Les technologies SDH/SONETet WDM :Les transmissions sur fibre optique La technologie SDH / SONET2La technologie SDH / SONETRsumLe besoin croissant en bande passanteoblige les oprateursa reconsidrerpriodiquement leurs architectures back bones pour offrir continuellement des offresassocies aux besoins des entreprises et des particuliers. En tlcoms ce ft dabord lesservices detlphonie qui obligrent les oprateurs moderniser leurs infrastructures,on se souvient du rseau X.25 puis RNIS. Depuis plus dune dcennie cest le besoin encapacitdetransfertdedonnesqui astimullesinvestissementsaveclesrseauxATM/FR, PDH et SDH, ces derniers tant compatibles avec leurs ans pour garantir uneinteroprabilit des systmes de communications.De nos jours les besoins en bande passantedeviennent tellement considrables que lesdernires architectures ne suffisent plus combler la demandece qui obligelesoprateurs relancer leur investissement sur des rseaux datas haut dbit comme leD/WDM parexemple. Eneffetla convergence versletout IPdevientde plus enplusvidente, VoIP, ToIP, visioconfrence, SAN, Les rseaux ATM ne peuvent pas et ne peuvent plus offrir suffisamment de dbits pourcontinuer leurs dveloppements.Les architectures PDHprincipalement conues pour la tlphoniesont aujourdhui obsolte par leurs cots de fonctionnement beaucoup trop important.LesarchitecturesSDHconuespourtrestablesetdegrandecapacitdoiventtremodifies pour suivre lvolution de lconomique et des technologiques.Les nouvelles architectures entirement optique et tout numrique comme WDM offrentdes capacits tellement plus importantes quelles pourraient remplacer rapidement tousces rseaux dj existants.En effet on peut supposer que si la convergence tout IP sacclre alors les rseaux ATM,FR et PDH deviendront obsoltes trs rapidement.Beaucoup de technologies se sont dveloppes autour de ses architectures actuelles pouroffrirunemultitudedeservicescomme : POS, RPR, , maislatendancefortedeconvergence sur le tout IP et le besoin dinteroprabilit lchelle plantaire pourraitbien faire merger une solution uniquecl en main pour offrir terme du haut dbitjusqu'aux portes de labonn.Cest dans ce sens que Ciscodploie ses architectures mtro WAN/LAN, bases sur duDWDM.DWDM est normalis par lUIT-T et lIETF rdige un draft sur du GMPLS over WDM ce quimontre la volont des acteurs de lInternet et des rseaux datas effectuer un grandsaut vers des rseaux vraiment trs haut dbit, un saut que les oprateurs ne pourrontpas manquer.3La technologie SDH / SONETAbstractSynchronous Optical Network (SONET) is a standard for optical telecommunicationstransport. ItwasformulatedbyECSAforANSI, whichsetsindustrystandards intheUnited States for telecommunications and other industries. SDH technology (SynchronousDigital Hierarchy) is equivalent in Europe and was designed by the ITU. The comprehensive SONET/SDH standard is expected to provide the transportinfrastructurefor worldwidetelecommunicationsfor at leastthenext twoor threedecades.Theincreasedconfigurationflexibilityandbandwidthavailabilityof SONETprovidessignificant advantages over theolder telecommunications system. Theseadvantagesinclude the following : - Reduction in equipment requirements and an increase in network reliability- Provision of overhead and payloadbytes (the overhead bytes permit managementof the payload bytes or an individual basis and facilitate centralized faultsectionalization.- Definitionof asynchronousmultiplexingformatforcarryinglowerlevel digitalsignals (suchas DS-1, DS-3inPDH) anda synchronous structurethat greatlysimplifies the interface to digital switches, digital cross connect switches, and add-drop multiplexers.- Availabilityof aset of genericstandards that enableproducts fromdifferentvendors to be connected- Definition of a flexible architecture capable of accommodating future applications,with a variety of transmission rates.In brief, SONET/SDHdefines optical carrier (OC) levels andelectrically equivalentsynchronous transports signals (STSs) for the fiber-optic-bases transmission hierarchy.Benot Champy, Alexandre le-Faucheur 4La technologie SDH / SONETSommaireIINTRODUCTION...................................................................................................... 7I.1EN FRANAIS / IN FRENCH : .........................................................................................7I.2EN ANGLAIS / IN ENGLISH : .......................................................................................... 7IIRAPPEL DE PHYSIQUE............................................................................................. 9II.1PROPAGATION DES ONDES EM......................................................................................... 9II.2LOI DE DESCARTES................................................................................................. 10IIIRAPPEL SUR LES FIBRES OPTIQUES.......................................................................... 11III.1LA FIBRE OPTIQUES SAUT DINDICE................................................................................. 13III.2LA FIBRE OPTIQUE GRADIENT DINDICE.............................................................................. 18III.3LES EFFETS NON LINAIRES DE LA FIBRE OPTIQUE......................................................................21III.3.1Leffet Kerr optique:...............................................................................21III.3.2Diffusion de Raman (1928):........................................................................ 21III.4LE PHNOMNE DE DISPERSION, DATTNUATION DAMPLIFICATEUR.......................................................22III.5LESTIMATION DE LA LARGEUR DE BANDE PASSANTE...................................................................25III.6PMD (POLARIZATION MODE DISPERSION) ET LES FIBRES UTILISS EN TLCOM............................................26III.7LA TECHNOLOGIE DES SOURCES LUMINEUSES...........................................................................27III.8CONCLUSION...................................................................................................... 29IVWDM & DWM...................................................................................................... 30IV.1PRINCIPE DU WDM/DWDM...................................................................................... 32IV.1.1Rappel gnral sur les rseaux....................................................................32IV.1.2Les principaux composants optiques existant...................................................32IV.2LARCHITECTURE EN WDM........................................................................................ 36IV.2.1Architecture Passive Optical Network (PON)....................................................36IV.2.2Architecture Broadcast-Selected Network (BSN)...............................................37IV.2.3Architecture Wavelength Routing Network (WRN).............................................38IV.3LA TOPOLOGIE RSEAU............................................................................................. 39IV.4LES LIAISONS USUELLES DU DWDM................................................................................. 39IV.4.1Liaison point point:...............................................................................39IV.4.2Liaison multipoint en anneau......................................................................40IV.5EVOLUTION DU WDM............................................................................................. 41IV.6LES DBITS ACTUELS EN DWDM...................................................................................42IV.7CONCLUSION D/WDM............................................................................................ 43VLARCHITECTURE SDH/SONET................................................................................. 45V.1HISTORIQUE ET PRSENTATION....................................................................................... 45V.1.1SDH La motivation..................................................................................... 45V.1.2PDH vers SDH........................................................................................... 46V.2SDH............................................................................................................. 48V.2.1La structure DU MULTIPLEXAGE SYNCHRONE.....................................................49V.2.2Larchitecture du rseau SYNCHRONE.............................................................52V.2.3ASPECT physique / les headers de la STM........................................................58Benot Champy, Alexandre le-Faucheur 5La technologie SDH / SONETV.2.4Les alarmes............................................................................................. 65V.3DIFFRENCES SDH ET SONET..................................................................................... 66V.4CONCLUSION...................................................................................................... 68VITRANSPORT DE DONNEES SUR SDH.......................................................................... 70VI.1LES EXIGENCES DU MARCH......................................................................................... 71VI.1.1Du ct de lutilisateur:...........................................................................71VI.1.2Du ct de loprateur: ...........................................................................72VI.2LES TECHNOLOGIES DE TRANSPORT SUR SDH.........................................................................73VI.2.1IP sur ATM sur SDH/SONET.......................................................................... 73VI.2.2IP sur PPP sur SDH: Packet Over SONET........................................................... 78VI.2.3Autres solutions: .................................................................................... 85VI.3LES TECHNOLOGIES MERGENTES AU NIVEAU LIAISON.................................................................... 86VI.3.1Ethernet Over SONET................................................................................86VI.3.2RPR (Resilient Packer Ring): 802.17..............................................................91VIILE MARCH / LES OFFRES OPRATEURS...................................................................97VII.1LES OFFRES OPRATEURS..........................................................................................99VII.2LES QUIPEMENTS CONSTRUCTEURS : .............................................................................. 100VII.2.1Terminal Multiplexer..............................................................................101VII.2.2Regenerator (STE: System Termination Equipment).........................................102VII.2.3ADM (Add-Drop Multiplexer).....................................................................102VII.2.4Atm over sdh........................................................................................ 104VII.2.5quipements hybrides............................................................................105VII.2.6Ethernet Over SONET..............................................................................107VII.2.7POS.................................................................................................... 108VIII CONCLUSION................................................................................................. 