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Ce projet a pour but de réunir les résultats de plusieurs projets afin de réaliser un banc de test d'une liaison optique à 40 Gigabit/sec et de démontrer le fonctionnement d'un système d'analyse de liaisons optiques Ethernet 10 Gigabit/sec. C'est dans le cadre du projet Nano-Tera QCRYPT (lien: http://reds.heig-vd.ch/rad/projets/qcrypt) que nous avons développé un module de cryptage des données avec un débit de 100 Gbs. La carte prototype réalisée comprenant 10 liens séries optiques Ethernet 10 Gigabit/sec et un lien optique crypté à 100 Gigabit/sec. Le système fonctionne en full duplex. Dans le projet DEFi10G, financé par la HES-SO, nous avons développé un générateur/analyseur pour liaison optique Ethernet 10 Gigabit/sec ainsi qu'une carte d'adaptation comportant de 10 liens SFP+. Finalement, un projet interne a été lancé afin de consolider l'ensemble des cartes et de réaliser un logiciel de contrôle du banc de test avec une interface graphique.
Nous avons ainsi conçu un banc de test qui comprend un ensemble de 5 cartes. Ce système de test permet de générer un trafic aléatoire Ethernet de 4 x 10 Gigabit/sec et d'analyser les données reçues en retour afin de mesurer différents paramètres (BER : Bit Error Rate et latence). Nous pouvons décomposer le système en quatre blocs distincts. Le premier est le générateur/analyseur qui assure la génération d'un trafic aléatoire utilisateur de 4x Ethernet 10Giga. Le second, composé d'une carte prototype QCRYPT, assure le multiplexage en un seul flux et le cryptage à l'aide de l'algorithme AES. Ce flux est ensuite transmis "à distance" via un seul lien de 40 Gigabit/sec vers la seconde carte prototype QCRYPT. Là, il est décrypté et démultiplexé afin de regénérer le trafic utilisateur de 4x Ethernet 10Giga. Finalement le quatrième bloc, composé de 2 cartes, permet de boucler la chaine en renvoyant le trafic reçu dans l'autre sens, soit de réaliser un "looback". Dès lors le trafic parcourt l'ensemble de la chaine en sens inverse jusqu'au générateur/analyseur qui va permettre de mesurer différents paramètres et établir des statistiques.
Voici la vue de l'ensemble du banc de test:
Voici une description des différentes cartes du système:
*1 Générateur/analyseur de trafic pour liaison Ethernet 10 Gigabit/sec. Le design VHDL réalisé permet de générer et analyser le trafic aléatoire sur 4 liaisons Ethernet 10 Gigabit/sec simultanément. L'implémentation est faite sur une carte de développement Terasic TR5-F40W. Il s'agit d'une carte PCI-express comprenant une FPGA Intel-Altera Stratix-V GX (5SGXEA3K2F40C3) avec 4 connecteurs SFP+.
*2 Première carte prototype QCRYPT. Celle-ci reçoit le trafic généré sur 4 liens Ethenet 10 Gigabit/sec. Elle réalise le multiplexage, puis le cryptage des données et la transmission sur un seul lien 40 Gigabit/sec
*3 Seconde carte prototype QCRYPT. Celle-ci reçoit le trafic crypté sur un seul lien 40 Gigabit/sec. Elle réalise le décriptage et le démultiplexage du trafic sur 4 liens Ethenet 10G
*4 Carte d'extension disposant de 10 connecteurs SFP+ (optique) et d'autre part d'un connecteur Molex 120 pôles comprenant 7 paires différentielles pour des liens à 10 Gigabit/sec et de 12 SMA pour 3 liens différentiels à 10 Gigabit/sec.
*5 Carte réalisant un "looback" du trafic reçu afin de renvoyer celui-ci dans le sens inverse. Nous utilisons une carte de Intel-Altera "Transceiver Signal Integrity Development Kit" comprenant une FPGA Stratix-V GX. Le design réalisé permet de renvoyer le trafic reçu sur chaque RX sur le canal correspondant TX.
Un logiciel de contrôle avec interface graphique a été développé afin de pouvoir facilement commander le système et réaliser différents tests. Ce logiciel de configuration du générateur Ethernet permet de paramétrer et de contrôler indépendamment chaque canal. Il permet aussi d’afficher graphiquement les statistiques des analyses. Voici une vue de la fenêtre de configuration d'un canal, soit:
Nous pouvons, grâce à cette interface, simuler différents types de trafic utilisateur pour étudier le comportement du banc de test de la liaison à 40 Gigabit/sec. L'interface graphique, nous permet de configurer la MAC address, le type et la taille du trafic généré (Payload type and size) et l'intervalle entre deux trames. Un bouton de contrôle permet d'activer ou non le canal. Un affichage permet de visualiser différentes statistiques.
Une seconde fenêtre permet de visualiser les statistiques sous forme graphique. Voici deux cas de fonctionnement du banc de test. Voici le cas d'un fonctionnement normal d’un canal, où la communication se fait sans corruption et à sa vitesse maximale
Voici un cas ou le BER augmente en raison de trames corrompues par une atténuation de la puissance lumineuse. La latence augmente en raison d’une interruption temporaire de la ligne.
Nous disposons aussi d'un atténuateur optique permettant de simuler une perte de puissance, soit l'équivalent d'une longue ligne optique.