Pertes aux raccordements

Causes des pertes

Lorsqu’on raccorde bout à bout, par épissure ou à l’aide d’un connecteur, deux fibres optiques, on voit apparaître des pertes ponctuelles dues à 3 types de causes :
• réflexion de Fresnel aux deux interfaces verre-air (au total 8 %). Dans le cas où l’on utilise des connecteurs, on peut éviter cette réflexion en utilisant un liquide adaptateur d’indice (qui de plus protège les faces des fibres). Une autre technique consiste à polir les faces des fibres en biais pour éviter que la lumière réfléchie retourne dans la fibre ;
• différence entre les paramètres de deux fibres (en principe identiques, ce qui n’est pas le cas en pratique à une certaine tolérance près) ;
• mauvais positionnement relatifs : excentrement transversal, désalignement angulaire, écartement longitudinal.

Calculs des pertes

Pour les fibres multimodes, ces pertes peuvent être estimées par un calcul géométrique (intégrale de recouvrement entre les cônes d’acceptance des deux fibres). Toutefois, ces calculs supposent une répartition uniforme de la puissance, et ne sont pas, de ce fait précis. De plus, un raccordement mal fait perturbe la répartition des modes, donc la propagation, sur une distance qui peut être longue.
Pour les fibres monomodes, le coefficient de transmission T d’une fibre à l’autre est obtenu par une intégrale de recouvrement entre les champs E1 et E2, supposés gaussiens, des deux fibres :

Pertes par courbure et microcourbure

Causes des pertes

A l’entrée d’une section courbée, il y a augmentation de l’angle θqu’un rayon fait avec l’interface cœur-gaine. Les modes d’ordre élevé sont alors réfractés. Les modes d’ordre plus faibles voient leur atténuation augmenter par le couplage avec les modes réfractés. Dans le cas des fibres monomodes, le mode fondamental devient à fuite. Il existe aussi un cas où l’on observe unedéformation locale de l’interface sous l’effet d’une contrainte, l’axe restant rectiligne. On parle alors de microcourbure.

Effet des courbures

En pratique, l’effet d’une courbure locale est négligeable lorsque le rayon de courbure R est grand devant un rayon critique Rcdonné empiriquement par :

Les réseaux optiques

Introduction

Les fibres optiques utilisent la lumière au lieu de signal électrique pour transmettre des informations. Les réseaux basés sur cette technologie s’en trouvent différencié par rapport aux réseaux habituels. Les réseaux optiques se très avantager, notamment parce que les signaux sont mieux préservés, puisqu’ils ne sont pas perturbés par les bruits électromagnétiques, et que les vitesses sont très importantes.

Multiplexage

La notion de multiplexage s’explique par le fait de vouloir toujours transmettre plus d’information sur une fibre optique. Le principe général est simple à comprendre : il consiste en fait à faire passer plusieurs informations sur un seul support de transmission. A l’aide de ce principe simple, de larges économies sont possibles grâce à la réduction des coûts d’installation et/ou d’exploitation(moins de câbles pour faire passer lamême quantité d’information).

Le multiplexage en temps (TDM)

Le TDM (Time Division Multiplexing) consiste à découper la bande passante de la fibre optique en unités de temps, que vont se partager les différentes communications. Cela permet donc à un émetteur de transmettre plusieurs canaux numériques élémentaires à faible débit sur un même support de communication à plus haut débit(par exemple, conception d’un débit 40 Gbits/s, à partir de 4séquences à 10 Gbits/s).

Le multiplexage en longueur d’onde (WDM)

Le WDM (Wavelength Division Multiplexing) consiste à mélanger plusieurs signaux optiques sur une même fibre optique afin de multiplier la bande passante de celle-ci. Les signaux sont portés par des longueurs d’ondes différentes, et espacées assez largement afin de ne pas interférer les unes avec les autres. Ce procédé nécessite l’utilisation de matériel spécifique, en entrée : un multiplexeur; et en sortie : un démultiplexeur.