109VIII.1EN FRANAIS / IN FRENCH : ...................................................................................109VIII.2EN ANGLAIS / IN ENGLISH : .................................................................................... 110IXLISTE DES FIGURES............................................................................................ 111XBIBLIOGRAPHIE.................................................................................................113XIWEBOGRAPHIE.................................................................................................114XIILISTE DES ACRONYMES......................................................................................116XIIIGLOSSAIRE..................................................................................................... 119XIVINDEX........................................................................................................... 123XVANNEXES........................................................................................................ 1266La technologie SDH / SONETI INTRODUCTIONI.1En franais / In french : La hirarchie courante PDH (Hirarchie Numrique Plsiochrone) a volu principalementpour rpondre la demande de la tlphonie (voix). La disponibilit de la bande passantea conduit la prolifration des nouveaux services, autres que la voix, principalement pourles besoins des clients professionnels. L'offre de cesnouveaux services a entran sontour la ncessit pour les oprateurs tlcoms de pouvoir assurer la flexibilit de fournirde nouvelles connexions ou de distribuer dynamiquement la capacit.La croissance du trafic, la complexit des systmes et l'arrive de nouveaux acteurs dansledomainedestlcommunicationsdonnentlaplanificationdesgrands rseauxdetransport une importance toute particulire. L'introduction du multiplexage en longueursd'onde dans le but d'augmenter d'une part les capacits de transmission et d'acheminementmais galement la flexibilit et la rentabilit des systmes, conduit de plus en plus uneoptimisationdessystmes existantsetunemeilleureintgrationet adquationdessystmes de nouvelle gnration.Cette volution fait surgir des problmes de modlisation et d'optimisation auxquels lesmthodes de planification utilises jusqu' aujourd'hui ne semblent pas pouvoir rpondre.L'intrt scientifique est alors d'adapter et de concevoir des algorithmes sur les diffrentsproblmes clefs de la planification (acheminement adaptatif, allocation et partage desressources, optimisation, ... )prenant en compte lescontraintes et la spcificitd'unrseau de transport bas sur la hirarchie numrique synchrone (SDH) et les technologiesphotoniques comme le multiplexage en longueurs d'onde (WDM). I.2En anglais / In english : Recent global changes in government structures and resulting economic pressures,increased competition and growing private networks have forced telecommunicationsservice providers throughout the world to increase their operating efficiency. Long-7La technologie SDH / SONETestablished analog transmission systems that proved inadequate were gradually replacedby digital communications networks.In many countries, digital transmission networks were developed based upon standardscollectively known today as the Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH).PDH has some shortcomings: provisioning circuits can be labor-intensive and time-consuming, automation and centralized control capabilities of telecommunicationnetworks are limited, and upgrading to emerging services can be cumbersome. A majordisadvantage is that standards exist for electrical line interfaces at PDH rates, but thereisnostandardforopticallineequipmentatanyPDHrate,whichisspecifictoeachmanufacturer.Reconfiguring PDH networks can be difficult and labor-intensive - resulting in costly,time-consuming modifications to the network whenever new services are introduced orwhenmorebandwidthis required. Thesituationwas particularly difficult inNorthAmerica, where a plesiochronous system(T-Carrier) was in place. Utilizing thetechnologicaladvances andassociatedreductionsin costsinceplesiochronoussystemswere introduced, Bellcore (the research affiliate of the Bell operating companies in theUnited States) proposed a new transmission hierarchy in 1985. Bellcores major goal was to create a synchronous system with an optical interfacecompatible with multiple vendors, but the standardization also included a flexible framestructure capable of handling either existing or new signals and also numerous facilitiesbuilt into the signal overhead for embedded operations, administration, maintenance andprovisioning (OAM&P) purposes. The new transmission hierarchy was named SynchronousOptical Network (SONET). The International Telecommunication Union (ITU) establishedan international standard based on the SONET specifications, known as the SynchronousDigital Hierarchy (SDH), in 1988.8La technologie SDH / SONETII RAPPEL DE PHYSIQUEII.1Propagation des ondes EMLa propagation des ondes lectromagntiques en direction dun axe x, se dplaant une vitesse v dans un milieu n et tel que v= c / n, c vitesse de la lumire, est pardonne :0) (1) (222 22=ccdtfv dxfLa forme gnrale de la solution de cette quation diffrentielle linaire homogne (coefficients constants) aux drives partielles du second ordre est :) ( ) (2 1vt x f vt x f + + , de plus ces solutions sont ncessairement de la forme dune exponentielle relle ouimaginaire.Remarque : Cette solution est aussi la solution gnrale des quations des ondes sphriquestransversales, cest dire : 222) (.tff vcc= A , avec loprateur : Af, le Laplacien de f(x,y,z)et pour solution : ) ( ) (2 1vt z y x f vt z y x f + + + + + + | o | o . Pour rsoudre cettequation les conditions aux limites se doivent dtre dfinies.On appelle onde progressive plane une onde de la forme :) (1vt x f ( ) (1vt z y x f + + | odanslecas3dimensions). Uneondesepropageantsurlaxexlavitessev,lessurfaces dondes sont perpendiculaires la direction de laxe x.Si f() est une fonction priodique de type sinusodale alors la solution peut scrire sousla forme complexe :)) ( exp( . ) , (1t kx i A t x f e = .kreprsentelevecteurdonde :)`== te/ 2 || ||). / (kn v k,nreprsentelevecteurunitairededirection,danslecas3dimensionsnestformdescomposantes : (o,|,),lalongueur donde et e la pulsation du signal.9La technologie SDH / SONETSi v et e ne sont pas lis alors il ny a pas de dispersion du signal f(), en revanche si ellesle sont alors il faut diffrencier 2 vitesses :La vitesse de phase : Vp = e/kLa vitesse de groupe : Vg = de / dkPour comprendre le phnomne physique li la dispersion dun signal il faut expliquerque :La vitesse v est lie la vitesse de la lumire c dans le vide par : v = c / n, n tantlindice du milieu considr. Dans un milieu dispersif : v(e) = c / n(e) ce qui impliqueque c et v sont lis. Pour une onde constitue de plusieurs frquences, les composantesspectrales de cette onde dans un milieu dispersif ne vont pas avoir des comportementssimilaires.Ces deux vitesses sont lies par la relation de Rayleigh : |.|

\| =ddVpVp Vg .lalongueurdondedanslemilieu. Cetterelationaunsenssilinformation est contenue dans le paquet donde. est dfinie par : = v.T, v la vitesse de propagation de londe et T sa priode. Ce quiest logique sachant que : k = 2t/ et ||k|| = e / v => = 2tv / e = v / f = v.TII.2Loi de DescartesLa Formule de Descartes pour la rflexion et la rfraction donde lumineuse entre deuxmilieux : ) sin( . ) sin( .2 2 1 1u u n n = , n1 et n2 les indices des milieux,u1 etu2 les anglesdincidences aux surfaces par rapport la normale.Langle critique A : 21) sin(nn= A pour lequel la rflexion devient totale.On dfinit lecheminoptiqueentreunesourceS et unpoint Mquelconquepar :}=MSdx n SM . ] [ , n tant lindice du milieu travers.Le chemin optique est une r-criture de la loi de Snell-Descartes (permettant de traiterdautres problmes doptique).10La technologie SDH / SONETIII RAPPEL SUR LES FIBRES OPTIQUESIl existe diffrentes fibres optiques et on en dnombre principalement 2 :- Saut dindice- Gradient dindiceLes atouts majeurs de la fibre optique :- Faible cot, car la silice est une matire bon march.- Pour une mme section de cbles base de conducteurs mtalliques on peutmettre 50 fois plus de fibres optiques.- Lamliorationcroissantedeslasersetdescircuitsoptolectroniquespermetdaugmenter les distances et les dbits sur ce type de support.Voici une coupe dune fibre optique saut dindice:On distingue les fibres saut dindice o lindice est constant lintrieur du cur, etconstant lintrieur de la gaine, avec une variation la surfacede sparation11YXCur, milieu n1(X)ZGaine, milieu n2La technologie SDH / SONET(interface : gaine/cur) et les fibres gradient dindice o lindice, maximum le long delaxe du cylindre, dcrot lintrieur du cur jusqu' la gaine.Le principe dutilisation des fibres optiques est simple. Pour les fibres saut dindice, oncherchelemeilleurangledouverturepourquelevecteurdondeserflchissesurlinterface entre le cur et la gaine. Pour les fibres gradient dindice, on fait traverserla lumire dans les diffrents milieux jusqu' la faire rflchir sur la dernire interfacecur/gaine.Pour permette une propagation correcte on cherche toujours calculer langledouverture pour optimiser la transmission de la lumire :O.N. (Ouverture numrique ou N.A. : Numerical Aperture) :A = 2 . . .1n N O, avec 2122212nn n = A .LOuverture Numrique correspond au sinus de langle douverture (ou angledacceptante) :sin(uam) = O.N avec : ||.|

\||.|

