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Sep 08, 2023

Caractéristique STF Mag : L'essor des hyperscalers accorde une plus grande importance aux tests de câbles optiques sous-marins

Tel que publié dans le numéro de septembre du magazine SubTel Forum Au dernier décompte,

Tel que publié dans le numéro de septembre du magazine SubTel Forum

Au dernier décompte, il y a environ 436 câbles sous-marins s'étendant sur plus de 1,3 million de kilomètres autour du globe, selon TeleGeography. Ces câbles sont essentiels à la façon dont nous communiquons tous et recueillons des informations, car ils transmettent entre 97 % et 99 % des données mondiales. Pour garantir leur déploiement et leur fonctionnement corrects - et pour localiser et réparer efficacement tout défaut - des solutions et des processus de test avancés doivent être intégrés.

Le maintien des transmissions via des câbles sous-marins a un impact profond sur plus que la façon dont les gens vivent leur vie. Elle a un impact financier important. Le marché mondial des systèmes de câbles sous-marins devrait passer de 14,40 milliards de dollars en 2021 à 16,15 milliards de dollars d'ici la fin de cette année. La croissance se poursuivra - atteignant 22,7 milliards de dollars d'ici 2026, selon Research and Markets.

Figure 1 : Les câbles sous-marins s'étendent sur plus de 1,3 million de kilomètres à travers le fond de l'océan dans le monde entier. Image reproduite avec l'aimable autorisation de TeleGeography.

Deux facteurs principaux contribuent à cette croissance :

COVID 19 – La pandémie mondiale a changé la façon dont les gens vivent. Les environnements de travail à distance devraient se poursuivre dans un avenir prévisible, créant une demande accrue pour la vidéoconférence et d'autres technologies de diffusion en continu.

Hyperscalers – L'afflux de centres de données à grande échelle est peut-être l'une des principales raisons du déploiement croissant des câbles optiques sous-marins. Ces installations sont utilisées par des sociétés technologiques mondiales pour fournir des services clés dans le monde entier. Un centre de données hyperscale est défini comme un centre qui compte plus de 5 000 serveurs, occupe 10 000 pieds carrés et possède une architecture flexible pour une extension homogène des applications nouvelles. La figure 2 fournit la projection de croissance des centres de données hyperscale, selon Synergy Research Group.

Figure 2 : Les centres de données hyperscale seront un facteur de croissance clé pour les câbles sous-marins au cours de la prochaine décennie.

Les centres de données hyperscale en sont la raison, Google, Meta, Microsoft et Amazon sont des acteurs de premier plan sur le marché des câbles sous-marins. Chacun fait des investissements considérables dans de nouveaux câbles sous-marins. En fait, la capacité déployée par les opérateurs de réseaux privés tels que les hyperscalers dépasse les opérateurs de backbone Internet traditionnels. D'ici 2024, le groupe devrait posséder plus de 40 câbles longue distance reliant tous les continents à l'exception de l'Antarctique.

Comprendre les câbles sous-marins

Un tel investissement s'accompagne d'attentes tout aussi élevées. Les câbles sous-marins intègrent divers éléments (figure 3) qui doivent être testés avant que les câbles ne soient largués au fond de la mer à des profondeurs de plus de 3 kilomètres (km). La surveillance doit également être effectuée sur les câbles pour assurer une transmission de données appropriée et pour que les réseaux répondent aux indicateurs de performance clés (KPI). La vérification doit être effectuée sur :

Figure 3 : Principaux composants d'un système sous-marin.

Assurer l'installation et le fonctionnement

En moyenne, plus de 100 câbles sous-marins subissent une rupture chaque année. Beaucoup sont causés accidentellement par des navires de pêche alors qu'ils tirent leurs ancres. Compte tenu de l'importance croissante du trafic transmis sur les câbles sous-marins, cependant, on craint de plus en plus que des actes néfastes puissent également être entrepris pour endommager les câbles.

