des interfaces 40 Gbits/s des routeurs IP de cœur de réseau, qui évolueront à moyen terme vers 100 Gbits/s ; le support d'un large panel de services entre 1 Gbit/s et 100 Gbits/s, parmi lesquels SONET/SDH, OTN, Fibre Channel, et la vidéo; tout en étant compétitifs sur la rapidité à changer un service. En plus de tout ceci, les opérateurs de réseaux doivent s'assurer une simplicité opérationnelle pour planifier, organiser, déployer et gérer les services.
 
Généralement, relever ces défis avec les technologies actuelles se traduit en contraintes et en dépenses pour les opérateurs. Les réseaux de transport optique actuels utilisent des technologies WDM et ROADM (reconfigurable optical add/drop multiplexing) tout optique pour, respectivement, augmenter la capacité de la fibre et reconfigurer les services. Avec un réseau WDM classique, une interface de service - c'est-à-dire le port d'entrée 10 Gbit/s d'un routeur - est directement couplée avec une longueur d'onde spécifique et ensuite transmise à travers le réseau de transport optique.
 
Dans ce cas, la commercialisation de services de bande passante ultra rapide à 40 Gbits/s, et bientôt 100 Gigabits Ethernet (100 GbE), pousse les opérateurs à monter leurs réseaux WDM à des vitesses  beaucoup plus élevées. Les réseaux WDM, à leur tour, doivent s'accommoder et compenser les déficiences  optiques qui interviennent - souvent de façon exponentielle - avec la vitesse. En conséquence, les systèmes de transport WDM existants,  conçus pour des transmissions à 10 Gbits/s par longueur d'onde, doivent être redimensionnés ou mis à jour pour supporter des transmissions à 40 Gbits/s par longueur d'onde.
 
Mais le redimensionnement des réseaux risque de coûter cher et de prendre du temps, et l'augmentation des capacités existantes, bien qu'économiquement intéressante à court terme,  engendre le besoin  d'une nouvelle étude poussée  du lien optique et impose souvent des limites de distance au système de transmission. Problèmes qui seront renforcés avec les transmissions 100 Gbits/s, et ces liens optiques devront être complètement revus lorsque les services 100 GbE seront opérationnels.
 
Parallèlement, une fois qu'un service large bande est transmis sur une longueur d'onde, il doit ensuite être routé de bout-en-bout à travers un réseau tout optique basé sur ROADM. Cela ajoute de la complexité au réseau, incluant :

- l'addition de régénération et de compensation de la dispersion quand la distance du service demandé entraine un dépassement des budgets alloués pour un lien optique de bout-en-bout.

- la conversion de la longueur d'onde en utilisant des régénérateurs de signal pour changer la longueur d'onde du service lorsqu'un blocage intervient à cause d'un problème de longueurs d'ondes trop proches

- une gestion de planning et une complexité de conception associée à des services bas-débit multiplexés sur une longueur d'onde utilisant des muxponders.
 
Comme ces challenges s'accumulent, la complexité opérationnelle - et les coûts associés - augmente avec les déplacements que cela implique pour une intervention manuelle et avec les cycles d'approvisionnement relativement longs pour déployer une nouvelle capacité. Surtout, ces défis peuvent entraver la flexibilité des opérateurs pour supporter les commandes de nouveaux services par leurs clients potentiels ou existants. En conséquence, la rapidité du service offert ne peut jamais être pour eux un facteur différenciateur face à la concurrence.
 
Construire un réseau optique programmable
 
Idéalement, les opérateurs devraient être en mesure de déployer une capacité additionnelle et de supporter de nouveaux services rapidement et facilement, avec un minimum d'intervention manuelle, d'installation matérielle, et de complexité de conception. En quelque sorte, le déploiement d'un service devrait se résumer à une reconfiguration logicielle du réseau.  
 
Une nouvelle architecture de réseau, appelée la virtualisation de la bande passante (Bandwidth Virtualization), permet ce type de réseau optique "programmable". La mise en place d'un service de bout-en-bout est découplé de la conception lien par lien d'une longueur d'onde optique des systèmes WDM, permettant ainsi le support d'une grande diversité de services, classés en débits sous-longueur d'onde ou super-longueur d'onde, sur un réseau WDM classique gérant un débit optimisé pour un coût réseau le plus bas possible.   
 
Ici, le service sous-longueur d'onde correspond à un service de données équivalent à une fraction du débit nominal d'une longueur d'onde sur une ligne WDM, alors que le service super-longueur d'onde correspond à un débit supérieur à celui de la longueur d'onde sur une ligne WDM. En pratique, le multiplexage électrique ou "numérique" est utilisé pour transformer soit de multiples services sous-longueur d'onde en une longueur d'onde classique soit un service super-longueur d'onde en de multiples longueurs d'ondes qui sont regroupées pour fournir la bande passante utile au support de la transmission de bout-en-bout.