\| =21211 . .nnn N OExemple : n2 = 1.5 et A = 1%, alors :O.N : 0,21 => uam = 12 deg.Angle critique : 8 deg (0,14 rad).Nous allons maintenant effectuer un rappel de physique sur le dphasage dont nousutiliserons plus tard le rsultat pour expliquer dautres phnomnes.Nous allons traiter le problme du dphasage aux interfaces par Descartes :k (vecteur donde du champ E) arrive avec un rayon incident i et avec : u = t/2 - ik (vecteur donde du champ E) traverse avec un rayon rfract rtel que : n1.sin(i) =n2.sin(r).k (vecteur donde du champ E) repart avec un rayon rflchi i.Si i s A (angle critique) alors pas de dphasage, = 0.Si i > A ( u < A car : i + u = t / 2), alors : ) cos( 2 ) cos( 1) cos( 2 ) cos( 1' 'r n i nr n i nEE+=12uriN2N1kkkLa technologie SDH / SONETOr( ) ) ( sin211 ) ( sin 1 ) cos(222innr r = ==> cos(r) est un imaginaire pur car : n1/n2 > 1 !Le rapport E/E tant complexe cela implique que = 0.Posons :-( ) 1 ) ( sin21) cos(22 = = innj t r- 0 largument du complexe : n1.cos(i) n2.t (argument du numrateur E/E).Le dphasage sera gal 20 puisque E/E est le rapport dun complexe conjugu, deplus le module de E/E = 1 pour la mme raison (ce qui est logique en cas de rflexiontotale).Le dphasage 0 a pour quation : ) ( cos) ( tan ) 0 tan(2 2122 2i nni = Voici le dphasage en fonction de langle de propagation et dincidence :Cette dmonstration nous sera utile pour expliquer linstallation des modes dans unefibreoptiquesautdindiceetpermetenmmetempsdeconsidrerlesproblmesphysiques qui rentrent en compte dans le calcul dune fibre optique (bande passante,distance de transmission).III.1La fibre optiques saut dindiceSi la longueur donde dans le vide est : 0 alors le vecteur donde associ vaut : k0 = 2t /0. La longueur donde de cette mme onde se propageant dans un milieu n1 est :=0 / n1, avec comme vecteur donde associ : k = k0.n1Voici unschmaexpliquantles dplacements des ondeslectromagntiquesdanslafibre :Benot Champy, Alexandre le-Faucheur 13uc = \(2A) t/2t/2tut/2t/2tiicu, langle de propagation de londe dans la fibrenXZXn2n1, dphasage linterfacek, vecteur donden = indice des milieuxLa technologie SDH / SONETUne faon de traduire lexpression du vecteur donde est de dire :- Une onde progressive se dplace selon laxe z et a pour longueur donde : p =2t / k0.n1.cos(u).- Une onde stationnaire et transversale qui sinstalle sur laxe x.On ne tiendra pas compte pour le moment du dphasage et nous ne nous intressonsquaux ondes stationnaires transverses car elles sont les seules remplir les conditionsncessaires de continuits lectriques sur la surface de contact cur/gaine.On peut alors construire la distribution spatiale du champ lectrique suivant laxe z et xcomme indiqu sur la figure suivante :Voici un exemple de dplacement du mode N=1 dans la fibre saut dindice :La distribution du champ le long de la direction transverse ne change pas quand londese propage dans la direction axiale.Cette distribution constitue un mode car il y a un dphasage de 2tN sur la distance ABdu champ lectrique avec sa distribution spatiale sur z.Ici par exemple nous avons reprsent le mode 1 (Nmax = 2), ce qui signifie que sur un zig-zag complet londe se propageant suivant laxe des z aura parcourue : 4t (2 foisplus que le mode 0 o mode propre) et pendant ce mme temps londe transverse auraparcourue : 4t (2 fois plus que le mode propre).Le problme des modes :Le problme des fibres saut dindice est que malheureusement plusieurs modespeuvent sinstaller ce qui va entraner un talement (dispersion) du signal en sorti de lafibre.14ZXn2n1k, vecteur donde, de longueur donde associe : =0/n1 (longueur donde dans le vide)/(indice du milieu).Distance ABZChamp lectrique rsultat dans la fibre de longueur donde p = 2t / kzuaaLa technologie SDH / SONETUn mode correspond linstallation dune onde stationnaire sur laxe x. Puisquune ondestationnaire nest quune longueur onde multiple de la priode spatiale : 2a (diamtre ducoeur), On va chercher calculer le nombre de modes possible dans la fibre pour unelargeur de fibre de 2a.Sur la distance AB :Projection sur z : p = 2t / kz => |AB| = 2p => p.kz = 4tProjection sur x : la distance parcourue est de : 4aDonc : 4a / N = 2t / kx, N reprsente le nombre de modes => 4.a.k0.n1.sin(u) = 2tN. Cettedernire quation permet de dterminer le nombre de modes possibles dans la fibre.Le modeN est le mode correspondant la distribution de champ lectrique le long delaxe x tel que le dphasage soit de 2tN aprs avoir parcouru un zig-zag complet de A B.Ce dphasage fait introduire les notions de vitesse et groupe et de phase, on a djdmontr que le dphasage est li langle de propagation de londe lectrique.Si seul mode0 traverse la fibre alors on peut en dduire en sortie que la largueur deltalement du signal de sortie sera nulle, cest donc une onde parfaitement adapte aucur donc la Vg = Vp = c / n1.Pour le mode 1 il y aura une diffrence entre ces deux vitesses car langle depropagation u sera plus important linterface gaine/cur ce qui changera la vitesse degroupe qui scrira : (c / n1).cos(u) => dispersion du signal.Remarque : Pour linstant nous avons nglig grands nombres de paramtres et phnomnesphysiques comme : - Le coefficient de rflexion- Les effets de peau- Les conditions aux limites linterface pour lhomognit du champ lectrique- La variation dindice en fonction de la longueur donde- Leffet Kerr optique, leffet Raman- La dispersion des modes de polarisation (PMD)Nous allons maintenant complter la formule du calcul du nombre de modes en fonctiondu dphasage linterface : | = 4.a.k0.n1.sin(u) + 2 = 2tN, 2 car il y a deux rflexionssur un zig-zag complet.a = Rayon du curk0= 2t / 0n1 = indice de milieu du curu = angle de propagation.On cherche maintenant calculer le nombre maximum de modes Nm.Pour cela on sait que : 4.a.k0.n1.sin(u) + 2 = 2tN.4.a.k0.n1.sin(uNm) + 2(uNm) = 2tNmOr on sait que : uNm ~ ucritique => (uNm) ~ 0, puisque les angles sont proches.Pour sassurer que les anglesuNm etucritique sont proches et pas gaux ( cause desrisques de variations locales dindices) : 4.a.k0.n1.sin(ucritique) = 2t(Nm + 1)On dfinit le nombre maximal de modes par la formule :15La technologie SDH / SONETA + = 2 . . .4110a n Nm,2122212nn n = A ,ale rayondu cur de la fibre et0longueurdonde dans le vide.Lorsque la fibre optique un nombre Nm > 1 on dit quelle est MULTIMODE en revanchesi Nm = 0 alors la fibre est dite MONOMODE.Lien entre la vitesse de groupe, de phase et le nombre de modes. On rappelle que lavitesse de groupe est la vitesse de propagation de linformation. La vitesse de phase estdfinie par : Vp = c / n1, avec c = vitesse de la lumire.On montre que Vg (vitesse de groupe) a une valeur diffrente pour chaque modeN telque :( ) ( ) |.|

\|++A =21 111NmNncN VgNm = mode maximal.La vitesse de groupe : Vg = Vp.cos(uc) et Vg(N) = Vp.cos(uN).uddVpVp nnddVpVp ddVpVp Vg c ~ = |.|

\| =121 1 ) cos( . parce que A ~ 1 - n2 / n1)) ( . 1 ( ). ( . ) ( .2 2 2A A = => = A A = A A c cc Vp VgddVpVpddVpVp.Cela montre que la vitesse de groupe est lie aux indices qui traduit deux phnomnes:- Une lgre variation dindice aux interfaces va faire varier langle depropagation par un dphasage ce qui va favoriser linstallation de modes.- Une variationlocale dindice d aumatriau va engendrer une dispersion dusignal et cette dispersion est lie la longueur donde.c est li la longueur donde et aux indices => c(, A).Ci dessous une reprsentation de la propagation des modes dans le temps. Nous verronsplus loin dans le rapport les phnomnes qui se produisent dans les fibres optiques etleurs consquences.16La technologie SDH / SONETLa sortie dune impulsion lumineuse dans une fibre optique saut dindice sera donc dela forme suivante :Le signal de sortie est plus tal ce qui risque dengendrer de linterfrence entresymboles si les impulsions de dparts ne sont pas suffisamment espaces. Cet talementest d aux diffrentes vitesses de groupes dans la fibre.Remarque :Plus N sera grand et plus la vitesse de groupe sera lente. Donc pour viter ladispersion on utilise de prfrence des fibres MONOMODES.Nous allons reprsenter la distribution spatiale transversale de ces modes.17Diamtre curZEffet Kerr OptiquetIntensit lumineuseAt At + retard des modesLa technologie SDH / SONETLa figure ci dessus est partiellement fausse car il faut tenir compte du dphasage linterface. Pour donner un sens la rfraction totale, le dphasage a t introduit, ilfaut comprendre ce phnomne comme une rflexion totale parfaite mais une distancedx de linterface cur/gaine. Ce qui signifie que lallure du champ lectrique sera plustal.Ce qui permet dexpliquer, les dtriorations des signaux la sortie de la fibre, pourquoiles modes sinstallent dans la fibre, etcIII.2La fibre optique gradient dindiceCettefois-ci onnechercheplus rflchir sur toutesles interfacesmais rfracter le rayon. Cette rfraction va entraner une diminution de lamplitude du champ18M-3M-2M-1M-0Champ E Mode0Mode1ZXXXM-3M-2M-1M-0Champ E Mode0Mode1ZXXXdxLa technologie SDH / SONETlectriquedanslafibresansaltrersonchemin(pasdedphasage).Leparcoursduchamp est guid le long de la fibre.Onmontrequesi lafibreabeaucoupdindicealors lecheminlumineuxseraunesinusode.Si le rayon du cur a le permet, suivant u0 (angle douverture), il y aura plusieursmodes possibles de propagation. Les fibres gradient dindice sont aussi MULTIMODES etlamplitude de ces modes dpendent principalement de u0.La priode spatiale Lp ainsique la vitesse de groupe Vg sont les mmes quelque soit le mode. Cest la caractristiqueprincipale de ses fibres :-La vitesse de propagation (pas de dispersion) : Vg = c / n(0).- Lalongueurspatiale : Lp=2t/g,agA=2,arayonducurdelafibreetAlavariationrelativedindicemaximum. Il est importantderemarquerquelapriodespatiale est donc indpendante de langle douverture.- Chemin optique : |.|

\|zLpAt 2sin . maxavec Amax = sin(u0) / g, 0 < Amax s a. Pour que Amax= a, il suffit que :A = |.|

\| = 2 1 ) sin(200nngaineu , avec n0 : indice du centre du cur.A cet angle on peut lui associer langle dacceptance : ) sin( ) sin(0 0u u n am =.Remarque : Lp quivaut au p de la fibre saut dindice.Pour une fibre gradient dindice on crit n(x) (la variation dindice dans le cur) :] ) . ( 1 )[ 0 ( ) (2 2 2x g n x n = , agA=2. Ce qui explique pourquoi les modes se propagent la mme vitesse.19Z0 ; n(0)1 ; n(1)2 ; n(2)-1 ; n(1)-2 ; n(2)nRayon incident dentr: u0XCur XZZDiamtre La technologie SDH / SONET Epita Telecom 2004Le problme des modes :Il est possible davoir des modes dans une fibre optique gradient dindice. En effetentre chaque couches du cur il y a rfraction et rflexion donc si le rayon du cur lepermet(4.a.k0.n1.sin(u) +2=2t.N)desmodespeuventsypropager.Lesmodessepropageront en revanche tous la mme vitesse et auront la mme priode spatiale.Expliquons pourquoi les modes se dplacent tous la mme vitesse de groupe :Le chemin optique est parcouru une vitesse de groupe constante tout le long de lafibre. Dans le cur (n(0)) la vitesse est de : c / n(0), dans le milieu 1 (n(1)) la vitesse estde: c/n(1)(plusrapidecarn(1)ncessairementplusfaible)maislatrajectoireparcourir est augmente de : cos(u1) cos(u0) car lindice n(1) est infrieur n(0), etc ,et a dans chaque milieux du cur.Comme le gradient dindice dans le cur suit une courbe parabolique quasi continue il yaura par consquent une interface de rflexion totale pour chaque angle de propagationdonn. La dfinition dun modeest linstallation dune onde transverse stationnaire cequi implique que certains angles de propagation sont possibles seulement.CommelalongueurspatialeLpestdfiniepar:2t/getquelaconstantegestlecoefficient canonique de notre parabole de gradients (voir remarque prcdente) alors lalongueur spatiale est ncessairement fixe.On en dduit que la vitesse de groupe est constante avec diffrentes vitesses de phasesdans une fibre gradient dindice et vaut : c / n(0).De plus nous avons vu prcdemment que la priode spatiale tait indpendante delangle dentre ce qui implique que les modes auront aussi la mme priode spatiale etdonc la mme vitesse de groupe.Remarque : En ralit Amax varie en fonction de u0 et du nombre de modes. Ce phnomne est misen vidence par les courbes rouges et bleues sur la figure ci-dessus. Seule la longueur Lpest constante.Lexpression de la bande passante dune fibre saut dindice est complexe.On peut cependant manipuler lexpression de la bandepassantedes fibres optiquessaut dindice pour trouver une approximation grossire de la forme :BP = K / At.At =Ad / Av, la variation de vitesse est particulirement lie la variation dindice => c(, A) => At = L / Vg.c(A).Reste approximer : c(A). A est de forme parabolique : 2) . () 0 ( 2) ( ) 0 (222 2a gna n n== AUne lgre variation A entre deux milieux va sexprimer par : A2/2.At = L / Vg.A2/2BP ~ K / L / Vg.A2/2 soit [Vg.K.A2/2] / LCe nest plus le phnomne des modes qui limite la BP mais la dispersion du matriau etses