d'augmenter les débits des réseaux résidentiels ou métro (100Gbits/s) pour faire face à la vidéo sur IP.

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1 Module 3102 Réseaux d'opérateurs Infrastructures des réseaux d'opérateurs : Cours 1 Introduction 1. Introduction : Liaison optique et haut débit L'objectif de ce cours est de montrer le lien entre l'infrastructure optique et les couches hautes et comment les nouvelles propriétés de la couche physique optique permettent de contourner certaines limitations des systèmes télécoms actuels et sont mêle incontournable pour faire face aux enjeux modernes des télécommunications. Les télécommunications optiques en raison des capacités uniques des transmissions qu elles autorisent sont en effet incontournables dans les réseaux modernes aussi bien dans les réseaux métropolitains (metro) que dans les réseaux longues portées (long-haul) et de plus en plus dans les réseaux d'accès (backhaul). A l'avenir, il risque même d'être incontournable pour les parties commutation et routage. Certains laboratoires de recherche des entreprises de télécommunications conçoivent des routeurs incorporant des composants non plus seulement electroniques mais aussi photoniques. 2. Les réseaux optiques à très haut débit sont en forte progression La demande croissante de bande passante oblige les opérateurs à rechercher des solutions de transport plus économiques et dans ce contexte la commutation OTN (Optical Transport Network) a fourni aux opérateurs une solution efficace. Les consommateurs demandent toujours plus de bande passante et toujours plus de service (Téléphone, Internet, Triple Play et maintenant Video à la demande ). Il optent également pour des applications et des services gourmandes en bande passante poussés par de nouveaux objets connectés tel que les smartphones les Smarts-TV et les tablettes. Pour les opérateurs les conséquences sont la nécessité de : d'augmenter les débits des réseaux résidentiels ou métro (100Gbits/s) pour faire face à la vidéo sur IP. d'augmenter les bandes passantes des réseaux de collecte pour faire face à l'augmentation des débits utilisés dans la 4G (LTE) des réseaux mobiles. d'augmenter le trafic sur le réseau central ou vers les data center car les clients aussi bien résidentiels que professionnels utilisent de plus en plus les services liés au «cloud». Une étude prospectives menées par les Bell Labs prédit une augmentation entre 2013 et 2017 de 550 % des besoins en bande passante dus à l'utilisation de plus en plus fréquente du «cloud», et une augmentation de 720 % de la bande passant pour permettre la vidéo IP sur les réseaux fixes et mobiles. Cela devrait se traduire par une augmentation de 320 % du trafic dans les réseaux centraux. -

2 3. Les problématiques des réseaux hauts débits Avec l'augmentation de la demande en bande passante par les utilisateurs les problématiques reportées sur les routeurs et les commutateurs sont de trois ordres : Les temps de latence La bande passante La consommation énergétique : Aujourd'hui la consommation d'électricité pour l ensemble de technologies de l'information représente 1 à 2 % de la production mondiale d'électricité. Cette part va croissante et n'est pas sans poser problème : Par exemple un data center dans lequel le parc est constitué de routeurs et serveurs de stockage qui consomment chacun 450W est de 36MW. Il nécessite plus de 75MW si on compte les servitudes de refroidissement des machines, l'éclairage et les alimentations de secours. Au total une puissance d'environ 100MW par data center est courante. A noter que toute la puissance électrique consommée est évacuée en chaleur. Avec 137 datacenters en 2014, la France consomme plus de MW soit l'équivalent de 3 centrales nucléaires. On peut aussi remarquer que le trafic passe actuellement par les couches IP pour être router. La consommation est de 10nJ/bit. Lorsque qu'une technique optique est mise en place (bypass) et que le routage est tout optique la consommation électrique peut être réduite à 0,1nJ/bit ce qui représente une réduction de deux ordres de grandeurs.

3 Un processeur récent dispose d'une horloge de 3GHz (300 ps) qui est à comparée au temps de commutation des systèmes optiques les plus rapides qui peuvent descendre en dessous de la picoseconde. Ainsi contrairement au système tout optique, un routeur électronique ne pourra guère dépasser des temps de commutation inférieurs à 300ps ce qui introduira des temps de latence lorsque de très grandes quantité d'information sont à router en peu de temps. Pour toute ces raisons des fonctions l'optiques sont amenés à prendre une part croissante dans les systèmes de télécomunications. 4. Architecture des réseaux d'opérateurs La structure idéale de l'architecture des paquets optiques nécessite donc un système de routage au plus prêt de la couche physique optique. La couche physique qui fait largement appel aux techniques multiplexage en longueur d'onde pourrait idéalement permettre de la commutation en longueur d'onde rapide (l Switching). Les couches supérieures comporteraient alors une couche de transport optique (Optical Transport Network : OTN), des couches de commutation (MPLS Multi- Protocol Label Switching et OTN) et enfin des services packet. Contrairement à l'électronique, les liaisons optiques permettent d'atteindre à la fois de très haut débits (jusqu'à 3000 Gbit/s) ainsi que de très grande distance (13 000km) et parfois les deux simultanément. Elle est donc parfaitement optimisée et ses marges vont permettre de répondre aux demandes à venir et à l'augmentation de bande passante qui en résultera: La liaison Lannion France, Manasquan dans el New-Jersey aux USA fait km. La double liaison China-US (CHUS) fait km. Elle relie San Luis Obispo (USA), Shantou (Chine), Bandon (Oregon USA). En effet, limites technologiques ne sont pas encore atteintes puisqu'en laboratoire on montre des capacités de transmission de 100 Tbit/s. Alcatel propose par exemple des liaisons 100G ou 200G sur un seul canal avec la possibilité de transmettre plus d''une centaine de canaux simultanément sur une même fibre.

4 Un atlas des liaisons optiques sous marines internationales : Pour comprendre les limites actuelles et être en mesure de comprendre les systèmes très haut débit de demain il faut connaître et comprendre le principe de ces liaisons optiques haut débit et longue distance. Le principe d'une liaison optique est schématisé sur la figure ci dessous. Le principe des lignes de transmission optiques qu'elles soient ou non haut débit est le suivant : Du coté de l'émission : Une source lumineuse la plus monochromatique possible. (Diode Laser) Un étage de modulation qui permet de transposer le signal électrique en un signal lumineux. (Modulateur électro-optique) La forme du signal électrique est définie au niveau des couches de protocoles. (RZ, NRZ, Path over head, justification, synchronisation...) Éventuellement un étage de multiplexage : (WDM: wavelegnth division multiplexing) Le milieu de transmission Il peut éventuellement comporter un étage d'amplification tout optique donc très haut débit qui permet d'augmenter les longues distances. (EDFA : Erbium Doped Fiber

5 Amplifier) Éventuellement des lignes de compensation de dispersion (non représentées sur la figure) Du coté de la réception : Un détecteur qui réalise une conversion optique en électrique (photodiode) Le signal électrique est remis en forme pour correspondre au protocole de la transmission. Il existe également des fonctions tout optiques avancées : L'amplification tout optique (EDFA : Erbium doped Amplifier) L'insertion extraction tout optique (OADM : Optical add -drop multiplexer) Parmi les problématiques à abordés : La diaphonie inter canaux. Elle nécessite des techniques de mesure de bruit optiques (OSNR) Cette problématique est directement liée à la plage spectrale qu'occupent les signaux optiques modulés.