La virtualisation de la bande passante requiert la convergence de plusieurs éléments clés de l'architecture du réseau WDM, parmi lesquels :
- une capacité de ligne WDM entre les nœuds, optimisée au niveau des coûts, évolutive, pré-testée et prête à l'emploi. L'intégration photonique à grande échelle procure une plate-forme idéale pour ce type de déploiement de capacité WDM à moindre coût et consolidé.
- une gestion intégrée de la bande passante qui consolide le transport WDM haute-capacité avec la commutation numérique pour permettre à distance la configuration de n'importe quel service sur toute capacité de ligne disponible.
- des interfaces clients multiservice et multiprotocole indépendantes et découplées des composants optiques des lignes WDM, permettant ainsi la configuration de n'importe quel service sous-longueur d'onde ou super-longueur d'onde sur une capacité de ligne WDM disponible. 
- une intelligence logicielle utilisant un plan de contrôle GMPLS afin de permettre la configuration et le routage de services de bout-en-bout automatique, à distance et reconfigurable, sans intervention manuelle ni déplacement sur sites intermédiaires.
 
Fondamentalement, la virtualisation de la bande passante permet de délivrer des services de tout type et de toute taille,  en utilisant un "pool" de bande passante sur une ligne WDM  au lieu d'un service associé à une longueur d'onde et à un débit spécifique comme dans les réseaux WDM traditionnels.

La nouveauté est que la virtualisation de la bande passante permet le découplage entre la livraison du service et la conception du lien optique afin de pouvoir configurer n'importe quel service sur un pool de bande passante disponible sur une ligne WDM.
 
Le récent développement et l'adoption massive des circuits photoniques intégrés à grande échelle (PICs) sont essentiels pour la mise en place de la virtualisation de la bande passante. Comme les circuits intégrés électroniques, les PICs intègrent plusieurs centaines de composants optiques parmi lesquels des lasers, des modulateurs, des détecteurs, des atténuateurs, des muliplexeurs/démultiplexeurs, et des amplificateurs optiques sur une seule puce.
 
Les PICs, utilisant 10 longueurs d'ondes à 10 Gbits/s par longueur d'onde pour atteindre une capacité WDM totale de 100 Gbits/s par puce, ont été largement déployés dans les réseaux de transport optique depuis 2004.  De plus, les récents efforts de recherche et développement ont démontré que les PICs pouvaient atteindre des débits de 1,6 Tbits/s par puce, démontrant ainsi le potentiel de l'intégration photonique à grande échelle pour augmenter la capacité et l'intégration fonctionnelle dans les années à venir.
 
Les PICs jouent deux rôles importants dans la virtualisation de la bande passante.
Tout d'abord,  la consolidation de la bande passante de multiples canaux de longueur d'onde regroupés dans un système WDM tenant sur une puce, proposant 100 Gbits/s de capacité globale, fournit le "pool" de capacité en ligne nécessaire, qui peut être pré déployé à moindre coût et sur lequel il est possible de transporter n'importe quel service.
 
Ensuite, les PICs permettent aux concepteurs du système de réaliser à moindre coût la conversion optique-électrique-optique sur tous les nœuds du réseau. Des systèmes optiques numériques, au lieu de systèmes optiques analogiques, peuvent désormais être utilisés pour réaliser des fonctions à valeur ajoutée, comme le multiplexage à insertion/extraction de sous-longueur d'onde reconfigurable et la gestion de la bande passante, ou encore la protection numérique et la gestion de la performance, qui permettent de nouveaux services tels qu'une protection numérique express, une restauration GMPLS, et des réseaux privés virtuels optiques de niveau 1 (O-VPNs).
 
La combinaison d'une capacité WDM prête à l'emploi, d'une gestion numérique et intégrée de la bande passante et d'un logiciel intelligent embarqué pour automatiser la livraison de services de bout-en-bout débouche sur un nouveau concept de réseau optique programmable. Ce nouveau réseau se caractérise par une approche simple de plug-and-play activant "n'importe quel service, n'importe où", à l'aide d'une reconfiguration logicielle au lieu d'une ingénierie matérielle, installation et intervention manuelle.

Cela procure un certain nombre de bénéfices aux opérateurs de réseaux, parmi lesquels :

- Le support d'un nouveau service : la virtualisation de la bande passante permet la transmission de services à bande passante ultra large de 40 et 100 Gbits/s sur un même système de ligne utilisant un débit classique et bon marché sur la ligne WDM, sans modifier le système déployé. Les systèmes WDM basés sur des transpondeurs, au contraire, ont besoin de prévoir une ligne WDM capable de supporter les plus gros services, ce qui augmente la complexité et le coût des réseaux, et peut différer la capacité des opérateurs à offrir un nouveau service.
- Le déploiement rapide d'un service: en utilisant l'intelligence logicielle et en éliminant la dépendance entre le déploiement d'un service et la refonte du réseau optique, la virtualisation de la bande passante permet de fournir rapidement de nouveaux services sur l'infrastructure existante grâce à la connexion d'une interface client à chaque extrémité du chemin emprunté par le service. Cela permet aux opérateurs de répondre rapidement aux nouvelles demandes de bande passante, d'être le premier acteur à proposer le support de nouveaux services, et d'utiliser ces offres comme avantages concurrentiels sur un marché pour l'instant marqué par une compétition tarifaire et de commodité.