variations dindices : c(, A).20Gaine de milieu: ngaineLes diffrents milieux de la fibre.ZDiamtre u0La technologie SDH / SONETIII.3Les effets non linaires de la fibre optiqueIII.3.1Leffet Kerr optique : Sous laction dun champ lumineux intense, lindice de rfraction dun milieutransparent accuse une variation considre en premire approximation comme locale etinstantane.Cette modification provient de la cration de diples induits dans le matriau pardplacementdu centredegravit deslectrons.Cephnomnenonlinaireestconnu sous le nom deffet Kerr optique.La loi de Kerr est dfinie par :) ( ) ( )) ( , (2t I n n t I nNL+ = e e .n(e) est lindice de rfraction du matriau, I(t) est lintensit lumineuse (W/m2), n2 uncoefficient non linaire de rfraction fix : 3,2.10-29 m2/W pour la fibre en silice.Le dphasage auto-induit correspondant ce phnomne est donn par la relation :L I nNL. . ). / 2 (2 t = u , L est lalongueur duchamplumineuxsur lequel cedplacelintensit I(t).Les effets sont : Lorsque le champ lectrique comporte plusieurs frquences (vecteursdonde), lindicederfractionpeutsetrouver plusoumoinsmodulparlintensitrsultante, vialanonlinaritet enfonctiondeladispersion. Celaapour effetdaccrotre les faibles frquences de lenveloppe du champ en cours de propagation. Onappel cela lamplification paramtrique.III.3.2Diffusion de Raman (1928) : Nous avons vu leffet Kerr optique qui modifie la trajectoire dun champ lumineux. Cephnomneestditpassifcaril nyapasdedplacementdnergieentrelechamplumineux (lectrique) et la fibre (dilectrique).La Dffusion de Raman Stimul (DRS) consiste en un transfert dnergie vers dautresfrquencesoptiques(Stokeset Anti-Stokes)quecelledexcitation(qui doittredelordre des THz). Leffet de Raman ce produit lorsque leffet Kerr est dj lui mmeimportant (40t radians environ).Le principe est de pouvoir amplifier dans les frquences dexcitations en utilisant leffetphoton/phonon ( 13,2 THz pour la silice) de Raman de la fibre optique. Ce systme esttrs instable mais permet de prolonger la distance de transmission.Ce systme est sensible aux variations de vitesses dans les fibres birfringentes (Vitesse axiale et transversale diffrente), on cherche dailleurs maximiser cesdiffrences.Voici un rsultat damplification Raman contrl : La figure du haut est le spectre de la pompe ( le Laser) avec sa frquence Stoke(frquence stimule dans la fibre). La figure du bas est le spectre en sortie de la fibre, la21La technologie SDH / SONETfrquenceAnti-Stokeapermisdamplifierlesignal delapompesurlafibretoutensupprimant sa frquence Stroke.Figure 1 - Raman DRSCes phnomnes physiques bien que compliqus modliser et mettre en uvrepermettent daugmenter la longueur de transmissiondes fibres optiques et plusparticulirement les fibres MONOMODES.Remarque : Les fibres dopes lerbium sont des amplificateurs optiques qui combinent le principede lmission stimule (tel que Raman) dans lerbium et les proprits guidantes de lafibre, ce qui permet de saffranchir des tapes de conversions optiques/lectroniques etaussi daugmenter les dbits.III.4Le phnomne de dispersion, dattnuationdamplificateurRappelons lattnuation en fonction de la longueur donde de la fibre en silice :22La technologie SDH / SONETFigure 2 - Fourchettes des longueurs d'ondeLes fibres ALLWaveTM permettent davoir une largeur de bande plus importante (dans leprocd de fabrication on retire les impurets). En tlcommunication on utilise surtoutles bandes de 1,3 m et 1,5 m pour transmettre linformation.La silice est un matriau dispersif, les fibres optiques utilises dans lestlcommunicationssont dfiniesentreautres par lUIT-TG.652. Onrappel queladispersion est dfinie suivant la figure ci-dessous (silice) :Figure 3 - Dispersion de la siliceAlalongueurdonde1310qmladispersionest nulle. Onapprochelacourbeparlquation du premier ordre suivante : 2210 .13101 ) (|.|

\| =q D .23La technologie SDH / SONETOn remarque que la dispersion autour de la fentre : 1,5 m devient gnant pour lestransmissions optiques, pour cela lUIT-T a dfini le standard G.653.Ces fibres optiques sont dites : DSF (Dispersion Shifted Fibre), elles dcales le zro dedispersion dans la fentre 1550 qm.Enfin une approximation de la distance maximale de propagation dans la fibre (enprsence de dispersion chromatique) est donn par :2). (1maxBP DD=, Ou BP est la bande passante.Soit 1000 Km pour 2,5 Gbit/s et 60 km pour 10 Gbit/s 1,55 m. Cependant ces distancessont nuancer parce quil existe des systmes damplifications (comme : Raman,Brillouin, etc).Je vais finir par un tableau rcapitulatif des principaux types damplifications passifs :Figure 4 - Les applications passives sur fibre optiqueCes amplifications sont passives. On prend une portion de fibre en silice on la coupe une certaine distance on lui juxtapose une autre fibre dope qui va r amplifier le signaldurant sa travers et on fait cela plusieurs fois.Le problme avec ce type damplificateur cest que le signal nest pas re synchronis nireform ce qui en limite lutilisation. En tlcoms vu les longueurs dondes utilises cestlamplificateur Raman qui est le plus utilis.Dailleurs on utilise des fibres dopes lErbium (EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier)pour ce type damplification.Voici quoi ressemble un amplificateur EDFA :24La technologie SDH / SONETIII.5Lestimation de la largeur de Bande PassanteNous allons expliquer succinctement le calcul de la Bande Passantepour les fibresoptiques.La largeur est inversement proportionnelle ltalement.On dfinit par BP = A / At la largeur de bande.At correspond ltalement du signal reu par rapport la largeur du signal mit et Aune constante.Onappel :22cc =ncD lecoefficientdedispersiondumatriau.Si D At = L.n/c.A =>BP = A.c.A/L.n => BP.L = A.c/n.A.La variation dindice en fonction de la longueur est propre chaque cur.Pour la silice : 1,45 = 850 nm => d2n/(d)2 ~ 3.10^10 / m2On montre que les longueurs donde les mieux adaptes pour la transmission dans unefibre en silice sont comprises autour de : 1,2 et 1,5 m.Donc les meilleures fibres optiques sont les fibres MONOMODE : saut dindice avec seulmodepossible,lemode0. Ellesontunelargeurdebande>10GHzet unefaible25La technologie SDH / SONETattnuation. En revanche, il est trs difficile aujourdhui de poser ces fibres et dinstallerles rpteurs sur la fibre. En effet les distances sont de lordre du m ce qui ncessiteune grande prcision, de plus ses systmes sont trs sensibles aux impurets. Lors de lapose des fibres il faut faire attention au rayon de courbure pour viter que londe soitrflchie.III.6PMD(Polarization Mode Dispersion) et les fibres utilissen tlcomLe PMD regroupe les phnomnes de birfringence (diffrentes vitesses de propagationen fonction de laxe de propagation) et couplage de modes.Ces phnomnes vont donc retarder les transmissions en crant de la dispersion.Linconvnient de la birfringence est quelle dforme les signaux durant leurpropagation ce qui est ennuyeuxpour dtecter unsignal TOR, de plus cela peutengendrer de linterfrence entre symboles.On estime que le phnomne PMD est inversement proportionnel au carr du dbit. Pourcompenser ce phnomne on est oblig de rpter le signal (comprendre rgnrer) cequi va entraner des dlais de transmission plus grand et des appareils actifs.Remarque : La technologie des fibres dope lerbium a la proprit damplifier de faon rgulireles signaux autour de 1,55 m.Le PMD doit tre infrieur 0,5 ps / (km)1/2 pour avoir des dbits de 10 Gbit/s (STM 64kbit/s) sur 400km, recommandations UIT-T G652.Les diffrentes fibres de lUIT utiliss dans les tlcoms :G653 (1997):F.O. Monomode dispersion dcal (DSF) : typiquement on dcale le zrode la dispersion de la bande 1310 qm (celui de la silice) vers la bande 1550 qm.Les fibres DSF ne sont plus/pas utilises dans les systmes DWDM car la largueur de bandeest trop faible pour offrir suffisamment de longueurs donde. De plus ces systmes sontsensibles au phnomne FWM que nous expliquerons plus loin.G655 (1996) :DOF/NZ-DSF: DispersionOptimizedFiber, ce typede fibreoptiquemonomode permet davoir un PMDde 3 s/qm/km sur la largueur dondes de : 1300 1700 qm. Elles sont utilises dans le DWDM car ne sont pas soumissent au phnomneFWM et permettent des dbits suprieurs 10 Gbit/s.Nous avons vu que leffet Raman permet damplifier un signal dune largueur de bandebien dtermine en crant en parallle un transfert dnergie vers une frquence Stoke.Lorsquedans les fibres DSFontransmetplusieurslongueursdondesur unelonguedistance un phnomne similaire se produit :Le multiplexage quatre longueurs dondes (FWM : Four Way Mixing).Si on souhaite transmettre : 1 et 2 alors on risque de voir apparatre 2 autres longueursdonde de valeurs symtriques : 22 - 1 et 21 - 2.LE FWM est sensible aux :- Nombres de longueurs dondes26La technologie SDH / SONET- La puissance lumineuse- PMD (la plupart des systmes DWDM limite leur dbit :OC-48/STM-16)Le FWM est donc un autre facteur limitant des fibres optiques classique tels que DSF.LUIT dans sa recommandationG692 dfinie le taux derreur bit 10-12qui le rapportsignal sur bruit optique.III.7La technologie des sources lumineusesLes DELs.Cest une jonction PN (autre que du silicium ougermanium) cble en inverse et qui procure unrayonnement de photons une longueur dondeprdterminer en fonction de la jonction et de sonespacement.La longueur donde est donn par : Egap24 , 1= ,En gnral le compos chimique est de larsniure(arsenic) de gallium (GaAs) ou du phosphure de Gallium(GaP).Ce compos chimique est en gnral dop pour mettre un rayonnement dans la longueurdonde souhait.MalheureusementlesDELsontunelargueurmi hauteurtropimportantepourtreutilises dans les systmes haut dbit. En pratique, elles sont utilises avec les fibres saut dindice MULTIMODES et gradient dindice.OnpeutcependantretrouverunsystmedeDELdanslestransmissionshautdbitlorsquon besoin de plusieurs longueurs donde (dans ce cas on filtre la sortie de laDEL sur diffrentes longueur donde).Les LASERsIl existe beaucoup de LASER.Cest encoreunejonctionPNcbleeninverse (a peut tre du GaAs dopdiffremment).Cet fois-ci on fait rsonner une cavit pourla longueur dondecorrespondant aumaximumduspectredmission(Surfacesrflchissantes espaces de longueurmultiplede/2, voir surfacedeFabry-Perot). Le grand avantage des LASERs cestdavoir une source lumineuse en accord dephase (cohrente) et monochromatique.27La technologie SDH / SONETLe grand inconvnient cest que les LASERs doivent fonctionner par intermittence sinonon risque de faire griller la jonction (courant inverse trs important > 5A). Il existe 2principaux types de LASERs : semi-conducteur(VCSEL,DFB,DBR,etc..),lecritredcisifdecettechnologieestlaccordabilit en longueur donde. fibres (Actuellement technologie pas utilise en Tlcom).28III.8ConclusionDans cette partie nous avons commenc par rappeler les principaux phnomnesphysiques qui permettent de dcrire une fibre optiquecomme, le dphasage, larflexion/rfraction, etc.., puis nous avons prsent les deux principaux types de fibreen expliquant leur avantages physiques qui justifient leur dbits.Nous avons vu ensuite que le principal facteur de limitation technologique de dbit estla dispersion du matriau avec sa courbe associe mais il y a aussi les phnomnes debirfringence et de couplage de modes dont lexpos sort du cadre de ce rapport.Enfin nous avons synthtis les principales technologies utilises pour amplifier/rpterle signal optique dans la fibre ainsi que les principales sources lumineuses utilises.Je tiens faire remarquer cependant que ltude de ces phnomnes est du domaine dela recherche et non des tlcommunications.Dans cettepremirepartiejenai pas parldes dbits parcequils dpendent deplusieurs facteurs par exemplelemultiplexageenlongueur donde, jai cependantexpliqu comment calculer approximativement la bande passante dune fibre optique.Ceci permettra au lecteur de mieux apprhender les diffrents problmes techniques quipeuvent se produire lors du dploiement dun rseau optique par exemple.Remarque : La fibre optique peut-tre trsdangereusepour les yeux, petit calculvaut mieux quun grand discourt :Rayon de la pupille : 1 mmPuissanceduneampoulestandard :100W.Puissance maximumdans la fibre 100mW.Rayon en sortie du laser : 10 qm2 932 3) 10 . 