Les opérateurs de réseau déploient des navires câbliers pour poser ou réparer des câbles sous-marins. En moyenne, un de ces navires hauturiers est mis en service chaque année pour répondre à la croissance des câbles hauturiers. Les ingénieurs de ces navires chargés de poser les câbles sous-marins sont confrontés à un certain nombre de défis. Les exemples incluent la compréhension de toutes les exigences d'installation et la connaissance des paramètres spécifiques pour l'installation. Les mesures du réflectomètre optique cohérent dans le domaine temporel (C-OTDR) et de l'OTDR constituent la principale méthode pour garantir la pose correcte du câble, ainsi que pour surveiller le fonctionnement du câble et localiser avec précision les défauts lorsqu'ils se produisent.

Avantages d'un C-OTDR

Un C-OTDR est l'instrument optimal pour mesurer et caractériser avec précision le réseau optique sous-marin. Il localise avec précision les défauts à moins de 10 mètres (m). Il fonctionne sur les mêmes principes de base qu'un OTDR. La technologie OTDR conventionnelle, cependant, n'est pas une option viable car un EDFA n'amplifie que dans le sens direct et utilise des composants unidirectionnels. La lumière rétrodiffusée - essentielle pour mesurer le câble optique - ne peut donc pas revenir par son chemin d'origine.

Pour compenser ce scénario, la majorité des systèmes installés et prévus incluent le chemin de rétroaction optique susmentionné dans l'enceinte EDFA. La lumière rétrodiffusée retourne au C-OTDR en utilisant ce chemin, permettant à un C-OTDR de surveiller le câble sous-marin en utilisant les principes OTDR. Deux répéteurs sont connectés par la fibre optique, qui mesure généralement entre 40 km et 90 km de long, également à des fins de test.

Un C-OTDR a également la capacité supplémentaire de transmettre sur une longueur d'onde étroite réglable, de sorte que l'instrument est utilisé dans un réseau en direct parallèlement au trafic réel au sein du réseau DWDM. Pour effectuer des mesures, le C-OTDR transmet deux impulsions, qui sont généralement placées aussi loin que possible du trafic réel afin de minimiser les interférences. Une impulsion de sonde est envoyée à un canal DWDM, tandis qu'une impulsion fictive occupe un deuxième canal communément adjacent à l'impulsion de sonde. Une impulsion fictive est nécessaire en raison du système de contrôle automatique de gain de l'EDFA.

Dans un système sous tension, l'entrée d'un EDFA est à un niveau de puissance constant sur plusieurs canaux. Les tests avec un C-OTDR sont souvent effectués sur un système sans trafic (également appelé "non éclairé"). Lors d'un test sur un système éteint, le contrôle de gain EDFA ne peut pas maintenir une sortie stable en raison de la nature de la puissance pulsée du C-OTDR. Pour compenser, le C-OTDR émet des impulsions sur deux canaux pour assurer un niveau d'entrée constant à l'EDFA. L'impulsion de test est générée pendant une courte période, tandis que l'impulsion de charge est activée pour le reste du temps désigné. Le rapport entre les deux est déterminé en testant la largeur d'impulsion sélectionnée sur le C-OTDR.

Du côté récepteur du C-OTDR, il existe plusieurs améliorations par rapport à un OTDR standard :

Une détection cohérente est nécessaire car un réseau sous-marin est composé de nombreux amplificateurs optiques qui augmentent le niveau de puissance aux longueurs d'onde DWDM. Il augmente également le niveau de bruit spontané amplifié (ASE). Lorsque chaque amplificateur augmente le niveau ASE, la méthode de détection cohérente permet au C-OTDR de détecter des signaux qui seraient normalement "cachés" dans ou sous le bruit.