Les réseaux à routage en longueur d’onde

L’idée à la base des réseaux à routage en longueur d’onde consiste à réutiliser au maximum les mêmes longueurs d’onde. La figure 2.06 illustre un nœud d’un réseau à routage en longueur d’onde dans lequel de mêmes longueurs d’onde sont utilisées à plusieurs reprises.
Cette architecture correspond à un routage fixe sur les longueurs d’onde. On peut également développer des réseaux à routage en longueur d’onde avec des routages dynamiques dans le temps. A cet effet, il faut insérer des commutateurs optiques ou optoélectroniques, suivant la technologie utilisée, entre les ports d’émission etde réception. Un exemple de cette technique est illustré à la figure 2.07.
De nombreuses recherches ont encore lieu dans le domaine de l’optique pour optimiser l’utilisation des longueurs d’onde. Cette techniquepermet d’atteindre des débits particulièrement élevés, qui se comptent en térabits par seconde. Les difficultés proviennent des coûts encore élevés du multiplexage en longueur d’onde et surtout des commutateurs optiques. Lorsqu’on veut minimiser le coût ou augmenter la portée, il faut utiliser des commutateurs optoélectroniques. Une certaine fragilité est alors visible à chaque passage d’un environnement lumineux à un environnement électrique.

Protocol des réseaux optiques

GMPLS

MPLS (Multi Protocol Label Switching) est un ensemble de protocole utilisé pour commuter rapidement du trafic IP dans les réseaux. Il peut être utilisé pour les réseaux optiques WDM routés par longueur d’onde et prend le nom de Multi Protocol Lambda Switching (MPλS).
L’IETF (Internet Engineering Task Force) définit le GMPLS (Generalized MPLS), comme une plateforme de contrôle pour établir des connexions variées, incluant les chemins lumineux, dans des réseaux basés sur IP. Pour cela, il a fallu d’abord travailler sur les protocoles de routages et de signalisations existants (OSPF et RSVP –Open ShortestPath First, et Resource reSerVation Protocol- auxquels on ajoute souvent le sigle TE pour Trafic Engineering).
Ces deux protocoles sont utilisés conjointement pour apporter des solutions au fameux problème RWA (Routing and WavelengthAssignment) qui est celui de trouver une route et de lui assigner une longueur d’onde. Pour établir dynamiquement un chemin lumineux (Light Path), la route et l’assignation de longueur d’onde doivent se faire quand la demande de connexion arrive. Il est possible qu’aucune route avec une longueur d’onde commune soit trouvée, ou pire, que toutes les longueurs d’ondes soient prises, auquel cas la demande est bloquée. L’objectif est de trouver une route et une longueur d’onde qui maximise la probabilité d’obtenir une connexion, tout en minimisant la probabilité de rendre infructueuse une demande de connexion suivante. Le choix de la route se fait sur la base d’informations sur l’état du réseau qui sont locales ou globales. De ce fait on peut employer deux types de routage :
• Statique
• Dynamique
Commençons par le routage statique, c’est à dire celui pour lequel les routes ont été calculées avant la demande de connexion. Deux algorithmes sont possibles :
• le routage fixé (fixedrouting)
• le routage par chemin alternatif fixé (fixedalternatepathrouting).
Pour le routage fixé, une unique route est fixée pour chaque paire source/destination. Pour l’autre algorithme, plusieurs routes fixées sont pré calculées pour chaque paire source/destination et enregistrées dans une liste ordonnée dans la table de routage du nœud source. Lorsqu’une demande de connexion intervient, une route est sélectionnéeparmi celles qui ont été pré calculées.
Ces deux approches sont bien plus simples à implémenter que celles de routage dynamique, mais peuvent entraîner des blocages de connexion. L’approche dynamique augmente les chances d’établir une connexion en prenant en compte l’étatdu réseau, comme le nombre et la nature des longueurs d’onde disponibles par liens.