10 .(10 . 100) 10 .(100=t t, soit unrapport delordredumillion, donclaconcentration est telle quelle estcapable de brler de petites surfaces delil commepar exemple, lapartielaplus importante : la pupille.29La technologie SDH / SONETIV WDM & DWMRappel : fv= V est la vitesse dans un milieu N tel quel : v = c / n et f est la frquence de la longueurdonde.Donc une longueur dondede1550qm correspond uneradiationde frquence : f =3.108/1550.10-9 = 193,1 THz.Labandepassanteesttrsabondantedanscettergion, il estdoncintressantdemultiplexer pour occuper au mieux le spectre des infra-rouges.Remarque : Le spectre visible des couleurs pour lil humain est compris entre : 0,3 et 0,8 m.Aujourdhui encore on transmet des signaux TOR dans les F.O., en revanche des tudessrieusessontencoursdedveloppementpourutiliserles3modulationsnumriquesclassiques : ASK, FSK et PSK.A lorigine le WDM a t utilis pour optimiser les dbits sur les fibres dj existantesafin damliorer le R.O.I. En effet dautres techniques ont t dveloppes pouraugmenter le dbit comme lOTDM (Optical Time Division Multiplexing) et le CDM (CodeDivisionMultiplexing)mais ils nont pastretenuscar ils ncessitentlinstallationdappareils plus coteux et plus compliqus manager comme : La synchronisation dutime slot, etc...Un autre avantage du WDM cest que les canaux peuvent transmettre toutes sortesdinformations ce qui permet davoir un rseau dune trs grande flexibilit.Lappellation DWDM : Dense WDM signifie que les diffrentes longueurs donde sont trsrapproches de lordre du 1qm. DWDM alloue de 40 160 canaux par fibre optique enfonction de lcart entre (longueur donde).Les doivent suivrent lquation suivante en DWDM : 193,1 +n *{0,0125; 0,025 ; 0,05}en fonction de la largeur des canaux {12,5 GHz; 25 GHz; 50 GHz} (Rfrence UIT).Une premire application du D/WDM est par exemple de faire passer de lATM, du SDH etde lIP sur les diffrents canaux sans avoir r-investir dans de la fibre optique, toutsimplement en optimisant lexistant.On peut citer quelques records mondiaux du WDM/DWDM : 42 * 40 Gbit/s (3,28 Tbit/s) sur 300 km (Lucent 2000)40 Gbit/s sur 65 km (Alcatel 1998)64 * 5 Gbit/s sur 7200 km (Lucent 1997)30La technologie SDH / SONET132 * 20 Gbit/s sur 120 km (NEC 1996)Principe physique du multiplexage/dmultiplexage:Lutilisation simple de prismes permet le multiplexage et le dmultiplexage.Lavantage de cette technique est quelle est entirement optique, elle sera donc moinscoteuse dployer dans une architecture tout optique (PON) qui ce dveloppe de plusen plus (voir architecture des rseaux DWDM chez Cisco).Voici un autre exemple plus complet :Figure 5 Mux/Demux optique (source Cisco)Dans le prisme chaque longueur donde a son propre chemin optique, elles nesuperposent plus ensoriteduprisme. Ensortieduprismeunsystmedelentillesredirigent chaque longueurs donde vers le cur de chaque fibres optiques.Remarque : Aujourdhui les recherches sorientent vers du tout optique afin de rduire au minimumles cots et de maintenir une chane de transmission cohrente et homogne.Les MUX/DEMUX optiques existent aujourdhui et sont couramment rpondus.Dans cette partie nous allons utiliser les termes :Rpteur, lorsque lon r amplifie et lon reforme le signal lumineux. En gnral cest unappareil lectronique/optique.Amplificateur,lorsquon r amplifie simplementle signal sur la ligne de transmission.Typiquement une fibre dope lerbium ralise cette opration.Ralit conomique (source CISCO/DWDM), la motivation :Lexplosion de la demande de bande passante dans les rseaux est due laugmentationdu trafic data, plus prcisment IP.31Ensemble de PrismesLa technologie SDH / SONETAux USA, les providers rapportent que leurs BP double tous les 6 9 mois. Ce quicorrespond laugmentation de 300% lan du traficInternet quand en mme temps letrafic voix ne progresse que de 15%.Figure 6 - Projection des trafics aux US (Cisco)Pendant que le trafic augmente, les rseaux eux se complexifient. En effet on trouve surles backbones du trafic TDM(voix, fax , etc..), des paquets (IP) ou encore des cellulesATM/FR.EnplusontrouveaujourdhuiunefortedemandepourdelaVoIP/ToIP,dustreaming vido et les SANs (Storage Area Networks).IV.1Principe du WDM/DWDMIV.1.1Rappel gnral sur les rseauxLa premire gnration de rseaux est base sur les technologies cuivre et micro-ondescomme par exemple : Ethernet, satellites, etc..La seconde gnration de rseaux est base sur les liens cuivre et micro-ondes mixsavec de la fibre optique. Ces rseaux sont htrognes lectriques/optiques, en effet leswitching et le routage seffectue dans le domaine lectrique et les transmissions sur lafibre. SONET/SDH est un rseau de cette gnration.La troisime gnration de rseaux est le WDM. En WDM nous verrons par la suite lacommunication seffectue de bout en bout en optique ce qui a lavantage immdiat derduirelescots (court/longterme) et la maintenancemais aussidesupporterdesdbits plus importants.IV.1.2Les principaux composants optiques existantLes OXC (Optical Cross Connect)Les S/DWR (Static/Dynamic Wavelength Router)Les ADM (Add/Drop Multiplex)32La technologie SDH / SONETLes Coupler (Coupleurs)Je tiens prvenir le lecteur que jai utilis ses termes en fonction des connaissancesque jai pu acqurir durant mes recherches. Ces termes sont souvent employs de faonambigu dans la littrature et chez les constructeurs, il ne faut donc pas sattarder surleursdnominationsmaisbiensur leursfonctionsdansunrseauoptique.Letermegnrique OXE (Optical eXchange Equipement) permet de les dsigner indiffremment.IV.1.2.1CouplerLe principe des ces appareils est de diviser (splitter) la lumire arrivant dune source enplusieurs sources qui seront re diriges dans des fibres optiques.Ce type dappareil est trs simple raliser techniquement et est entirement optique.Linconvnient cest que lintensit lumineuse sortante est elle mme diminue de 3 dB(cest dire divise de moiti).On utilise en gnral un coupleur toilepassif (passive starcoupler) dans les rseauxWDM.Un coupleur NxN est plac au centre du rseau, les terminaux (end-node) sont relis une entre pour mettre des informations et une sortie du coupleur pour recevoir lesinformations des autres terminaux.Ce type dappareil est principalement utilis pour les rseaux dits: BSN que nousverrons plus loin.Exemple de star coupler : Exemple dun coupleur simple : 33NxN-2-3-4-1-2-3-4-1-3-4-2-1-4-2-3-1La technologie SDH / SONETExemple dun Tree/Star coupler : IV.1.2.2ADMLADM est un appareil avec un port dentre, de sortie, dajout et de retrait. Le principedes ADMs est de re-router une ou plusieurs longueurs donde du port dentre vers le portde retrait. On peut ajouter des signaux la sortie de lADMpar lintermdiaire du portdajout.Les ADMs peuvent tre re-configurable (dynamic) et sont en gnral tout optique.Un exemple dADM dynamique : AOTF (Acoustooptic Tunable Filter) dont le principe estexpliqu par le schma suivant :123123132NarrowbandPolarizationConverterPolarizingBeamSplitterPolarizingBeamSplitterCes appareils sont la base des routeurs en longueur donde.Voici quoi peut ressembler un ADM :IV.1.2.3S/DWR34La technologie SDH / SONETLe principe est de changer de longueur donde lorsquon change de rseau.Il existe 2 types darchitectures de WR :- Static Wavelength Router- Dynamic Wavelength RouterLe Static WR: On utilise une matrice de routage en longueur donde entre N entres et N sorties avecN . Un exemple de SWR : Le WGR : Waveguide Grating Router.Le WGR est compos de 2 stars coupler interconnects suivant un tableau discordant quirpartissent les longueurs donde dans diffrents guides dondes.Lintrt dun tel routage cest qui peut tre fabriqu sur un chip bas cot.Le Dynamic WR : Le DWR peut quant lui router un signal du port dentr (une longueur donde) versnimporte quel port de sortie indpendamment des autres signaux de nimportes quelleslongueurs donde sur le mme port.LeprincipeduDWRcestlacombinaisonde : DEMUX+SWITCH+MUXavecswitchparamtrable : 3x3 switch 3x3 switch 1 1 1 1 1 1 2 2 22 2 2 1-2 1-2 1-2 1-2 1-2 1-2 IV.1.2.4OXCOn commande le basculement des transmissions, cela peut servir par exemple pour fairedu full/half duplexcommander pouroptimiserles dbitsen cas deproblmesur unefibre.Principe: On commande la commutation ou non du signal sur une autre fibre optique. Cest un peule principe de changement de rails pour un train.Ce type de cross connect est le composant le plus facile et le moins cher fabriquer, ilest la base des switchs.35La technologie SDH / SONETUn cross connect nest cependant pas un Wavelength Router car il ne peut pas distinguerde diffrences entre des longueurs donde sur un mme port dentr.Voici un exemple dutilisation dOXC : OpticalCrossConnect(OXC)wavelengthconverterIci lOXC est utilis pour convertir des longueurs donde, il peut donc servir raliser unSWR.Remarque : Nous avons vu que tous les composants de base des rseaux WDM sont o peuvent tredes composants100%optiques, celasignifiequil est possiblededvelopperdesrseaux WDM bas prix.LADMpermet tout moment dajouter ou denlever dessurla fibre optique. Il enexiste principalement deux sortes : Les Fixed WADM et les Reconfigurable WADM.LOXC (Optical Cross Connect) est une technique de switching qui permet aux longueursdondedallerdansnimportesquellesfibresoptiquesenfonction dubesoinet de laconfigurationde lOXC. Ces appareils ont la possibilit dtremanags (SNMP) etprogrammables.IV.2Larchitecture en WDMVoici un schma refltant le principe du D/WDM :G signifie lamplificateur fibre optique dope lerbium.Lien classique multi-canaux, utilisation dune liaison Point Point.Nous avons dj rencontr tous les lments constituants ce type darchitecture.IV.2.1Architecture Passive Optical Network (PON ) 36MUX G DEMUXEDFAF.O.La technologie SDH / SONETUn lienbidirectionnelesttablientreleserveuretlesusagers(ONU :OpticalNetwork Unit). Ce type darchitecture pourrait tre celui des futurs providers Internetpar exemple.Lavantage cest davoir une architecture tout optique, ce qui est la fois soninconvnient car il faut pouvoir garantir une dure de vie relativement importante pourun dveloppement grande chelle.IV.2.2Architecture Broadcast-Selected Network (BSN)12N12N12N1N1N1NTransmitters Combiner(s)/Splitter(s) ReceiversCe type darchitecture est base sur des composants optiques simples. Larchitecture estcompltement ralise par des mirroirs, lentilles, etc Voici un exemple darchitecture physique/logique de BSN : star