Localisation plus précise des défauts à n'importe quelle profondeur

Un C-OTDR est essentiel pour les câbles sous-marins car il permet une localisation précise des défauts sur n'importe quelle longueur d'un réseau sous-marin. La résolution des points de données de nombreux OTDR traditionnels est généralement basée sur le réglage de la plage de km de l'instrument. Par exemple, un OTDR avec 50 000 points de données est affecté par le paramètre de plage. C'est un problème critique avec les réseaux sous-marins, car la distance dans les câbles sous-marins est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des réseaux terrestres.

Les C-OTDR sont conçus avec 1,2 million de points de données et réduisent automatiquement le nombre de points, en fonction du réglage de la plage de distance. Cette dernière fonctionnalité présente plusieurs avantages :

Chaque échantillon de 1,2 million de points de données est moyenné dans le temps avant que la trace ne s'affiche sur l'écran C-OTDR. Un traitement plus rapide est obtenu car moins de points de données sont moyennés lorsqu'un paramètre de portée inférieur à 12 000 km est sélectionné.

L'utilisation d'un C-OTDR avec moins de points de données peut être préjudiciable lorsque des liaisons plus longues doivent être mesurées. Par exemple, si le C-OTDR a un maximum de 10 000 points de données et que la portée est définie sur 8 000 km, une imprécision de point de données de 800 m sera créée. Comme le montre la figure 4, l'imprécision peut entraîner des retards prolongés dans la localisation du défaut de fibre d'extrémité. Le résultat est que le réseau sera en panne et/ou fonctionnera à un niveau inférieur aux normes pendant une période plus longue. Compte tenu de la valeur et de l'investissement dans les réseaux, les implications financières peuvent être astronomiques dans un tel scénario.

Figure 4 : Une résolution de point de données C-OTDR aura un impact sur la précision de la mesure.

Importance de mesurer la puissance du signal

Plusieurs signaux laser - jusqu'à 160 ou plus - de différentes longueurs d'onde sont multiplexés dans des câbles sous-marins. Un test précis de la puissance de ces signaux est nécessaire pour assurer le fonctionnement des câbles optiques sous-marins. Si la puissance est trop faible, le signal ne sera pas reçu à l'autre extrémité. S'il est trop élevé, le signal peut endommager l'équipement de transmission.

Un analyseur de spectre optique (OSA) est un instrument qui affiche la puissance optique du signal testé. L'OSA effectue un rapport signal optique sur bruit (OSNR) pour des mesures précises de la puissance du bruit. La méthode de mesure On/Off est la plus efficace sur les câbles optiques sous-marins. Il permet l'analyse OSNR des signaux multiplex polarisés en désactivant chaque canal, de sorte que la puissance de bruit de chacun puisse être mesurée individuellement conformément à la norme IEC61282-12.

Lors de l'installation de câbles sous-marins, l'OSA est également utilisé pour des mesures supplémentaires. Parmi les autres tests effectués par l'analyseur figurent la longueur d'onde du canal, l'inclinaison du gain (planéité de la puissance de chaque canal) et la largeur du spectre.

Conclusion

L'importance des câbles sous-marins dans les réseaux mondiaux s'accroît avec la croissance des centres de données à grande échelle. Pour assurer le bon déploiement des nouveaux câbles et leur fonctionnement continu, une nouvelle génération de C-OTDR et d'OSA a été développée. Ils permettent des mesures de distance extrêmement précises et une caractérisation complète des événements optiques dans les câbles optiques sous-marins. La technologie cohérente et le chemin de rétroaction optique des câbles sous-marins des C-OTDR garantissent que des milliers de kilomètres de fibre peuvent être caractérisés rapidement et efficacement, ce qui permet de garantir que la tâche coûteuse de restauration des pannes est effectuée aussi rapidement et efficacement que possible.

Shu Zhuang est directeur principal du marketing produit chez Anritsu Company. Elle a plus de 20 ans d'expérience dans le marketing de produits, les avant-ventes, la conception de réseaux mondiaux, l'ingénierie de conception de systèmes et la vérification de systèmes. Elle est titulaire d'un MBA en génie électrique et informatique du Stevens Institute of Technology.

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