Les extensions de MPLS

Au niveau trame (couche 2, ou liaison), MPLS ne travaille que sur des structures de trame de niveau 2 : c’est ce qu’on appelle le L2S (Level 2 Switching). Des extensions permettent toutefois d’introduire des références sur d’autres supports, comme le numéro d’une tranche de temps dans un partage temporel ou un numéro de longueur d’ondesur une fibre optique.
Les principales possibilités d’extension de MPLS sont les suivantes :
• PSC (PacketSwitching Capable), pour les paquets capables de recevoir une référence.
On pourrait imaginer un paquet IPv6 avec le flow-label comme référence, mais cette solution n’est pas acceptable en l’état, car un paquet ne peut être transmis directement sur un support physique : il faut l’encapsuler dans une trame. C’est généralement la trame PPP qui sert de transporteur. L2SC (Level 2 Switching Capable), qui correspond au label-switching utilisé dans la norme MPLS.
• TDMC (Time Division Multiplexing Capable), qui introduit la référence en tant que slot dans un multiplexage temporel. Toutes les techniques qui comportent une structure sous forme de trame avec des slots à l’intérieur font partie de cette classe. En particulier, toutes les techniques hertziennes avec division temporelle s’intègrent dans GMPLS.
• LSC (Lambda Switching Capable), qui prend le numéro de la longueur d’onde à l’intérieur d’une fibre optique comme référence de commutation. Cette technique a été la première extension de MPLS sous le nom de MPλS.
• FSC (FiberSwitching Capable), qui prend le numérod’une fibre optique parmi un faisceau de fibres optiques comme référence de commutation. Dans un faisceau, les fibres sont numérotées de 1 à n, n correspondant au nombre de fibres optiques.

Hiérarchie des supports

La figure illustre une hiérarchie possible entre les techniques de commutation qui peuvent être utilisés dans GMPLS. Dans cette figure, un flot de paquets IP donne naissance à un PSC (PacketSwitching Capable), lui-même intégré dans unL2SC de type FEC, c’est-à-dire rassemblant plusieurs flots IP ayant une propriété commune, comme un même LSR de sortie.
Les flots de niveau L2CS peuvent eux-mêmes être encapsulés dans un slot d’une technique de type SONET/SDH appelé TDMC (Time Division Multiplexing Capable). En continuant dans la hiérarchie, les flots TDMC peuvent être à leur tourmultiplexés dans une même longueur d’onde, c’est-à-dire dans un LSC. En continuant la hiérarchie pour arriver au plus haut niveau, les longueurs d’onde peuvent elles-mêmes être intégréesdans une fibre particulière d’un faisceau de fibre optique ou FSC (FiberSwitching Capable).

Contrôle et gestion de GMPLS

Pour améliorer le contrôle et la gestion, il est nécessaire de bien séparer les plans utilisateur, gestion et contrôle, surtout si le réseau est complexe. Cela vaut encore davantage dans les réseaux utilisant de la fibre optique. On distingue trois plans dans GMPLS :
• Le plan utilisateur, qui est chargé de transporter les données utilisateur d’une extrémité à l’autre.
• Le plan de contrôle, destiné à mettre en place les circuits virtuels puis à les détruire à la fin dela transmission ou à les maintenir si nécessaire.
• Le plan de gestion, qui transporte les messages nécessaires à la gestion du réseau.
Les groupes de travail de GMPLS ont développé une telle architecture pour permettre de contrôler par un plan spécifique l’ensemble des composants duréseau. Pour s’adapter au protocole GMPLS, les protocoles de signalisation (RSVP-TE, CR-LDP) et les protocoles de routage (OSPF-TE, IS-IS-TE) ont été étendus. Un nouveau protocole de gestion, appelé LMP (Link Management Protocol), a été introduit pour gérer les plans utilisateur et de contrôle. LMP est un protocole IP qui contient des extensions pour RSVP-TE et CR-LDP.
Les différentes couches que nous avons examinées forment l’architecture dite multicouche de GMPLS : trame, slot temporel, longueur d’onde, ensemble de longueurs d’onde, fibre optique,groupe de fibre optique.