coupler 1 3 24 57 23 67 13 0245 4601 0 1 2 3 4 1 2 1 4 5 2 3 6 7 Cette architecture est en plus multi-hop cest dire quon ne communique pasdirectement surlammelongueurdonde.Cestuncasassezparticulier dutilisationdun BSN, on prfrera en effet un single-hop qui correspond larchitecture physique.Cela montre cependant que toutes les configurations possibles de rseaux sontenvisageables.37DEMUXEntreprises/UniversitsLa technologie SDH / SONETCe type darchitecture petmet davoir des connections de type :- One to one- One to many- One to allLavantage de cette technologie est quelle permet les broadcast, multicast ce qui esttoujours dactualit dans les rseaux (application partage, visioconfrence, etc).Elle est tout optique ce qui implique que le rseau sera plus robuste (exception de fibrescasss/coupes). Architecturetrs simplemanager, eneffet seul lesequipementsterminaux sont monitorer.Linconvnient cest quelle est limite au nombre de sous porteuses WDM, de plus lefait mme de broadcaster use le support et oblige dutiliser des termianuxplusperformants.Cetypedarchitecturenestdoncsouhaitablequedans desrseauxDWDMdansunenvironnement LAN/MAN.Dans une architecture BSN tous les types de topologies sont possibles, en effet avec descoupleurs passifs en toile ont peut raliser des topologies Bus, toiles et anneaux.Pour raliser cela on utilise le mme principe de port dentre (pour le broadcast) et leport de sortie (pour lmission). On saperoit alors que la topologie nintervient dans lesrseaux BSN.IV.2.3Architecture Wavelength Routing Network (WRN)213412end-nodewavelengthrouterDans cette architecture on cherche optimiser les longueurs donde.Pour cela on construit de petits rseaux nutilisant quun certain nombres de uniques.Les routeurs de bordure sont chargs de convertir les entre chaque rseaux pour viterlesconflits(onparledactiveshifting).Lintrttantdepouvoircrer unegrandeconnectivit et de r utiliser les ce qui permet de construire de grands rseaux.Les routeurs en longueur donde sont tout optique eux aussi.38Problme dassignationLa technologie SDH / SONETNous voyons sur le schma que le routage en longueur donde oblige les routeurs crerdes tables de routages enlongueurs donde pour dcaler (basculer) ces dernireslorsquun conflit risque de ce produire. Deux techniques sont envisager :- Assignation statique (Matrice de routage)- Assignation dynamique (Routeur reconfigurable)Les diffrents composants constituants ces types de rseaux sont le S/DWR et les ADM.IV.3La topologie rseauLa topologie physique peut tre de la forme :Bus, Anneau, Etoile et Maill.Cela dit la topologie usuelle notre poque des rseaux D/WDM est en anneau.Avant lapparition des fibres EDFAs la topologie toile tait la plus couramment utilise.Nous avons vu que certaines topologies taient lies ou pas aux composants lesconstituants, ltude des topologies na donc pas dintrt particulier tre dtaill.Petit complment sur le vocabulaire : Il existe deux visions pour faire circuler linformation sur le support physique : Single-Hopet Multi-Hop.En single-hop : Aucune conversion optolectronique nest faite, les donnes traversent lerseau directement de la source au destinataire. Les BSNs sont en gnral des rseauxsingle-hop.Enmulti-hop : Onutiliseunpetitnombredequi sontcommuts,soitenlongueurdonde, soitenfibreoptiqueouenconversiondelongueurdonde.Leschangentlorsquelles traversent un host (hop). Il ny a plus de communication directe. Les WRNssont des rseaux multi-hop.Il est cependant possible de trouver des BSNs en multi-hop et des WRNs en simple-hopbienquecelasoit plus improbabledusimplefait deleurs architectures physiquespropres.IV.4Les liaisons usuelles du DWDMIV.4.1Liaison point point : Utilisation type : SAN, Data Center, Backup, etcConception simple.39A BFibre OptiqueLa technologie SDH / SONETCesrseauxpermettentdavoirdesdbitstrsimportants(>40Gbit/s)surdetrsgrandes distances (quelques centaines de kilomtres) avec une possibilit de restaurationde fonctionnement trs rapide.Lenombredamplificateuroptiquepeuttrerduit moinsde10, cequi rduiradautant les cots de dploiement.La protection/scurisation de la ligne en P to P est en gnral assur par une paire defibre :- Une fibre par sens de communication- Une fibre de secours par sens de communicationDe plus pour assurer une plus grande fiabilit on peut utiliser un ADM sur le lien pour re-router les paquets si un quipement terminal venait tomber en panne :Figure 7 - PtoP + ADM Source (Cisco)IV.4.2Liaison multipoint en anneau2 variantes existent : toile sur anneau et maill sur anneauLes flches rouges et bleus reprsentent larchitectureMaille sur anneau.Exemple dutilisations :toile maill40Sortie: Gbit/sSortie: Gbit/sSortie: Gbit/sPaire de fibreLa technologie SDH / SONETRaccordement declients sur siteprincipalTransport de flux (ToIP,VoIP)Stockage centralis Trafic : any to anyProtection en WDM/Anneau : On peut utiliser 2 o 4 paires de fibres en fonction du niveau de scurisation des liens.Explications :Figure 8 - UPSR/ BLSR (Source Cisco)UPSR BLSRMAN WANProtection ddi Protection partagEn UPSR (Unidirectional Path Switched Ring) (2 fibres par anneau) une fibre est utilisepour un sens de communication. Si une fibre casse on peut toujours communiquer avecson correspondant en utilisant le sens inverse normal de communication (RX au lieu deTX), ce qui offre une redondance limite.En BLSR (Bidirectional Line Switched Ring) (4 fibres par anneau) si une fibre casse, on neva pas surcharger toute la fibre mais seulement une partie ce qui va limiterlengorgementdutrafic, cequi peutjouerconsidrablementsi plusieursrseauxenanneaux sont interconnects.Ce type darchitectureest utilis dans les backbones SDH/SONET pour offrir unecomplte redondance.IV.5Evolution du WDMIl existe dautres volutions possibles du WDM en cours de dveloppement comme :Loptique sans fil (OW : Optical Wireless)SolitonsOW Principe : Benot Champy, Alexandre le-Faucheur 41GRcepteurEDFA-AmplificateurTlescope TlescopeLa technologie SDH / SONETSolitons : (Exemple la socit: algety en France)Lide est de maintenir la forme dune impulsion tout au long de sa propagation dans lafibre (donc de lutter au maximum contre la PMD).Rappel : v=c / n, n lindice du milieu et n varie daprs leffet Kerr optique : n = n0 +n2.I2.Oncherchecompenser les effets dedispersions chromatiques delafibrepar lecoefficient n2 (non linaire) pour maintenir la linarit de lindice du milieu.Une certaine forme dintensit lumineuse permet de faire voluer le coefficient n2 de telsorte garder lindice n constant.Linconvnient du soliton cest que le signal doit tre amplifi priodiquement (les fibresEDFAs suffisent ?).En revanche pour les systmes WDM il convient car le signal peut tre amplifi plusieursfois parce que peu dform par la fibre.Soliton devrait permettre de garantir de bon dbit sur de longues distances IV.6Les dbits actuels en DWDMOn trouve souvent dans la littrature la notion de bande :Bande C : 1525 - 1565 qmSous bande C Bleu : 1525 1545 qmSous Bande C Rouge : 1545 1565 qmBande L : 1570 1620 qmSous Bande L Bleu : 1560 1585 qmSous Bande L Rouge : 1585 1620 qmA lheure actuelle on arrive faire passer jusqu' 160 canaux par bande avec unespacement de 25 GHz. LUIT-T dfinie des espacements jusqu' 12,5 GHz de large, cequi signifie que lon peut esprer avoir jusqu' 320 canaux si bien sr la technologie lepermet (cela fait quand mme un joli petit LAN).10 Gbit/s x 320 = 3200 Gbit/s, Oui le DWDM a un avenir certain ! Surtout lorsque lon saitque la technologie utilise est entirement optique donc terme faible cot.Techniquement on peut trouver sur de grandes distances, cest dire avec une partier-amplifie, des dbits allant jusqu' 100 Gbit/s sur 100 km (40 canaux => 100 GHz).Les dbits sont importants, trs important et aujourdhui on est encore loin datteindrela limite de bande passanteque ce support peut offrir. Parler de dbit en WDM na pasdintrtensoitcarplusieurscombinaisonssontpossiblesetdetouteslesfaonsonnutilise pas le support au maximum de sa capacit.Cest pour cela que les quipementiers offrent des quipements tlcoms de 2,5 10Gbit/s, afin de crer/anticiper la demande de bande passante pour les grands comptes etfavoriser ainsi le dveloppement darchitectures MAN par exemple : Ethernet 10 Gbit/s,pour encourager et soutenir linvestissement qui obligera ainsi les oprateursmoderniser leurs rseaux backbones nationaux / internationaux.Remarque : En DWM, le 2,5 Gbit/s est lunit de base des dbits possibles.Ainsi WDM-16 canaux = 16 x 2,5 Gbit/s.42LaserEDFA-AmplificateurTlescope TlescopeLa technologie SDH / SONETlUIT-T prconise un TEB/BER de 10-12au minimum, certains constructeurs garantissentjusqu 10-14.- Ethernet/cble => 10-9 : 100 Mbit/s => 10 sec x 100 M = 109 => 1 erreur bit / 10 sec.- WDM 10-12 => 100 Gbit/s => 10 sec x 100 G= 1012 => 1 erreur bit / 10 sec.Donc bien videmment les lignes deviennent plus sres et lon comprend pourquoi onlaisse une couche rseau suprieure le soin de dtecter, voir, corriger une erreur debit.IV.7Conclusion D/WDMJe nai pas parl de la technologie OPS (Optical Packet Switching) qui est dveloppe enEurope qui permet de faire du switching dynamiqueen longueur dondeavec re-synchronisation. Je laisse le soin au lecteur de dcouvrir et de se renseigner sur cettetechnologie.Je nai pas parl non plus du Coarse WDM (CWDM) qui nest que du WDM simplifi ce quine change en rien les architectures que nous avons vues prcdemment.Nous avons appris quels sont les principaux types dappareils utiliss de nos jours dansune architecture WDM, on aura retenu quil est prfrable dutiliser des appareils toutoptique des appareils Optolectroniques, pour des questions de cots et de mise enuvre.Ces principaux appareils sont :- Les OXC (Optical Cross Connect)- Les S/DWR (Static/Dynamic Wavelength Router)- Les ADM (Add/Drop Multiplex)- Les Coupler (Coupleurs)On aura remarqu quen WDM toutes les architectures physiques et de liaisons sontpossibles mais cependant les constructeurs ont adopt une topologie physique en anneauqui correspondbienauxrseauxMAN, laliaisonquand elledpenddes besoinsspcifiques de lutilisateur (ex : SAN, point point, etc.).Enfin nous avons constat que les dbits en WDM ne cessent continuellementdaugmentercequi signifiequecettetechnologieestencoreloindavoiratteintseslimites lies sont support physique quest la fibre optique.Le WDM est donc la seule technologie capable de fournir du trs haut dbit sur desdistances importantes. Les ordres de grandeurs sont de quelques dizaines de Gbit/s surquelques centaines de kilomtres.Le constructeur Ciscooffre des services pour des rseaux MAN/LANbass sur latechnologie D/WDM. Ces solutions sappellent-le : metro WDM, dont larchitecturegnrale est donne sur la figure suivante :43La technologie SDH / SONETFigure 9 - L'avenir le Metro WDM (Cisco)Le metro WDM la nouvelle gnration de rseaux optiques trs haut dbit de chez Ciscosrie ONS-1500.Le metro WDM devrait permettre davoir des dbits allant jusqu' : 40 Gbit/s sur 100 km,on parle alors de long-haul DWDM.Des tudes sont menes pour offrir le mme dbit sur des distances suprieures 100km, on parlera alors de Ultra-long-haul DWM.Pour plus dinformation allez sur le site :http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/mels/cm1500/44La technologie SDH / SONETV LARCHITECTURE SDH/SONETAvant de commencer ltude des architectures SDH & SONETnous allons faire undans un premier temps un petit rappel historique sur les motivations et les besoinsdune architecture synchrone.Dans un deuxime temps nous allons exposer la hirarchie SDH dans son ensemble,car bien trop complexe pour tre dtaill dans ce rapport.Nous terminerons sur les diffrences entre SDH et SONET.V.1Historique et PrsentationV.1.1SDH La motivationVoici les besoins les importants qui ont motiv le dveloppement de SDH :Un systme de multiplexage flexible permettant une grande facilit de rorganiserlinformation (ou train dinformations) avec la possibilit par exemple de transport destrains dbits variables.Un systme permettant dinsrer/extraire des affluents, rorganiser le multiplex sanseffectuer lensemble des oprations de MUX/DEMUX (comme PDH) tout en transportantplusieurs trames diffrentes comme ATM.Un systme permettant la gestion, le contrle et la maintenance de ses quipementstout en garantissant des dbits importants.Unsystmeinter oprabledonc unenormalisationcomplteet internationale.SDHnormalise une famille dinterfaces de lignes optiques qui permettent cetteinteroprabilit). Cetteinterconnexiondesystmesncessitelanormalisationdelatrame, des paramtres optiques et des rgles dexploitation de rseaux.A la fin des annes 80 (1988) la hirarchie numrique synchrone (SDH) ft dveloppedanslebutdunifierlesstructuresrseauxmondiales,doncderduirelescoupsdemanagement des rseaux et dliminer les inconvnients de la hirarchie PDH.SDH est construit sur les niveaux 1 et 2 du modle OSI.45La technologie SDH / SONETNous verrons par la suite que la couche 1 est voisine des architectures WDM dcrit dansle chapitre prcdemment pour une architecture optique videmment, dans a versionactuelle SDH ne spcifie pas lutilisation de DWDM.Dans ce chapitre seule larchitecture physique optique est considrer (bien que SDHspcifie aussi bien des interfaces optiques et lectrique).La couche 2 gre tout le multiplexage et le contrle de ligne (les alarmes).Rappel des dbits binaires de la hirarchie numrique synchrone (SDH) :niveau de la hirarchienumrique synchronedbit binairehirarchique (kbit/s)1 155 5204 622 08016 2 488 32064 9 953 280V.1.2PDH vers SDHSurlesitewebdeGartnerDataquest,ontrouveunclassementdesquipementsenfonction de leur gnration :- 1G : hirarchie numrique plsiochrone et quipements asynchrones.- 2G : hirarchienumrique synchrone/ synchronous optical network (SONET),D/WDM et DXC (Digital Cross Connect).- 3G : Equipement optique optimis pour les rseaux datas, SDH nouvelle gnration,optical switches et le metro WDM.Remarque : Le DXC est un quipement optolectronique qui soccupe de faire changer de longueurdonde un signal optique. Cest lquivalent un OXC en optolectronique.Il existe actuellement dans le monde 3 rseaux optiques hauts dbits synchrones.Il y a le SDHdfinie par lETSI : SDH (ETSI), le SDH propre au japon : SDH (Japon) et leSONET (Amrique du nord).Les diffrents dbits de la 1G sont indiqus sur la figure suivante :46La technologie SDH / SONETLa 3G quand a elle dfini des dbits allant jusqu' 40 Gbit/s.SONET SDH (ETSI japon)OC-3 (155 Mbps) STM-1 (155 Mbps)OC-12 (622 Mbps) STM-4 (622 Mbps)OC-48 (2.5 Gbps) STM-16 (2.5 Gbps)OC-192 (10 Gbps) STM-64 (10 Gbps)OC-768 (40 Gbps) STM-256 (40 Gbps)On remarque quen PDH le canal de base est de 64 kbit/s (1 octet / 125 s), cela vientdufaitquelesoprateursnationauxavaientutilislamodulationPCM(8000Hz*8bit/s/Echantillons) pour encoder la voix sur leurs rseaux de transports.La hirarchie PDH consiste en un multiplexage de base de canaux de 64 kbit/s.En Europe le nombre de canaux multiplex est de 32 (30 utiles) contre 24 en Amrique duNord et au Japon.Ce premier multiplexage sappelle le multiplex de base.Le problme du PDH cest larchitecture de multiplexage successif des multiplex quioblige lquipement d multiplexer extraire/rajouter un canal puis re multiplexer letout pour lenvoyer sur le rseau de transport.De tel quipement cote cher et la demande des utilisateurs tant tourne de plus enplus vers le monde entier et la data, alors la non compatibilit des quipements entranedes cots supplmentairesauxoprateursqui doivent trerduit aumaximumcarinutile.47397200 kbit/s97728 kbit/s32064 kbit/s 44736 kbit/s274176 kbit/s564992 kbit/s139264 kbit/s34368 kbit/s6312 kbit/s1544 kbit/s8448 kbit/s2048 kbit/s64 kbit/sx4x4x4x4x4x4x6x7x30x24x3x5La technologie SDH / SONET Epita Telecom 2004Le besoin en bande passante tant croissant surtout en Europe avec louverture desmarchs de lEst, mais aussi la Chine et les autres pays mergeant, il a fallu que lUIT-Tstandardise un certain nombre de procds pour viter que lerreur commise sur le PDHce reproduise.Pour cela lUIT-T standardis plusieurs systmes :SDHSONETComme le standard nord amricain est le plus ancien, les deux ne sont pas pleinementcompatible mais en revanche, cette fois on peut plus facilement les interconnecter.En effet le dbit de base est de 51,84 Mbit/s pour SONET (STS/OC-1) alors quil est de155,520 Mbit/s pour SDH (STM-1).Ce problme est facilement r solvable car leurs dbits sont multiples de 2 les uns parrapport aux autres.V.2SDHNous allons expliquer comment fonctionne la Hirarchie Numrique Synchrone (SDH) enexpliquant sparment les parties quil la compose.Pour cela nous allons rsumer les principales avis de lUIT-T, qui sont :- G.703 : Jonctions Numriques.- G.707 : Interface de nud pour SDH.- G.783 : Les blocs fonctionnels des quipements de SDH.- G.803 : Architecture des rseaux de transport.- G.957 : Interfaces optiques pour les quipements relatifs SDH.- G.958 : Systmes de la ligne numrique fonds sur SDH.Nous allonscommencer parexpliquerla structure du multiplexagede SDH daprs lesrecommandations de lUIT-T.Jetiensinformerlelecteurquecertainespartiesdecechapitresontdirectementprises des recommandations :- G.707 pour la hirarchie des multiplexages.- G.803 pour la hirarchie synchrone.Avant de commencer lexpos je voudrais attirer lattention du lecteur sur un point trsimportant :Les tramessynchroneshauts dbitssont construites par multiplexagesynchronedelentitdebase.Cetteentitdebasedfinitimplicitementtouteslestrameshautsdbits,lalimitationnestplusquetechnologique.Cettepropritestaucurdelahirarchie SDH.Cest pour cela que nous allons dans un premier temps tudier le multiplexage puis dansundeuxime temps nous allonsvoircomment estorganisleschangesdhorlogequigarantissent le haut dbit.48La technologie SDH / SONET Epita Telecom 2004V.2.1La structure DU MULTIPLEXAGE SYNCHRONET1517950-95 1 N 3 3 1 1 3 4 7 7STM-N AUGAU-4 VC-4AU-3 VC-3C-4C-3C-2C-12C-11VC-3VC-2VC-12VC-11TU-3TU-2TU-12TU-11TUG-2TUG-3139 264 kbit/s(Voir la Note)6312 kbit/s(Voir la Note)2048 kbit/s(Voir la Note)44 736 kbit/s34 368 kbit/s(Voir la Note)C-n conteneur de niveau nmultiplexagealignementtraitement de pointeurmappage

1544 kbit/s(Voir la Note) NOTE - Cette figure indique les affluents dcrits dans la Recommandation G.702 associs aux conteneurs C- x. Il est galement possible de traiter d'autres signaux, tels que ceux en mode ATM (voir 10.2).Figure 10 - Le multiplexage SDH (UIT-T G.707)Le schma ntant pas explicite nous allons ajouter un exemple dutilisation et dcrirele principe de la hirarchie synchrone :49La technologie SDH / SONETT1517970-95VC-1TU-1TUG-2VC-3AU-3AUGSTM-Nconteneur-1VC-1 POH conteneur-1VC-1VC-1 VC-1TU-1 PTRTU-1 PTR TU-1 PTRTUG-2 TUG-2VC-3 POHVC-3SOH AUG AUGassociation logiqueassociation physiqueAU-3 PTRAU-3 PTR AU-3 PTR VC-3VC-3NOTE - Les zones non ombres sont en phase. La mise en phase entre zones non ombres et zones ombres est dfinie par le pointeur (PTR) et indique par la flche.Figure 11 - Exemple de multiplex (UIT-T)Nous allons maintenant expliquer le droulement de lopration de multiplexage :1) Leconteneur:correspondsimplementauxdonnestransmettre.Leconteneurmappe les donnes selon un format bien prcis.NB : Il peut contenir des trames PDH o ATM par exemple.2) le conteneur virtuel (VC):un header est rajout au conteneur dorigine. Ce headerporte le nom de POH et il va permettre dassurer la continuit du dbit en ajoutant unsur dbit en fonction du conteneur prcdent. Le conteneur virtuel effectue unalignement des conteneurs.Une fois que ce traitement effectu le nouveau paquet ce dirige vers lunit affluente(TU).3) Lunit affluente (TU):Ce charge de synchroniser le VC avec les quipements SDH etde multiplexer les VCs ensembles, cela ce traduit par le rajout dunpointeur pour lasynchronisation. Ce pointeur indique lemplacement du VC dans la trame considre.NB : Dans notre exemple, on multiplexe 4 TUs.50La technologie SDH / SONETLorsquon a plusieurs donnes transmettre les TUs peuvent tre multiplexs dans ungroupe, ce groupe sappelle : un groupe dunit affluente (TUG).4) Le TUG:A pour rle de multiplexer des TUs de niveaux diffrents dans la hirarchiesynchrone. Les pointeurs rajouts sur lunit affluente (TU-PTR) permettront deretrouver linformation (TU) dans un TUG.NB : Sur lexemple on ne voit pas lintrt du TUG car on ne multiplexe quon seul canal,le C-11. En effet le TUG-2 a la possibilit de multiplexer :- 4xTU-11- 3xTU-12- 1xTU-2A ce moment nos informations sont donc dans un multiplex. Les informations doriginesne sont plus en phase avec la source car il faut grer les POHs des VC infrieurs. Pourcela nosgroupes dunits affluentes vontde nouveautre ralignsparun conteneurvirtuel en suivant le mme principe que dcrit prcdemment.A partir de ce niveau de la hirarchie les quipements sont dits de niveau : suprieur et auront donc des proprits spcifiques. Inversement les quipements prcdemmentcits sont dits : infrieur .NB : le TUG-3 est de niveau suprieur et a la possibilit de multiplexer :- 7xTUG-2- 1xTU-35)LeVC-3 dordresuprieur: il estchargdemultiplexerdesTUG-2oubien(ouexclusif) des C-3. Il va donc contenir lui aussi un header POH. ce niveau dans la hirarchie on peut ajouter des conteneurs (C) plus important commepar exemple le C-3.Le nouveau multiplex qui va tre ainsi cr ne sera pas synchronis comme les Tus, doncon le transmet un niveau encore suprieur de la hirarchie pour former un nouveaugroupe. Ce nouveau groupe spcial sappelle : lunit administrative (AU).6) lunit administrative (AU):Le but de cette unit est de synchroniser (AU3-PTR) etmultiplexer le flux venant du VC (dans notre cas le VC-3) et de prparer la formation duSTM de sortie (pour crer le SOH).NB : lAU-3 multiplexe 3xVC-3. lAU-4 multiplexe 1xVC-4.Acestadedelahirarchiedeuxpossibilitssontpossibleset dpendentdugroupedunit administrative.7) groupe dunit administrative (AUG ) : Ce groupe est constitu de faon homogne deNxAU-4 ou de NxAU-3. Le but de ce groupe est de crer le STM-N avec un header SOHassoci.LeSOHestunheaderdesurdbitpourlasection(enrapportlacoucheliaison).Le STM de niveau 1 (STM-1) a un dbit de : 155520 kbit/s.Le STM de niveau 16 (STM-16) a un dbit de : 2488320 kbit/s.51La technologie SDH / SONETLe principe pour tous les tages est le mme :On prend ce qui existe un tage n-1, on le met en forme (mappage), on le multiplexeet on le synchronise ltage n que lon transmet ltage n+1 et cela ainsi de suite.On aura remarqu que les dbits des conteneurs C-11 C-12 et C-2 sont diffrents et nesont pas multiples entre eux. Les multiplex sortant des TUs et AUs ne peuvent pas avoirdes dbits dinformations identiques continuellement. On utilise alors du bourrage pourcombler la diffrence.Cest pour cela quun pointeur est ncessaire pour retrouver les informations dans unmultiplex.Cette hirarchie pose le problme du dbit qui varie de plus ou moins Y bit/s par rapportau dbit nominal X bit/s du signal entrant. Or une trame de transport a un dbit fixe,cest pourcelaquelonutilise une opration qui permet detransporter un signaldedbit variable dans une trame de dbit fixe, cette opration sappelle lalignement (onparle alors dalignement positif, ngatif ou nul).Il suffit pour cela de prvoir dans la trame de transport une place alloue chacun desaffluentssuffisantepourpermettredetransporterleursplusgrandsdbitspossibles.Grce des dbits de remplissage (bourrage) on obtient le dbit dsir.Voici une figure permettant de visualiser la forme des STMs et de ses composants tels queles VCs.X X X XT1518020-95. . . .. . . .. . . .VC-4VC-3VC-nVC-nn = 1, 2, 3n = 1, 2. . . .. . . .. . . .a)module STM-1 avec une unit AU-4a)contenant des units TU-nXoAU-nTU-npointeur d'unit AU-npointeur d'unit TU-npointeur d'AU-n + VC-n (voir l'article 8)pointeur de TU-n + VC-n (voir l'article 8)b)module STM-1 avec trois AU-3a)contenant des units TU-nFigure 12 - headers STM / SOH (UIT-T)La trame au dernier plan est la trame STM-1 qui contient comme nous le savons dj soitdes 3 units AU-3 soit 1 unit AU-4 (Les x reprsentantes les 2 cas possibles).V.2.2Larchitecture du rseau SYNCHRONE52La technologie SDH / SONETJe tiens prciser que les figures et le texte ci-dessous sont repris de la recommandationUIT-T G.803.Larchitecture du rseau synchrone me paraissant un aspect fondamental dans lahirarchie SDH je me suis permis de la prsenter telle quelle est spcifie par lUIT-T.Un rseau de transport hirarchie SDH peut tre dcompos en un certain nombre derseaux en couches de transport indpendants avec une association client/serveur entrerseaux stratifis adjacents. Chaque rseau stratifi peut tre subdivis sparment afinde reflter la structure interne de ce rseau stratifi ou la faon dont il sera gr. Lastructure des rseaux en couches hirarchie SDH ainsi que les fonctions d'adaptationsont reprsentesdanslaFiguresuivante.Pour les besoinsdeladescriptiondelahirarchie SDH, la fonction d'adaptation inter couche est dsigne en fonction du rseaude couches serveuses. L'ensemble de transport de la Recommandation G.805 est appel"couche".Nous voyons sur le schma suivant la dcomposition fonctionnelle de SDH en couches quipeut tre traduit en une dcomposition ISO.La couche physique & rgnration SDH = Niveau 1La couche multiplexage & conduit = Niveau 253La technologie SDH / SONETT1308670-96chemin LOPLOP NCchemin HOPHOP NCchemin MSMS NCchemin RSRS NCsourceLOPALOP APsource LOPTLOP TCPsource HOPAHOP APsourceHOPTHOP TCPsourceMSAMS APsourceMSTMS TCPsourceRSARS APsourceRSTRS TCPcollecteur LOPALOP APcollecteurLOPTLOP TCPHOP APHOP TCPMS APMS TCPRS APRS TCPcollecteurHOPAcollecteurHOPTcollecteurMSAcollecteurMSTcollecteurRSAcollecteurRSTAP Point d'accsHOPAAdaptation de conduit d'ordre suprieurHOPTTerminaison du conduit d'ordre suprieurLOPAAdaptation de conduit d'ordre infrieurLOPTTerminaison de conduit d'ordre infrieurMSAAdaptation de section de multiplexageMSTTerminaison de section de multiplexageNCConnexion de rseauRSAAdaptation de section de rgnrationRSTTerminaison de section de rgnrationTCPPoint de connexion de terminaisonFigure 13 - Couches SDH (UIT-T)54La technologie SDH / SONETLorsqu'elle prend en charge de multiples clients, la fonction d'adaptation est groupeavec le rseau de couches serveuses. La Figure suivante reprsente le cas d'une coucheserveuse de conduits d'ordre suprieur (HOP) d'un conteneur virtuel de niveau 4 prenantenchargedes rseaux decouches clientes deconduits d'ordreinfrieur (LOP) deconteneursvirtuelsdeniveaux12,2et3. LaFiguresuivantefournitdeplusamplesdtails sur la structure interne de la fonction d'adaptation inter couche HOP pour montrerle groupement de trois units d'affluents TU-12 dans un groupe TUG-2 et sept groupesTUG-2 dans un groupe TUG-3 pour reflter la structure de multiplexage SDH dfinie dansla Recommandation G.707. On notera que le groupe d'units d'affluents dcrituniquement le groupement et ne modifie pas le format du signal.T1308680-96VC-12APVC-12VC-12TCPVC-2APVC-2VC-2TCPVC-3APVC-3VC-3TCPTU-12 TU-2 TU-3TUG-2TUG-3HOPAVC-4APVC-4VC-4TCPcouche HOP**Ensemble de transport G.805Figure 14 - Principe fonctionnel d'un multiplexeur (UIT-T)55La technologie SDH / SONETLa gestion des horloges : L'architecture utilise en hirarchie SDH exige une traabilit du rythme de toutes leshorloges d'lments de rseau une horlogePRC(PRC,primary referenceclock)conformelaRecommandationG.811. Ondistingueraci-dessousdeuxcatgoriesderpartition de la synchronisation, selon qu'elle s'effectue l'intrieur des nudscontenant une horloge de niveau G.812 ou entre les nuds.L'architecture fonctionnelle des rseaux de synchronisation traite de la modlisation dutransfert des informations de rythme entre horloges de synchronisation hirarchises. Lestrois horloges dfinies dans les Recommandations G.811, G.812 et G.813 sontreprsentes comme des fonctions d'adaptation qui modifient la qualit des informationsde rythme en fonction de leur niveau de qualit.V.2.2.1Entre NudsEntre les nuds, la rpartition prsente une topologie arborescente et permet desynchroniser tous les nuds du rseau SDH. La relation hirarchique entre les horlogesest reprsente sur la figure suivante. Avec cette architecture, il est important, pour lebon fonctionnement du rseau de synchronisation, que les horloges de niveauhirarchiqueinfrieur n'acceptentqueles signauxdesynchronisationprovenantdeshorlogesdummeniveauouduniveauimmdiatementsuprieur; il fautgalementviter les boucles de synchronisation. Pour prserver cette relation, le rseaudedistribution doit tre conu de telle sorte que, mme en cas de dfaillance du systme,seules des rfrences valides d'ordre suprieur soient prsentes aux horlogeshirarchises.Benot Champy, Alexandre le-Faucheur 56La technologie SDH / SONETT1816900-92 G.811PRC G.812horlogede nud G.812horlogede nud G.812horlogede nud G.812horlogede nud G.812horlogede nud G.812horlogede nudPRChorloge de rfrence primaireFigure 15 - Horloge entre Noeuds (UIT-T)V.2.2.2A lintrieur des nudsA l'intrieur des nuds contenant une horloge de niveau G.812, la rpartition de lasynchronisation se fait selon une topologie logique en toile. Toutes les horlogesd'lmentdurseaurelevantd'unelimitedenudd'ordreinfrieurobtiennentleursynchronisation partir des horloges du niveau hirarchique le plus lev du nud enquestion.Seulel'horlogedeceniveaulepluslevprendsasynchronisationsurlesliaisons de synchronisation issues d'autres nuds. La synchronisation est rpartie partirdes lments de rseau situs l'intrieur de la limite considre vers les lments derseau situs au-del de cette limite, par l'intermdiaire du support de transmission SDH.La relation qui existe entre les horloges d'un nud est illustre la Figure ci-aprs.Benot Champy, Alexandre le-Faucheur 57La technologie SDH / SONETT1816890-92horloged'lment derseau enhirarchie SDHhorloge d'lment derseau enhirarchieSDHhorloge du nudhorloged'lment derseau enhirarchie SDHhorloged'lment derseau enhirarchie SDHliaison(s) desynchronisationdiffusion d'autreshorloges G.813extrieures au nuda)a)a)a)limitedu nuda)Rythme uniquementFigure 16 - Horloge inter-noeuds (UIT-T)Nous retiendrons donc que larchitecture est divise en deux parties :Entre les nuds : Horloge de mme niveau ou directement suprieur.Inter nuds : Horloge de rfrence redistribue.Comme les dbits utiles sont fluctuants de part larchitecture de multiplexage de SDH, ilest donc important de noter que les quipements SDH devront tre capables de buffriserles donnes.Deux cas de d synchronisme peuvent se produire.Si le dbit de laffluent est infrieur au dbit nominal, laffluant ne pourra tre inscritsur la dure dune trame. La capacit de la charge utile ne sera pas utilise en totalit etdes octets de bourrage seront insrs : justification positive.Si, au contraire, le dbit de laffluent est suprieur au dbit nominal, laffluent doitpouvoir dborder hors de la capacit utile, des octets sont rservs cet effet dans lessur dbits (justification ngative).Pour viter la perte de synchronisme d a une longue suite de 1 ou de 0 on utiliseun embrouilleursur la suite : 1111111 pour re synchroniser localement les horloges.Lentte SOH nest pas embrouill.V.2.3ASPECT physique / les headers de la STM58La technologie SDH / SONETPour mieuxapprhenderlaspect physiquedeSDH, nous allonsvoir les diffrentescouches protocolaires :RTC/RNIS (PDH) C-1/2/3VC-12 ATM IP C-4VC-4 VC-4Multiplexage TU-AURgnrationInterface Physique F.O.Les couches VCs et multiplexage nous connaissons dj leurs fonctionnements.La couche IP over SDH est une volution dfinie par des RFCs et qui serra dtaill plusloin dans ce rapport.La nouvelle gnration de SDH (SDH new generation) supportera nativement lEthernetpar des mcanismes qui seront dvelopps l encore plus loin dans le rapport.V.2.3.1Aspect physique (G.783 & G.707)Aspect physique dun rseau SDH : Figure 17 - Aspect Physique de SDH (Cisco)Nous verrons plus loinles headersassocis pour lagestiondes multiplexet delargnration du signal.Le R, signifie Rpteur, il est manag par les champs RSOH du SOH (donc de la trameSTM).LADM est manag par les champs MSOH du SOH.Ces deux appareils font la diffrence entre la couche physique et logique.Aspect topologique dun rseau SDH: 59La technologie SDH / SONETLes ADM/DXC ont des rles similaires quenWDM cest dire ajouter/soustrairedesflux.En WDMon ajoutait/soustrayait des longueurs donde, enSDH on ajoute/soustrait desmultiplex.Les ADM/DXC (DXC brasseurs et ADM MIE : Multiplexeur Insertion Extraction) sebasent sur les headers de la STM pour diriger et contrler le flux SDH. Cet quipementpourra donc extraire ou rajouter du flux sur un lien SDH.Un ADM/DXC vrifiera les MSOHs dans les trames STMs.Un Rgnrateur vrifiera les RSOH dans les trames STMs.UnRgnrateurestunquipementactifplacerentredeuxADM/DXC,il rgnrelesignal sur la ligne de transmission.La topologie en ANNEAU est la topologie la plus courante lheure actuelle, on peutcependant trouver en SDH des topologies BUS ou ETOILE dont leurs fonctionnements texpliqu dans le chapitre prcdent.Nous avons dj vu quil existe des systmes de protection avec la topologie en ANNEAU.Ces systmes sont le BLSR et le UPSR (2 ou 4 fibres) dont le principe est de rajouter unefibre redondante pour assurer la continuit de trafic.SDH dfinit aussi des degrs de protection pour les topologies ETOILE et BUS.On parle alors de protection :1+1 : Une fibre trafic plus une fibre de secours.60ADMDXCADMDXCADMDXCADMDXCSDHMUXSTM-xC-4C-11La technologie SDH / SONET1 :1 ou1 :n :Dans cetteconfiguration onpeut utiliser une fibresoitpour recouvrirledsastre soit pour re-router le trafic.Principe de la couche Section de rgnration SDH : Rappel des abrviations :Sn = couche VC-n d'ordre suprieur (n = 3, 4).MSn = couche section de multiplexage (STM-n), niveau n.RSn = couche section de rgnration (STM-n), niveau n.OSn = couche section optique (STM-n), niveau n.DCC = canal de communication de donnes. T1525590 -97/d035RSn/DCCRSn/OWRSn/MSnRSn/DCCRSn/OWRSn/MSn RSn_TT RSn_C D1-D3E1F1MSn_CID1-D3E1F1MSn_CI RSn_CIRSn_