- La facilité opérationnelle : la virtualisation de la bande passante permet une activation simple et rapide d'un service. Les interfaces de services ne sont ajoutées qu'à chaque extrémité du réseau, quel que soit le type de service, sans avoir besoin de mettre à niveau les ressources du réseau ni faire des déplacements pour intervenir manuellement sur un blocage de longueur d'onde ou la refonte d'un lien.
- La productivité : la virtualisation de la bande passante permet également aux opérateurs de choisir la capacité de ligne et le débit les plus rentables, indépendamment du type de service, sur l'infrastructure existante. Le lien optique n'a plus besoin d'être modifié (ajout de régénérateurs, compensation de dispersion chromatique ou de mode de polarisation complexes, conversion de longueur d'onde, muxponders en "back to bak", etc.) lorsqu'il faut augmenter la bande passante pour de nouveaux services. Elle permet également de faire des économies en évitant de construire de nouvelles lignes, en permettant un meilleur remplissage des longueurs d'ondes et en ne délaissant aucune capacité sur les services sous-longueur d'onde.

En découplant les services offerts de la couche optique sous-jacente, la virtualisation de la bande passante permet aux opérateurs de construire des "pôles de transport optique" hétérogènes (utilisant par exemple, des longueurs d'onde de 10G à un endroit et à 40G à un autre)  tout en proposant une offre produit cohérente, avec tous les services disponibles en tout point du réseau.
 
Des services de transport à 40 et 100 Gbits/s
 
La virtualisation de la bande passante utilisant des systèmes de transport WDM reposant sur des PICs ont été expérimentés avec succès chez  différents clients en conditions réelles avec des transmissions de services 40 et 100 Gbit/s sur des réseaux longue distance parcourant des milliers de kilomètres.
 
Lors de la première démonstration, un service de 40 Gbit/s a été transmis sur une distance record de 8 477 km, sur un réseau transocéanique. Ce réseau transocéanique possédait des liens terrestres connectant Francfort via Paris et Londres à un système de câble sous-marin reliant la Grande-Bretagne aux États-Unis, avec un lien terrestre final reliant le site terrestre basé aux États-Unis à New-York. La virtualisation de la bande passante était alors utilisée pour relier une interface 40 Gbits/s depuis un routeur T640 de Juniper sur quatre longueurs d'ondes transmises depuis un PIC 100 Gbits/s, réassemblé en tant que service 40Gbits/s à New-York, réalisant ainsi le premier lien IP à 40 Gbits/s traversant l'Atlantique.
 
La virtualisation de la bande passante a également été utilisée pour la toute première transmission d'un service pré-standard de 100 GbE sur un WAN lors d'une démonstration en novembre 2006, lors de la conférence internationale SC06 sur "l'informatique haute-performance, les réseaux, le stockage et l'analyse". Lors de cette démonstration, le signal 100 GbE avait été transformé en 10 longueurs d'ondes transmises depuis un système de transport WDM basé sur le PIC et transporté depuis Tampa, en Floride, jusqu'à Houston au Texas, avec un retour par un réseau fibre de Level 3 Communications, sur une distance de 4 000 km.
Ce fut la première démonstration réussie d'un signal 100 GbE pré-standard transmis sur un réseau opérationnel à travers le WAN. Ce fut la preuve que la technologie 100 GbE est non seulement viable mais peut d'ores-et-déjà être implémentée dans des réseaux WDM existants, conçus pour supporter des débits de 10 Gbits/s par longueur d'onde.
 
Conclusion
L'existence d'une demande pour un transport de services haute-capacité de 40 et 100 Gbits/s, associée au besoin de délivrer rapidement le service, conduit les opérateurs à regarder les options qui leur sont proposées pour relever le défi, à un coût raisonnable et de manière exploitable. Les nouveaux concepts d'architecture comme la virtualisation de la bande passante permettent la livraison de bout-en-bout et la gestion de services large bande découplées de l'ingénierie de transmission optique sous-jacente.

Ainsi, la virtualisation de la bande passante aide les opérateurs de réseaux à transformer la livraison de nouveaux services jusqu'à présent basés sur du matériel -et l'ingénierie associée- en une activité pilotée par logiciel, permettant une rapidité et une flexibilité accrues, à moindre coût. La virtualisation de la bande passante rend possible la mise en place effective d'une couche optique "programmable".


Cette tribune a été co-écrite avec Rick Dodd, Vice-Président Marketing Produit; Chris Liou, Vice-Président, Product Management; et Vijay Vusirikala, Directeur Marketing technique d'Infinera.

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