Plan de contrôle de GMPLS

Une des difficultés rencontrées pour établir des LSP est de trouver le meilleur chemin, en tenant compte des multiples couches de l’architecture. Parexemple, il est possible d’ouvrir une liaison optique reliant deux commutateurs optiques et traversant plusieurs autres commutateurs de façon totalement transparente. De ce fait, cette liaison, souvent appelée TE-Link, est vue comme une liaison à un saut. L’optimisation du chemin à ouvrir a donc tout intérêt à passer par des TE-Link du plus bas niveau possible.
L’architecture du plan de contrôle permettant de réaliser l’ouverture des LSP est illustrée à la figure. Cette architecture contient les couches basses de l’architecture GMPLS,avec les différentes possibilités de transporter les paquets IP de contrôle sur les différentes commutations acceptées par GMPLS. Les paquets IP sont routés par des protocoles de routage de type OSPF-TE, c’est àdire en tenant compte de l’ingénierie de trafic. Une fois le chemin déterminé, une réservation est réalisée, essentiellement par le protocole RSVP-TE. D’autres possibilités, comme CR-LDP ou BGP, peuvent être employées, mais elles n’ont pas encore rencontré le même succès queRSVPTE.

Les protocoles de communication SONET/SDH

Les protocoles SONET et SDH ont été développés séparément vers la fin des années 80 pour répondre à la demande de la téléphonie, mais ils sont tout de même très proches. Ils sont utilisés pour les communications optiques, mais aussi pour les communications radios. SONET a été mis au point au Etats-Unis tandis que SDH est d’origine Européenne. Ils concernent tous deux la couche physique et la couche liaison du modèle OSI.

SONET

Issue d’une proposition de Bellcore (Bell Communication Research), SONET est une technique de transport entre deux nœuds, qui définit l’interfaceadoptée pour le NNI (Network Node Interface). Elle ne concernait au départ que l’interconnexion des réseaux téléphoniques des grands opérateurs, PTT, carrier, etc. Toute la difficulté de la normalisation a consisté à trouver un compromis entre les intérêts américains, européens et japonais pour permettre l’interconnexion des différents réseaux d’opérateur et des réseaux nationaux. La hiérarchie des débits étant différente sur les trois continents, il a fallu s’entendre sur un niveau de base. C’est finalement le débit de 51,84 Mbit/s qui a été retenu et qui formele premier niveau, appelé STS-1 (Synchronous Transport Signal, level 1). Les niveaux situés au-dessus du niveau 1, appelés STS-N, sont des multiples du niveau de base. SONET décrit la composition d’une trame synchrone émise toutes les 125 µs. La longueur de cette trame dépend du débit de l’interface. Ses diverses valeurs sont récapitulées au tableau 2.01 suivant la rapidité du support optique, ou OC (Optical Carrier).

Conclusion

On note un accroissement incessant de la demande de débit de la part des utilisateurs de réseau.
Les réseaux optiques répondent bien à ces demandes.Le potentiel de croissance des débits devrait permettre de suivre facilement cette demande.
Au niveau du réseau cœur, une généralisation des réseaux optiques se met en place. Il reste encore d’importants progrès à accomplir pour arriver à un réseau tout optique, dans lequel les signaux sous forme lumineuse seraient transportés de bout en bout sous la forme de paquets. Le chapitre suivant abordera le reste du réseau après le réseau cœur : le réseau d’accès.

Les réseaux d’accès

Introduction

Les réseaux d’accès forment la partie qui relie l’équipement terminal de l’utilisateur et le réseau de l’opérateur. Cette partie est parfois désignée par l’expression « derniers kilomètres du réseau ».De multiples moyens permettent de réaliser ce réseau d’accès, même s’ils ont longtemps été l’apanage du câble métallique, avec le réseau téléphonique. Une certaine diversification est apparue ensuite, avec le câble coaxial, la fibre optique et les filsélectriques. Les supports hertziens prennent une place qui devient prépondérante et qui ne cesse d’augmenter.

Les réseaux d’accès terrestres 

Les réseaux câblés (CATV)

Une solution pour obtenir un réseau de distributionà haut débit consiste à utiliser le câblage des câblo-opérateurs, lorsqu’il existe. Ce câblage a pendant longtemps été constitué de câble TV, dont la bande passante dépasse facilement les 800 MHz. Ce câblage est appelé CATV (Community Access Television ou encore CommunityAntennaTelevision). La technologie utilisée sur le CATV est de type multiplexage en fréquence. Sur la bandepassante globale, une division en sous-canaux indépendants les uns des autres est réalisés,

Table des matières

REMERCIEMENTS 
LISTES DES ABREVIATIONS ET NOTATIONS 
INTRODUCTION GENERALE 
CHAPITRE 1  GENERALITES SUR LES FIBRES OPTIQUES
1.1 Introduction
1.2 Historique
1.3 Propagation dans la fibre optique
1.3.1 Propagation d’ondes lumineuse
1.3.2 Loi de Descartes
1.3.3 Angle limite et condition de guidage
1.3.4 Ouverture numérique (ON)
1.4 Le trajet lumineux et les modes de propagation
1.4.1 Fibre multimode
1.4.2 Fibre monomode
1.5 Dispersion des fibres
1.5.1 Dispersion intermodale
1.5.2 Dispersion chromatique
1.5.3 La dispersion de polarisation
1.6 Atténuation de fibres optiques
1.6.1 Atténuation intrinsèque
1.6.2 Pertes aux raccordements
1.6.3 Pertes par courbure et microcourbure
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 Les réseaux optiques 
2.1 Introduction
2.2 Multiplexage
2.2.1 Le multiplexage en temps (TDM)
2.2.1 Le multiplexage en longueur d’onde (WDM)
2.3 Architecture des réseaux optiques
2.3.1 Les réseaux à diffusion
2.3.2 Les réseaux à routage en longueur d’onde
2.4 Protocol des réseaux optiques
2.4.1 GMPLS
2.4.2 Les protocoles de communication SONET/SDH
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 Les réseaux d’accès 
3.1 Introduction
3.2 Les réseaux d’accès terrestres
3.2.1 Les réseaux câblés (CATV)
3.2.2 Les accès xDSL
3.3 Les réseaux d’accès hertziens
3.3.1 Les normes et Catégories des réseaux sans fil
3.3.2 La boucle locale sans fil WLL (Wireless Local Loop)
3.3.3 Les réseaux de mobiles
3.3.4 La boucle locale satellite
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4 Réseaux d’accès optique PON 
4.1 Introduction
4.2 Liaison par fibre optique
4.2.1 Interface optique d’émission
4.2.2 Interface optique de réception
4.3 Architecture
4.4 Type de réseau PON
4.4.1 APON (ATM Over PON)
4.4.2 BPON (Broadband PON )
4.4.3 EPON (Ethernet Passive Optical Network)
4.4.4 GPON
4.5 Conclusion
CHAPITRE 5 Simulation d’un réseau PON 
5.1 Introduction
5.2 Choix du logiciel de simulation
5.3 Présentation de COMSIS
5.3.1 L’éditeur de schéma-bloc
5.3.2 La bibliothèque
5.3.3 Les différentes analyses
5.3.4 Déroulement de la simulation sous COMSIS
5.4 Architecture du réseau
5.4.1 L’ONU
5.4.2 L’OLT
5.4.3 Le splitter
5.4.4 La fibre optique
5.5 Résultat de simulation
5.5.1 DSP pour différent débit à l’émetteur
5.5.2 Format du signal a la sortie de l’ONU
5.5.3 résultat aux sorties du splitter
5.5.4 Diagramme de l’œil
5.5.5 Résultat à la sortie
5.5.6 Multiplexage en longueur d’onde
5.6 Conclusion
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE