NGN - Guide rapide
L'avènement des communications vocales et de données à haut débit a entraîné le besoin d'un moyen rapide pour le transport des informations. Les circuits ou liaisons numériques ont évolué à partir de la nécessité de transmettre la voix ou les données sous forme numérique.
La conversion de la forme analogique à la forme numérique suit un processus en quatre étapes ( voir la figure suivante ) et sera détaillée dans les sections suivantes.
Échantillonnage
Les fréquences vocales prennent la forme d'un signal analogique, c'est-à-dire une onde sinusoïdale ( voir la figure suivante ). Ce signal doit être converti en une forme binaire pour être transporté sur un support numérique. La première étape de cette conversion consiste à convertir le signal audio en unPulse Amplitude Modulation(PAM)signal. Ce processus est généralement appelésampling.
Le processus d'échantillonnage doit collecter suffisamment d'informations à partir des fréquences vocales entrantes pour permettre une copie du signal d'origine. Les fréquences vocales sont normalement de l'ordre de300Hz to 3400Hz, généralement connu sous le nom de commercial speech band.
Pour obtenir un échantillon, une fréquence d'échantillonnage est appliquée à la fréquence vocale d'origine. La fréquence d'échantillonnage est déterminée par leNyquist Sampling Theorem, qui dicte que “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”
Cela garantit qu'un échantillon est prélevé au moins une fois dans chaque demi-cycle, éliminant ainsi la possibilité d'échantillonner à des points nuls du cycle, qui n'auraient aucune amplitude. Il en résulte que la fréquence d'échantillonnage est au minimum de 6,8 KHz.
La norme européenne échantillonne un signal entrant à 8 KHZ, assurant un échantillon, est prélevé chaque 125micro secondsou 1 / 8000e de seconde ( voir la figure suivante ).
Quantification
L'amplitude de chaque échantillon se verrait idéalement attribuer un code binaire (1 ou 0), mais comme il peut y avoir un nombre infini d'amplitudes; par conséquent, il doit y avoir un nombre infini de codes binaires disponibles. Ce ne serait pas pratique, donc un autre processus doit être utilisé, qui est connu commequantizing.
La quantification compare le signal PAM à une échelle de quantification, qui a un nombre fini de niveaux discrets. L'échelle de quantification se divise en 256 niveaux de quantification, dont 128 sont des niveaux positifs et 128 sont des niveaux négatifs.
L'étape de quantification consiste à attribuer un code binaire unique à 8 bits approprié à l'intervalle de quantification dans lequel tombe l'amplitude du signal PAM ( voir la figure suivante ).
Cela comprend 1 bit de polarité avec les 7 bits restants utilisés pour identifier le niveau de quantification ( comme indiqué dans la figure ci-dessus ).
Le premier bit comme vu précédemment est le bit de polarité, les trois bits suivants pour le code de segment, donnant huit codes de segment, et les quatre bits restants pour le niveau de quantification, donnant seize niveaux de quantification.
Companding
Le processus de quantification lui-même conduit à un phénomène connu sous le nom de quantization distortion. Cela se produit lorsque l'amplitude du signal échantillonné se situe entre les niveaux de quantification. Le signal est toujours arrondi au niveau entier le plus proche. Cette différence entre le niveau échantillonné et le niveau de quantification est une distorsion de quantification.
Le taux de changement de l'amplitude d'un signal varie à différentes parties du cycle. Cela se produit le plus aux hautes fréquences car l'amplitude du signal change plus rapidement qu'aux basses fréquences. Pour surmonter cela, le premier code de segment a les niveaux de quantification proches les uns des autres. Le code du segment suivant est alors le double de la hauteur du précédent et ainsi de suite. Ce processus est connu sous le nom decompanding, car il comprime des signaux plus grands et étend des signaux plus petits.
En Europe, ils utilisent le A-law de companding, par rapport à l'Amérique du Nord et au Japon qui utilisent le μ law.
Comme la distorsion de quantification est équivalente au bruit, la compression améliore le rapport signal sur bruit sur les signaux de faible amplitude et produit un rapport signal sur bruit acceptable sur toute la gamme d'amplitudes.
Codage
Pour que les informations binaires soient transmises sur un chemin numérique, les informations doivent être modifiées en un code de ligne approprié. La technique d'encodage utilisée en Europe est connue sous le nom deHigh Density Bipolar 3 (HDB3).
HDB3 est dérivé d'un code de ligne appelé AMI ou Alternate Mark Inversion. Dans le codage AMI, 3 valeurs sont utilisées: aucun signal pour représenter un 0 binaire et un signal positif ou négatif qui est utilisé alternativement pour représenter un 1 binaire.
Un problème associé au codage AMI se produit lorsqu'une longue chaîne de zéros est transmise. Cela peut entraîner des problèmes de boucle de verrouillage de phase au niveau du récepteur distant.
HDB3fonctionne de manière similaire à AMI, mais incorpore une étape d'encodage supplémentaire qui remplace toute chaîne de quatre zéros par trois zéros suivis d'un «bit de violation». Cette violation est de la même polarité que la transition précédente ( voir la figure suivante ).
Comme on peut le voir dans l'exemple, 000V remplace la première chaîne de quatre zéros. Cependant, l'utilisation de ce type de codage pourrait conduire à l'introduction d'un niveau DC moyen dans le signal, car une longue chaîne de zéros pourrait être présente, tous étant codés de la même manière. Pour éviter cela, le codage de chaque quatre zéros successifs est changé en B00V, en utilisant un bit «violation bipolaire» qui alterne en polarité.
À partir de là, on peut supposer qu'avec le codage HDB3, le nombre maximum de zéros sans transition est de trois. Cette technique de codage est souvent appeléemodulation format.
Multiplexage
Jusqu'à présent, nous nous sommes concentrés sur un seul canal vocal. Maintenant, nous devons combiner un certain nombre de ces canaux en un seul chemin de transmission, un processus appelémultiplexing. Le multiplexage est un processus utilisé sur lequel plusieurs canaux peuvent être combinés, afin qu'ils soient transmis sur un seul chemin de transmission. Le processus couramment utilisé en téléphonie est connu sous le nom deTime Division Multiplexing (TDM).
Comme nous l'avons vu précédemment, l'échantillonnage pour un canal a lieu tous les 125 micro seconds. Cela permet d'échantillonner d'autres canaux pendant cette période. En Europe, l'intervalle de temps est divisé en32 périodes de temps, appelées timeslots. Ces 32 plages horaires peuvent ensuite être regroupées pour former unframe( voir la figure suivante ).
Par conséquent, la durée d'une trame peut être considérée comme 125 micro secondes. On peut maintenant également supposer que comme chaque intervalle de temps se compose de 8 bits de données et est répété 8 000 fois, un débit de canal de 64 000 bits par seconde ou 64 Kbits est réalisable. Avec ces informations, il est maintenant possible de déterminer le nombre total de bits de données transmis sur le chemin unique, connu sous le nom desystem bit rate. Ceci est calculé à l'aide de la formule suivante -
Débit binaire du système = Fréquence d'échantillonnage x Nombre d'intervalles de temps x Bits par intervalle de temps = 8000 x 32 x 8, = 2048000 bits / s, = 2,048 Mbits
Sur les 32 canaux disponibles, 30 sont utilisés pour la transmission de la parole et les 2 intervalles de temps restants sont utilisés pour l'alignement et la signalisation. La section suivante expliquera la fonction de tous les intervalles de temps.
Période 1 à 15 et 17 à 31
Ces 30 plages horaires sont disponibles pour la transmission du signal analogique numérisé sous forme de 8 bits, avec une bande passante de 64 kbit / s (par exemple les données des clients).
Intervalle de temps 0
Le système européen recommandé définit que le créneau horaire 0 de chaque trame est utilisé pour la synchronisation, également appelée frame alignment( voir la figure suivante ). Cela garantit que les intervalles de temps dans chaque trame sont alignés entre la station émettrice et la station réceptrice.
le frame alignment word (FAW) est transporté dans les bits de données 2 à 8 de chaque trame paire, tandis que les trames impaires portent un not frame alignment word(NFAW) dans le bit de données 2 ( voir la figure suivante ).
Un contrôle d'erreur est également disponible dans le créneau horaire 0, à l'aide d'un cyclic redundancy check (CRC) pour vérifier l'alignement de trame, qui est transporté dans le bit de données 1 de toutes les trames. Il y a aussi la possibilité de rapporterFar End Alarms, ce qui est indiqué par un binaire 1 inséré dans le bit de données 3 de toutes les trames impaires. Les bits de données restants 4 à 8 des trames impaires peuvent être utilisés pour les alarmes nationales et la gestion du réseau.
Plage horaire 16
L'intervalle de temps 16 a 8 bits de données disponibles, et en utilisant un code variable de 4 bits de données, la signalisation peut être effectuée pour 2 canaux vocaux dans chaque trame.
On voit donc que 15 trames sont nécessaires pour terminer la signalisation pour tous les canaux vocaux ( voir la figure suivante ).
Comme il y a maintenant plusieurs trames transportées dans un ordre logique, il doit y avoir un dispositif pour les aligner. Ceci est réalisé en utilisant la trame précédant les trames contenant des informations de signalisation, appelée trame 0.
Timeslot 16 in Frame 0 contient un multi-frame alignment word(MFAW), en utilisant les bits de données 1 à 4, et sont utilisés pour indiquer le début d'une multi-trame, qui sont vérifiées à la station de réception ( voir la figure suivante ).
Le bit de données 6 peut être utilisé pour indiquer distant multi-frame alignment loss(DLMFA). Comme on peut le voir, une multi-trame se compose de toutes les trames nécessaires pour terminer toutes les opérations de parole et de signalisation, soit 16 trames, et est connue sous le nom demulti-frame( voir la figure suivante ).
La durée d'une multi-image peut être calculée en utilisant les éléments suivants -
Durée de la multiframe = Nombre de trames x durée de la trame
= 16 x 125 microsecondes
= 2000 micro secondes
= 2 milli secondes
Les canaux restants sont tous utilisables pour la transmission de la voix ou des données et sont appelés intervalles de temps 1 à 15 et 17 à 31, et correspondent aux canaux numérotés de 1 à 30.
FAW = mot d'alignement de trame
MFAW = mot d'alignement multiframe
DATA = mots de données 8 bits
SIG = intervalle de temps de signalisation CAS
La hiérarchie numérique plésiochrone (PDH) a été développée par étapes à partir du système PCM de base à 30 canaux (PCM-30).
Comme on peut le voir sur la figure suivante, trois systèmes hiérarchiques différents sont disponibles, chacun prenant en charge des débits de ligne et des débits de multiplexage différents. Les débits agrégés plus élevés peuvent donc être obtenus en regroupant les débits inférieurs grâce à l'utilisation de multiplexeurs.
Les liaisons à débit binaire plus élevé nécessitent également des bits supplémentaires pour le tramage et le contrôle. Par exemple, un signal de 8,4 Mbits comprend 4 x 2,048 Mbits = 8,192 Mbits, les 256 Kbits restants étant utilisés pour le cadrage et le contrôle.
Les systèmes hiérarchiques européens et nord-américains sont souvent référencés par la lettre ‘E’ pour l'Europe et ‘T’pour l'Amérique du Nord, les niveaux de la hiérarchie étant numérotés consécutivement. Ces niveaux de hiérarchie peuvent être comparés dans la figure suivante -
| Niveau hiérarchique | Débit binaire (Mbits) | Canaux vocaux | |
|---|---|---|---|
| Amérique du Nord | T1 | 1,544 | 24 |
| T2 | 6,312 | 96 | |
| T3 | 44,736 | 672 | |
| T4 | 274,176 | 4032 | |
| européen | E1 | 2,048 | 30 |
| E2 | 8.448 | 120 | |
| E3 | 34,368 | 480 | |
| E4 | 139,264 | 1920 | |
| Non défini | 565,148 | 7680 |
Ces débits binaires sont souvent abrégés en 1,5 meg, 3 meg, 6 meg, 44 meg, 274 meg et 2 meg, 8 meg, 34 meg, 140 meg et 565 meg respectivement.
Comme l'héritage de PDH est si important dans l'industrie des télécommunications, il est devenu nécessaire d'adapter ces tarifs de ligne dans toute nouvelle technologie à introduire, par conséquent, de nombreux tarifs de ligne PDH sont pris en charge par la hiérarchie numérique synchrone (SDH). La seule exception à cela est l'omission du niveau de 8,4 Mbits, qui n'a plus aucune signification pratique et n'est pas pris en charge par SDH.
Dans le système de base à 2 Mbits, les données sont entrelacées d'octets, de sorte que chaque intervalle de temps de 8 bits est envoyé l'un après l'autre. Dans le cas des niveaux hiérarchiques supérieurs, les flux de données sont multiplexés ensemble bit par bit. Un inconvénient de ce système est que le débit de chaque signal d'affluent peut varier de la valeur nominale du fait que chaque multiplexeur possède ses propres alimentations d'horloge indépendantes. Ces écarts d'horloge dépendent du débit de ligne et peuvent être compensés en utilisant des techniques de justification dans la bande passante restante après l'étape de multiplexage. Le débit de ligne dicte également le code de ligne utilisé pour la transmission comme on peut le voir ci-dessous -
| Débit binaire (Mbits) | Nombre de canaux 64Kbit | Écart d'horloge autorisé (ppm) | Code d'interface | Code de support / ligne préféré | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Équilibré | Coaxial | Fibre optique | ||||
| 2,048 | 30 | ± 50 | SUIS-JE | HDB3 | ||
| 8.448 | 120 | ± 30 | HDB3 | HDB3 | HDB3 | |
| 34,368 | 480 | ± 20 | HDB3 | HDB3 | 4B3T 2B1Q |
5B6B |
| 139,264 | 1920 | ± 15 | CMI | 4B3T | 5B6B | |
Propriétés de PDH
Plésiochrone - «Presque synchrone»
Multiplexage de signaux à 2 Mbit / s en signaux multiplexés d'ordre supérieur.
La pose de câbles entre les sites de commutation est très coûteuse.
Augmentation de la capacité de trafic d'un câble en augmentant le débit binaire.
4 signaux d'ordre inférieur multiplexés en un seul signal d'ordre supérieur à chaque niveau.
La technologie PDH permet le multiplexage successif d'un signal de 2 M - 8 M, de 8 M - 34 M, de 34 M - 140 M et enfin 140 M - 565 M. de systèmes.
Il existait également des multiplexes «jump» ou «skip» qui permettraient de multiplexer 16 signaux 2 M en un signal 34 M sans le niveau intermédiaire 8 M.
Limitations de PDH
Synchronisation- Les données sont transmises à intervalles réguliers. Avec la synchronisation dérivée de l'oscillateur de l'émetteur, les données sont échantillonnées au même rythme qu'elles sont transmises.
Les données sont transmises à intervalles réguliers. Avec la synchronisation dérivée de l'oscillateur de l'émetteur, les données sont échantillonnées à un rythme plus lent que l'émetteur. L'un des inconvénients de PDH était que chaque élément était synchronisé indépendamment. Pour que les données soient reçues correctement, la fréquence d'échantillonnage à l'extrémité du récepteur doit être la même que la vitesse de transmission à l'extrémité de l'émetteur.
Les données sont transmises à intervalles réguliers. Avec la synchronisation dérivée de l'oscillateur de l'émetteur, les données sont échantillonnées à un rythme plus rapide que l'émetteur. Si l'oscillateur à l'extrémité du récepteur fonctionnait plus lentement que celui à l'extrémité de l'émetteur, le récepteur manquerait certains des bits du signal émis.
Ou, si l'horloge du récepteur fonctionnait plus rapidement que celle de l'émetteur, le récepteur échantillonnerait certains des bits deux fois.
Des bits de justification sont ajoutés aux signaux d'ordre inférieur afin qu'ils puissent être multiplexés à un débit unique. L'oscillateur d'équipement est utilisé comme source de synchronisation pour le processus d'adaptation de débit binaire sur l'ordre inférieur et également sur le processus de multiplexage. Les bits de justification sont rejetés à l'extrémité reçue lorsque les signaux sont démultiplexés.
En raison des méthodes de synchronisation utilisées, il était impossible de démultiplexer d'un signal d'ordre élevé au signal d'affluent d'ordre inférieur dans un seul équipement. Il était nécessaire de démultiplexer à tous les niveaux pour accéder au signal qui était abandonné sur un site, puis de re-multiplexer tous les autres canaux au débit le plus élevé. Cela signifiait qu'il devait y avoir beaucoup d'équipement sur le site pour y parvenir. Ceci est connu comme lePDH Mux Mountain. Tous ces équipements occupaient beaucoup de place sur le site et augmentaient également le besoin en pièces de rechange à conserver sur les sites.
Le manque de résilience des réseaux PDH signifiait qu'en cas de rupture de fibre, le trafic serait perdu. La gestion du réseau PDH signale simplement les alarmes aux opérateurs NOC. Aucun diagnostic ou outil de correction n'est à la disposition du personnel du CNO. Un ingénieur de maintenance doit être envoyé sur le site avec un minimum d'informations. Chaque élément de réseau nécessite une connexion au réseau DCN car aucune installation n'existe pour transporter les informations de gestion à travers le réseau PDH.
Le manque de normes d'interconnexion signifiait qu'il n'était pas possible d'interconnecter l'équipement de plusieurs fournisseurs. L'équipement peut fonctionner sur différentes longueurs d'onde, utiliser différents débits binaires ou des interfaces optiques propriétaires.
SDH Networks a remplacé PDH et présentait plusieurs avantages clés.
Les recommandations UIT G.707, G.708 et G.709 constituent la base de la mise en réseau mondiale.
Les réseaux bénéficient de la résilience du trafic pour minimiser les pertes de trafic en cas de rupture de fibre ou de panne d'équipement.
La technologie de surveillance intégrée permet la configuration à distance et le dépannage du réseau.
La technologie flexible permet l'accès aux affluents à n'importe quel niveau.
La technologie évolutive permet des débits binaires plus rapides à mesure que la technologie progresse.
Alors que les réseaux PDH européens ne peuvent pas s'interfacer avec les réseaux américains, les réseaux SDH peuvent transporter les deux types. Cette diapositive montre comment les différents réseaux PDH se comparent et quels signaux peuvent être acheminés sur le réseau SDH.
SDH - Topologies de réseau
Système de ligne
Un système isolé est un système à la topologie du réseau PDH. Le trafic est ajouté et supprimé uniquement aux extrémités du réseau. Les nœuds terminaux sont utilisés à la fin du réseau pour ajouter et supprimer le trafic.
Dans n'importe quel réseau SDH, il est possible d'utiliser un nœud appelé régénérateur. Ce nœud reçoit le signal SDH d'ordre élevé et le retransmet. Aucun accès au trafic d'ordre inférieur n'est possible à partir d'un régénérateur et ils ne sont utilisés que pour couvrir de longues distances entre des sites où la distance signifie que la puissance reçue serait trop faible pour transporter le trafic.
Système d'anneau
Un système en anneau se compose de plusieurs multiplexeurs d'ajout / extraction (ADM) connectés dans une configuration en anneau. Le trafic est accessible à n'importe quel ADM autour de l'anneau et il est également possible que le trafic soit abandonné à plusieurs nœuds à des fins de diffusion.
Le réseau en anneau a également l'avantage d'offrir une résilience du trafic, s'il y a un trafic de rupture de fibre que je n'ai pas perdu. La résilience du réseau est abordée plus en détail ultérieurement.
Synchronisation du réseau SDH
Alors que les réseaux PDH n'étaient pas synchronisés de manière centralisée, les réseaux SDH le sont (d'où le nom de hiérarchie numérique synchrone). Quelque part sur le réseau des opérateurs sera une source de référence principale. Cette source est distribuée sur le réseau soit sur le réseau SDH, soit sur un réseau de synchronisation séparé.
Chaque nœud peut basculer vers des sources de sauvegarde si la source principale devient indisponible. Différents niveaux de qualité sont définis et le nœud commutera la source de meilleure qualité suivante qu'il peut trouver. Dans les cas où le nœud utilise la synchronisation de la ligne entrante, l'octet S1 dans le surdébit MS est utilisé pour indiquer la qualité de la source.
La source de qualité la plus basse disponible pour un nœud est généralement son oscillateur interne, dans le cas où un nœud bascule sur sa propre source d'horloge interne, cela doit être corrigé dès que possible car le nœud peut commencer à générer des erreurs au fil du temps.
Il est important que la stratégie de synchronisation d'un réseau soit planifiée avec soin, si tous les nœuds d'un réseau essaient de se synchroniser avec son voisin du même côté, vous obtiendrez un effet appelé boucle de synchronisation, comme indiqué ci-dessus. Ce réseau commencera rapidement à générer des erreurs lorsque chaque nœud essaiera de se synchroniser.
Hiérarchie SDH
Le diagramme suivant montre comment la charge utile est construite, et ce n'est pas aussi effrayant qu'il en a l'air au premier abord. Les deux prochaines diapositives expliqueront comment le signal SDH est construit à partir des charges utiles de niveau inférieur.
Cadre STM-1
La trame est composée de lignes de 9 frais généraux et de 261 octets de charge utile.
La trame est transmise ligne par ligne comme illustré ci-dessous. Les 9 octets de surdébit dans une ligne sont transmis, suivis des 261 octets de charge utile, la ligne suivante est ensuite transmise de manière similaire jusqu'à ce que la trame entière ait été transmise. La trame entière est transmise en 125 micro secondes.
Frais généraux STM-1
Les 3 premières lignes du surdébit sont appelées les surdébit de la section répéteur. La quatrième ligne forme les pointeurs AU et les 5 dernières lignes contiennent les surdébit de la section multiplex.
Pour expliquer les différents types de frais généraux, envisagez un système dans lequel la charge utile passe par plusieurs régénérateurs intermédiaires avant d'atteindre l'ADM à partir duquel elle est ajoutée / supprimée.
Les frais généraux de la section répéteur sont utilisés pour les communications et la surveillance entre deux nœuds voisins.
Les frais généraux de la section multiplex sont utilisés pour les communications et la surveillance entre deux nœuds dotés de fonctions d'ajout / de retrait telles que des ADM.
À un niveau inférieur, il y a aussi des frais généraux de chemin qui sont ajoutés au niveau d'un affluent, ceux-ci seront discutés plus en détail plus tard.
La surveillance des différentes alarmes aériennes facilite la détection des problèmes sur le réseau. Une alarme RS indique un problème du côté HO SDH entre deux nœuds, tandis que si vous étudiez une alarme MS, vous pouvez exclure des problèmes au niveau des nœuds du régénérateur.
Trace de chemin SDH
La trace de chemin peut être très utile pour identifier les problèmes d'interconnexion entre les nœuds. Il peut y avoir diverses interconnexions physiques telles que des épissures et des patchs dans des trames optiques entre deux nœuds. Chaque nœud est configuré par l'opérateur réseau pour envoyer une chaîne unique qui l'identifie.
Chaque nœud est également configuré avec la chaîne qu'il doit recevoir de son nœud voisin.
Si la trace de chemin reçue par le nœud correspond à celle attendue, alors tout est OK.
Si la trace de chemin reçue ne correspond pas à la trace attendue par le nœud, cela indique un problème avec la connexion entre les nœuds.
Gestion SDH
Les canaux DCC contenus dans les frais généraux de section permettent une gestion aisée du réseau SDH. Un système de gestion de réseau connecté à un nœud sur le réseau peut communiquer avec d'autres nœuds sur le réseau en utilisant les canaux DCC. Le nœud connecté au réseau DCN est appelé nœud de passerelle, à des fins de résilience, il existe généralement plusieurs nœuds de passerelle sur le réseau.
Résilience du réseau SDH
Dans une configuration en anneau, le trafic est envoyé aux deux routes autour de l'anneau depuis l'ADM d'origine (Add / Drop Multiplexer). À tout ADM où le signal n'est pas abandonné, il passe simplement. Bien que le trafic passe autour de l'anneau sur les deux itinéraires, mais qu'un seul itinéraire soit utilisé pour extraire le trafic de l'ADM de réception, cet itinéraire est leactive routeou chemin. L'autre route est connue sous le nom destandby route ou chemin.
En cas de rupture de fibre sur le chemin actif, l'ADM récepteur commutera en utilisant le signal alternatif comme chemin actif. Cela permet une restauration rapide et automatique du flux de trafic vers les clients. Lorsque la rupture de fibre est réparée, l'anneau ne bascule pas automatiquement car cela provoquerait un nouveau «hit» de trafic, mais l'utilisera comme chemin de secours en cas de panne future sur le nouveau chemin actif. Le MUX qui perd du trafic utilisera les K octets pour signaler le commutateur de protection au MUX d'origine.
Les commutateurs manuels en anneau peuvent également être effectués à partir du centre de gestion du réseau ou à partir de terminaux locaux gérés par des ingénieurs.
WDM est une technologie qui permet à divers signaux optiques d'être transmis par une seule fibre. Son principe est essentiellement le même que celui du multiplexage par répartition en fréquence (FDM). Autrement dit, plusieurs signaux sont transmis en utilisant différentes porteuses, occupant des parties non chevauchantes d'un spectre de fréquences. Dans le cas du WDM, la bande spectrale utilisée est de l'ordre de 1300 ou 1550 nm, qui sont deux fenêtres de longueur d'onde auxquelles les fibres optiques ont une très faible perte de signal.
Au départ, chaque fenêtre était utilisée pour transmettre un seul signal numérique. Avec l'avancée des composants optiques tels que les lasers à rétroaction distribuée (DFB), les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) et les photo-détecteurs, on s'est vite rendu compte que chaque fenêtre de transmission pouvait en fait être utilisée par plusieurs signaux optiques, chacun occupant un petite traction de la fenêtre de longueur d'onde totale disponible.
En effet, le nombre de signaux optiques multiplexés au sein d'une fenêtre n'est limité que par la précision de ces composants. Avec la technologie actuelle, plus de 100 canaux optiques peuvent être multiplexés en une seule fibre. La technologie a alors été nomméedense WDM (DWDM).
Le principal avantage de DWDM est sa capacité à augmenter de manière rentable la bande passante de la fibre optique de nombreux plis. Le vaste réseau de fibres existant dans le monde peut soudainement voir sa capacité multipliée par plusieurs, sans avoir besoin de longues fibres nouvelles, un processus coûteux. De toute évidence, de nouveaux équipements DWDM doivent être connectés à ces fibres. En outre, des régénérateurs optiques peuvent être nécessaires.
Le nombre et la fréquence des longueurs d'onde à utiliser sont normalisés par l'UIT (T). L'ensemble de longueurs d'onde utilisé est important non seulement pour l'interopérabilité, mais également pour éviter les interférences destructrices entre les signaux optiques.
Le tableau suivant donne les fréquences centrales nominales basées sur l'espacement minimal des canaux de 50 GHz ancré à la référence 193,10 THz. Notez que la valeur de C (vitesse de la lumière) est prise égale à 2,99792458 x 108 m / sec. pour convertir entre la fréquence et la longueur d'onde.
La grille UIT-T (dans la bande C), Rec. UIT (T). G.692
| Fréquences centrales nominales (THz) pour un espacement de 50 GHz | Fréquences centrales nominales (THz) pour un espacement de 100 GHz | Longueurs d'onde centrales nominales (Nm) |
|---|---|---|
| 196,10 | 196,10 | 1528,77 |
| 196,05 | 1529,16 | |
| 196,00 | 196,00 | 1529,55 |
| 195,95 | 1529,94 | |
| 195,90 | 195,90 | 1530,33 |
| 195,85 | 1530,72 | |
| 195,80 | 195,80 | 1531,12 |
| 195,75 | 1531,51 | |
| 195,70 | 195,70 | 1531,90 |
| 195,65 | 1532,29 | |
| 195,60 | 195,60 | 1532,68 |
| 195,55 | 1533.07 | |
| 195,50 | 195,50 | 1533,47 |
| 195,45 | 1533,86 | |
| 195,40 | 195,40 | 1534,25 |
| 195,35 | 1534,64 | |
| 195,30 | 195,30 | 1535.04 |
| 195,25 | 1535,43 | |
| 195,20 | 195,20 | 1535,82 |
| 195,15 | 1536,22 | |
| 195,10 | 195,10 | 1536,61 |
| 195,05 | 1537,00 | |
| 195,00 | 195,00 | 1537,40 |
| 194,95 | 1537,79 | |
| 194,90 | 194,90 | 1538,19 |
| 194,85 | 1538,58 | |
| 194,80 | 194,80 | 1538,98 |
| 194,75 | 1539,37 | |
| 194,70 | 194,70 | 1539,77 |
| 194,65 | 1540,16 | |
| 194,60 | 194,60 | 1540,56 |
| 194,55 | 1540,95 | |
| 194,50 | 194,50 | 1541,35 |
| 194,45 | 1541,75 | |
| 194,40 | 194,40 | 1542,14 |
| 194,35 | 1542,54 | |
| 194,30 | 194,30 | 1542,94 |
| 194,25 | 1543,33 | |
| 194,20 | 194,20 | 1543,73 |
| 194,15 | 1544,13 | |
| 194,10 | 194,10 | 1544,53 |
| 194,05 | 1544,92 | |
| 194,00 | 194,00 | 1545,32 |
| 193,95 | 1545,72 | |
| 193,90 | 193,90 | 1546,12 |
| 193,85 | 1546,52 | |
| 193.80 | 193.80 | 1546,92 |
| 193,75 | 1547,32 | |
| 193,70 | 193,70 | 1547,72 |
| 193,65 | 1548,11 | |
| 193,60 | 193,60 | 1548,51 |
| 193,55 | 1548,91 | |
| 193,50 | 193,50 | 1549,32 |
| 193,45 | 1549,72 | |
| 193,40 | 193,40 | 1550,12 |
| 193,35 | 1550,52 | |
| 193,30 | 193,30 | 1550,92 |
| 193,25 | 1551,32 | |
| 193,20 | 193,20 | 1551,72 |
| 193,15 | 1552,12 | |
| 193,10 | 193,10 | 1552,52 |
| 193,05 | 1552,93 | |
| 193,00 | 193,00 | 1533,33 |
| 192,95 | 1553,73 | |
| 192,90 | 192,90 | 1554,13 |
| 192,85 | 1554,54 | |
| 192.80 | 192.80 | 1554,94 |
| 192,75 | 1555,34 | |
| 192,70 | 192,70 | 1555,75 |
| 192,65 | 1556,15 | |
| 192,60 | 192,60 | 1556,55 |
| 192,55 | 1556,96 | |
| 192,50 | 192,50 | 1557,36 |
| 192,45 | 1557,77 | |
| 192,40 | 192,40 | 1558,17 |
| 192,35 | 1558,58 | |
| 192,30 | 192,30 | 1558,98 |
| 192,25 | 1559,39 | |
| 192,20 | 192,20 | 1559,79 |
| 192,15 | 1560,20 | |
| 192,10 | 192,10 | 1560,61 |
DWDM au sein du réseau
Un réseau SDH typique aura deux fibres de chaque côté de chaque nœud, une pour transmettre à son neighbor on et un pour recevoir de son neighbor on.
Bien qu'avoir deux fibres entre un site ne sonne pas trop mal, en pratique, il y aura probablement de nombreux systèmes fonctionnant entre les sites, même s'ils ne font pas partie du même réseau.
Avec seulement les deux réseaux illustrés ci-dessus, quatre fibres sont désormais nécessaires entre les sites C et D, et la pose entre les sites est extrêmement coûteuse. C'est là que les réseaux DWDM entrent en jeu.
En utilisant un système DWDM, la quantité de fibres nécessaires entre les sites C et D est réduite à une seule fibre. Les équipements DWDM modernes peuvent multiplexer jusqu'à 160 canaux, ce qui représente une économie considérable d'investissement en fibre. Étant donné que l'équipement DWDM ne fonctionne qu'avec le signal physique, il n'affecte pas du tout la couche SDH du réseau. Le signal SDH n'est pas terminé ou interrompu, en ce qui concerne le réseau SDH. Il existe toujours une connexion directe entre les sites.
Les réseaux DWDM sont indépendants du protocole. Ils transportent des longueurs d'onde de lumière et n'opèrent pas au niveau de la couche de protocole.
Les systèmes DWDM peuvent faire économiser de grosses sommes d'argent aux opérateurs de réseau lors de la pose de fibre, encore plus sur de longues distances. En utilisant des amplificateurs optiques, il est possible de transmettre un signal DWDM sur de longues distances.
Un amplificateur reçoit un signal DWDM à plusieurs longueurs d'onde et l'amplifie simplement pour atteindre le site suivant.
Un ampli opérationnel amplifiera les lambdas rouges ou bleus, s'il amplifie les lambdas rouges, il supprimera les canaux bleus reçus et vice versa. Pour amplifier dans les deux sens, l'un des deux types d'amplificateur est nécessaire.
Pour que le système DWDM fonctionne de manière satisfaisante, les longueurs d'onde entrantes vers l'amplificateur optique doivent être égalisées.
Cela implique de régler toutes les sources optiques entrantes du système DWDM à des niveaux de puissance optique similaires. Les longueurs d'onde qui n'ont pas été égalisées peuvent afficher des erreurs lors du transport du trafic.
Certains fabricants d'équipements DWDM aident les techniciens de terrain en mesurant les puissances optiques des canaux entrants et en recommandant quels canaux nécessitent un ajustement de puissance.
L'égalisation des longueurs d'onde peut se faire de plusieurs manières; Un atténuateur optique variable peut être installé entre le cadre de gestion de fibre et le coupleur DWDM - un ingénieur peut régler le signal du côté du coupleur DWDM.
En variante, l'équipement source peut avoir des émetteurs optiques à sortie variable, ce qui permet à un ingénieur d'ajuster la puissance optique via un logiciel au niveau de l'équipement source.
Certains coupleurs DWDM ont des atténuateurs intégrés pour chaque canal reçu, un ingénieur peut ajuster chaque canal au point d'accès DWDM.
Lorsque plusieurs fréquences de lumière traversent une fibre, une condition connue sous le nom de mélange à quatre ondes peut se produire. De nouvelles longueurs d'onde de lumière sont générées dans la fibre à des longueurs d'onde / fréquences déterminées par la fréquence des longueurs d'onde d'origine. La fréquence des nouvelles longueurs d'onde est donnée par f123 = f1 + f2 - f3.
La présence des longueurs d'onde peut affecter défavorablement le rapport signal optique sur bruit dans la fibre, et affecter le BER du trafic dans une longueur d'onde.
COMPOSANTS WDM
Les composants WDM sont basés sur divers principes optiques. La figure ci-dessous représente une seule liaison WDM. Les lasers DFB sont utilisés comme émetteurs, un pour chaque longueur d'onde. Un multiplexeur optique combine ces signaux dans la fibre de transmission. Des amplificateurs optiques sont utilisés pour pomper la puissance du signal optique, pour compenser les pertes du système.
Côté récepteur, des démultiplexeurs optiques séparent chaque longueur d'onde, pour être délivrée aux récepteurs optiques à l'extrémité de la liaison optique. Les signaux optiques sont ajoutés au système par les ADM optiques (OADM).
Ces dispositifs optiques sont équivalents aux ADM numériques, soignant et séparant les signaux optiques le long du chemin de transmission. Les OADM sont généralement constitués de réseaux de guides d'ondes en réseau (AWG), bien que d'autres technologies optiques, telles que les réseaux de bragg à fibres, aient également été utilisées.
Un composant clé du WDM est le commutateur optique. Cet appareil est capable de commuter des signaux optiques d'un port d'entrée donné vers un port de sortie donné. C'est l'équivalent d'une barre transversale électronique. Les commutateurs optiques permettent de construire des réseaux optiques, de sorte qu'un signal optique donné peut être acheminé vers sa destination appropriée.
Un autre composant optique important est le convertisseur de longueur d'onde. Un convertisseur de longueur d'onde est un dispositif qui convertit un signal optique provenant d'une longueur d'onde donnée en un autre signal sur une longueur d'onde différente, en conservant le même contenu numérique. Cette capacité est importante pour les réseaux WDM car elle offre plus de flexibilité dans le routage des signaux optiques à travers le réseau.
RÉSEAUX DE TRANSPORT OPTIQUE
Les réseaux WDM sont construits en connectant des nœuds de connexion croisée en longueur d'onde (WXC) dans une certaine topologie de choix. Les WXC sont réalisés par des multiplexeurs et des démultiplexeurs de longueur d'onde, des commutateurs et des convertisseurs de longueur d'onde.
La figure suivante illustre une architecture de nœud WXC générique.
Les signaux optiques, multiplexés dans la même fibre, arrivent à un démultiplexeur optique. Le signal est décomposé en ses plusieurs porteuses de longueur d'onde et envoyé à une banque de commutateurs optiques. Les commutateurs optiques acheminent les signaux de plusieurs longueurs d'onde dans une banque de sortie.
Multiplexeurs, où les signaux sont multiplexés et injectés dans les fibres sortantes pour la transmission. Des convertisseurs de longueur d'onde peuvent être utilisés entre le commutateur optique et les multiplexeurs de sortie afin de fournir une plus grande flexibilité de routage. Les WXC font l'objet de recherches depuis plusieurs années. Les difficultés avec les WXC sont la diaphonie et le taux d'extinction.
Un nœud de connexion croisée de longueur d'onde
Les réseaux de transport optique (OTN) sont des réseaux WDM fournissant des services de transport via des chemins lumineux. Un chemin lumineux est un tube à bande passante élevée transportant des données jusqu'à plusieurs gigabits par seconde. La vitesse du trajet lumineux est déterminée par la technologie des composants optiques (lasers, amplificateurs optiques, etc.). Des vitesses de l'ordre de STM-16 (2488,32 Mbps) et STM-64 (9953,28 Mbps) sont actuellement réalisables.
Un OTN est composé de nœuds WXC, plus un système de gestion, qui contrôle la configuration et le démontage des chemins lumineux grâce à des fonctions de supervision telles que la surveillance des dispositifs optiques (amplificateur, récepteurs), la récupération des pannes, etc. La configuration et le démontage des chemins lumineux doivent être exécutés sur une grande échelle de temps, comme des heures ou même des jours, étant donné que chacun d'entre eux fournit une capacité de bande passante de dorsale.
Il existe une grande flexibilité dans la façon dont les OTN sont déployés, en fonction des services de transport à fournir. Une des raisons de cette flexibilité est que la plupart des composants optiques sont transparents au codage du signal. Ce n'est qu'à la limite de la couche optique, où le signal optique doit être reconverti dans le domaine électronique, que le codage est important.
Ainsi, des services optiques transparents pour prendre en charge diverses technologies de réseau électronique héritées, telles que SDH, ATM, IP et relais de trame, fonctionnant au-dessus de la couche optique, est un scénario probable à l'avenir.
La couche optique est en outre divisée en trois sous-couches -
Le réseau de couche de canal optique, qui s'interface avec les clients OTN, fournissant des canaux optiques (OCh).
Le réseau de couche multiplex optique, qui multiplexe divers canaux en un seul signal optique.
Le réseau de couche de section de transmission optique, qui assure la transmission du signal optique à travers la fibre.
FORMAT DE CADRE OTN
Semblable à l'utilisation d'une trame SDH, l'accès à l'OCh devrait se faire via une trame OC, qui est actuellement définie. La taille de trame de base correspond à la vitesse STM-16 ou 2488,32 Mbps, qui constitue le signal OCh de base. La figure suivante illustre un format de trame OCh possible.
Une trame de canal optique
La région la plus à gauche de la trame (illustrée dans la figure ci-dessous) est réservée aux octets de surdébit. Ces octets doivent être utilisés pour les fonctions OAM & P, similaires aux octets de surdébit de la trame SDH, évoqués précédemment.
Cependant, des fonctions supplémentaires sont susceptibles d'être prises en charge, telles que la fourniture de fibres noires (réservation d'une longueur d'onde entre deux points d'extrémité pour un seul utilisateur) et l'APS basé sur la longueur d'onde. La région la plus à droite de la trame est réservée à un schéma de correction d'erreur directe (FEC) à appliquer sur toutes les données de charge utile. Un FEC sur une couche de transmission optique augmente la longueur de portée maximale et réduit le nombre de répéteurs. Un code Reed-Solomon peut être utilisé.
Plusieurs OCh doivent être multiplexés ensemble dans le domaine optique, pour former le signal de multiplexeur optique (OMS). Ceci est parallèle au multiplexage de plusieurs trames STM-1 dans un format de trame STM-N SDH. Plusieurs OCh peuvent être multiplexés pour former OMS.
Le signal client optique est placé dans le signal de charge utile OCh. Le signal client n'est pas contraint par le format de trame OCh. Au lieu de cela, le signal client doit être uniquement un signal numérique à débit binaire constant. Son format n'a pas non plus d'importance pour la couche optique.
ANNEAUX WDM
Conceptuellement, un anneau WDM n'est pas très différent d'un anneau SDH. Les WXC sont interconnectés dans une topologie en anneau, similaire aux ADM SDH dans un anneau SDH. La principale différence architecturale entre un anneau SDH et un anneau WDM est enracinée dans les capacités WXC de commutation et de conversion de longueur d'onde.
Ces fonctionnalités peuvent être utilisées par exemple pour fournir des niveaux de protection sans parallèle dans la technologie SDH. En d'autres termes, une protection de longueur d'onde ou de trajet lumineux peut être fournie, en plus de la protection de trajet et de ligne.
Les protocoles APS optiques sont aussi complexes que les APS SDH. La protection peut être fournie soit au niveau OCh, soit au niveau de la section multiplex optique / section de transmission optique. Certaines capacités de protection supplémentaires peuvent être mises en œuvre sans parallèle dans les anneaux SDH. Par exemple, un chemin lumineux défectueux (par exemple une panne laser) peut être corrigé en convertissant un signal optique d'une longueur d'onde donnée en une autre, évitant le réacheminement du signal.
Cela équivaut à la commutation de portée en SDH, à la différence que même deux anneaux WDM à fibre peuvent fournir une telle capacité pour la protection OCh. Dans la couche OMS, cependant, la protection de portée nécessitera quatre anneaux de fibre, comme dans SDH. Ces fonctionnalités supplémentaires introduiront sans aucun doute une complexité supplémentaire dans les protocoles APS de la couche optique.
Une fois l'anneau WDM activé, les chemins lumineux doivent être établis conformément au modèle de trafic à prendre en charge.
RÉSEAUX MESH WDM
Les réseaux maillés WDM sont construits avec les mêmes composants optiques que les anneaux WDM. Cependant, les protocoles utilisés dans les réseaux maillés sont différents de ceux utilisés dans les anneaux. Par exemple, la protection dans les réseaux maillés est une proposition plus complexe, tout comme le problème du routage et de l'attribution des longueurs d'onde dans les réseaux maillés WDM.
Les réseaux maillés sont susceptibles d'être des infrastructures dorsales reliant des anneaux WDM. Certaines de ces connexions devraient être optiques, évitant les goulots d'étranglement optiques / électroniques et assurant la transparence. D'autres nécessiteront la conversion du signal optique dans le domaine électronique pour la gestion du contrôle, et peut-être à des fins de facturation. La figure suivante illustre un réseau WDM.
Infrastructure - Dans cette figure, trois couches de topologie suivantes sont affichées -
- Réseau d'accès
- Réseau régional
- Réseau dorsal
Infrastructure réseau WDM
Les anneaux SDH et les réseaux optiques passifs (PON) en tant que réseaux d'accès sont inclus. Ils sont généralement basés sur un bus, ou une topologie en étoile et un protocole de contrôle d'accès au support (MAC) est utilisé pour coordonner les transmissions entre les utilisateurs. Aucune fonctionnalité de routage n'est fournie dans ces réseaux.
Ces architectures sont pratiques pour des réseaux supportant au plus quelques centaines d'utilisateurs sur de courtes distances. Bien que les PON soient des réseaux moins chers que les anneaux WDM, en raison du manque de composants actifs et de fonctionnalités telles que le routage de longueur d'onde, les lasers nécessaires aux sources PON rendent la première génération de tels équipements encore plus chère que les anneaux SDH. Cela favorise la solution SDH au niveau du réseau d'accès, du moins dans un futur proche.
Les réseaux dorsaux contiennent des composants optiques actifs, fournissant ainsi des fonctions telles que la conversion de longueur d'onde et le routage. Les réseaux dorsaux devront en quelque sorte s'interfacer avec les technologies de transport héritées, telles que ATM, IP, PSTN et SDH.
Le scénario global est illustré dans la figure suivante. Plusieurs types d'interfaces impliqués dans la figure.
Superposition d'un réseau de transport WDM transportant du trafic ATM / IP.
Encapsulation de trame SDH
La trame OCh doit être définie de sorte que l'encapsulation de trame SDH puisse être effectuée facilement. Le STM-16xc entier, par exemple, doit être transporté en tant que charge utile OCh. Si un canal optique STM-16 de base est utilisé, il peut ne pas être possible d'encapsuler SDH-16xc dans le canal optique STM-16, en raison des octets de surdébit OCh.
Le format de trame OCh est en cours de définition. La figure suivante illustre l'encapsulation de trame SDH dans une trame OCh.
Interfaces SDH vers WDM
Les équipements WDM dotés d'interfaces SDH physiques fourniront des signaux optiques aux dispositifs SDH. Ces interfaces doivent être compatibles avec la technologie SDH. Par conséquent, le périphérique SDH n'a pas besoin de connaître la technologie WDM utilisée pour transporter son signal (par exemple, le périphérique peut appartenir à un anneau BLSR / 4).
Dans ce cas, le WXC chutera et ajoutera dans le support optique la longueur d'onde utilisée à l'origine dans l'anneau SDH. De cette façon, les couches WDM et SDH sont complètement découplées, ce qui est nécessaire pour l'interopérabilité WDM avec l'équipement hérité SDH.
Cela impose des contraintes supplémentaires sur la sélection des longueurs d'onde dans la couche optique, car la longueur d'onde du dernier saut, celle qui interfère avec le dispositif SDH, doit être la même que celle utilisée par le dispositif SDH pour terminer le chemin optique, si la conversion de longueur d'onde n'est pas fournie dans le dispositif SDH.
Un lien WDM
| La technologie | Détection | Restauration | Détails | |
|---|---|---|---|---|
| WDM | WDM-OMS / OCH | 1 à 10 ms | 10 à 30 ms | Anneau / PP |
| SDH | SDH | 0,1 ms | 50 ms | Bague |
| APS 1 + 1 | 0,1 ms | 50 ms | PP | |
| AU M | FDDI | 0,1 ms | 10 ms | Bague |
| STM | 0,1 ms | 100 ms | ||
| ATM PV-C / P 1 + 1 | 0,1 ms | 10 msxN | Veille N = # sauts | |
| ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P | 40 ans | 1 à 10 s | ||
| IP | Protocole de passerelle frontalière | 180 ms | 10 à 100 s | |
| Protocole de routage de passerelle intérieure et E-OSPF | 40 ans | 1 à 10 s | ||
| Système intermédiaire | 40 ans | 1 à 10 s | ||
| Protocole Internet de routage | 180s | 100 s |
Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, bien que la restauration soit plus rapide dans WDM que dans la technologie SDH, la détection des pannes dans WDM est plus lente. Une superposition plus sûre des mécanismes de protection WDM / SDH nécessite un schéma de protection WDM plus rapide. Alternativement, les APS SDH pourraient être artificiellement ralentis si les clients SDH peuvent se permettre la dégradation des performances engendrée par de telles procédures.
Une reprise après panne inutile aux couches supérieures peut entraîner une instabilité de la route et une congestion du trafic; par conséquent, il doit être évité à tout prix. Les contrôles de persistance des défauts peuvent être utilisés aux couches supérieures pour éviter une réaction précoce aux défauts des couches inférieures.
Une reprise après défaillance au niveau de la sous-couche OMS peut remplacer les procédures de restauration de plusieurs instances des signaux SDH servis par la couche optique. Ainsi, un nombre potentiellement important de clients SDH est épargné de lancer des procédures de reprise après incident au niveau de leurs couches. Par conséquent, une seule reprise après défaillance au niveau de la sous-couche optique OMS peut en épargner des centaines.
Évolution vers un réseau de transport entièrement optique
L'évolution vers un réseau WDM entièrement optique est susceptible de se produire progressivement. Premièrement, les appareils WXC seront connectés aux fibres existantes. Certains composants supplémentaires peuvent être nécessaires dans la liaison optique, tels que les EDFA, afin de rendre les liaisons par fibre héritées adaptées à la technologie WDM. Les WXC s'interfaceront avec des équipements existants, tels que le SDH et l'interface de données distribuées par fibre (FDDI).
Un avantage d'un réseau de transport transparent entièrement optique est que le transfert des fonctions SDH vers la couche supérieure (IP / ATM) ou inférieure (WDM) SDH est susceptible de se produire, ce qui permet des économies en termes d'évolutivité et de maintenance du réseau. Une telle réorganisation de couche pourrait affecter les réseaux de transport, en supposant que le trafic en temps réel, y compris la voix, est mis en paquets (IP / ATM). Cela pourrait conduire à l'extinction des signaux SDH des VC.
Un problème clé serait alors de savoir comment emballer le plus efficacement les paquets dans SDH, ou même directement dans des trames OCh. Quelle que soit la nouvelle méthode d'encapsulation émerge, la rétrocompatibilité avec l'encapsulation IP / PPP / HDLC et ATM est indispensable.
DWDM utilise un ensemble de longueurs d'onde optiques (ou canaux) d'environ 1 553 nm avec un espacement de canal de 0,8 nm (100 GHz), chaque longueur d'onde peut transporter des informations jusqu'à 10 Gbps (STM 64). Plus de 100 de ces canaux peuvent être combinés et transmis sur une seule fibre. Des efforts sont déployés pour resserrer davantage les canaux et pour augmenter le débit binaire des données sur chaque canal.
Expérimentalement, la transmission de 80 canaux, chacun transportant 40 Gbit / s (équivalent à 3,2 Tbits / s) sur une seule fibre, a été testé avec succès sur une longueur de 300 km. Le déploiement d'un réseau optique DWDM point à point et en anneau nécessite un type plus récent d'éléments de réseau capables de manipuler les signaux en cours de route sans conversion OEO coûteuse. Les amplificateurs optiques, les filtres, les multiplexeurs optiques, les démultiplexeurs et les interconnexions optiques font partie des éléments essentiels du réseau. MEMS joue un rôle important dans la conception et le développement de ces éléments de réseau.
MEMS est un acronyme pour Micro Electro Mechanical Systems. Il est utilisé pour créer des appareils ultra-miniaturisés, ayant des dimensions de quelques microns à quelques centimètres de diamètre. Ceux-ci sont assez similaires à un circuit intégré, mais avec une capacité à intégrer des pièces mécaniques en mouvement sur le même substrat.
La technologie MEMS a ses racines dans l'industrie des semi-conducteurs. Ceux-ci sont fabriqués à l'aide d'un processus de fabrication par lots similaire à un VLSI. Un MEMS typique est un microsystème intégré sur une puce qui peut incorporer des pièces mécaniques en mouvement en plus d'éléments électriques, optiques, fluidiques, chimiques et biomédicaux.
Fonctionnellement, MEMS comprend une variété de mécanismes de transsudation pour convertir les signaux d'une forme d'énergie à une autre.
De nombreux types différents de micro-capteurs et de micro-actionneurs peuvent être intégrés au traitement du signal, aux sous-systèmes optiques et à la micro-informatique pour former un système fonctionnel complet sur une puce. La capacité caractéristique du MEMS est d'inclure des pièces mécaniques mobiles sur le même substrat.
En raison de sa petite taille, il est possible d'utiliser des MEMS à des endroits où les dispositifs mécaniques sont pratiquement impossibles à installer; comme, à l'intérieur d'un vaisseau sanguin d'un corps humain. Le temps de commutation et de réponse des dispositifs MEMS est également inférieur à celui des machines conventionnelles et ils consomment moins d'énergie.
Application du MEMS
Aujourd'hui, les MEMS trouvent des applications dans tous les domaines. Les télécommunications, les sciences biologiques et les capteurs en sont les principaux bénéficiaires. Des capteurs de mouvement, d'accélération et de stress basés sur MEMS sont déployés massivement dans les avions et les engins spatiaux pour accroître la sécurité et la fiabilité. Les satellites Pico (pesant environ 250 g) sont développés comme dispositifs d'inspection, de communication et de surveillance. Ceux-ci utilisent des systèmes basés sur MEMS comme charge utile ainsi que pour leur commande orbitale. Les MEMS sont utilisés dans les buses des imprimantes à jet d'encre et dans les têtes de lecture / écriture des disques durs. L'industrie automobile utilise des MEMS dans les «systèmes d'injection de carburant» et les capteurs d'airbag.
Les ingénieurs concepteurs intègrent des MEMS dans leurs nouvelles conceptions pour améliorer les performances de leurs produits. Cela réduit les coûts et le temps de fabrication. L'intégration de plusieurs fonctions dans MEMS offre un degré plus élevé de miniaturisation, un nombre de composants plus faible et une fiabilité accrue.
Techniques de conception et de fabrication
Au cours des dernières décennies, l'industrie des semi-conducteurs a atteint sa maturité. Le développement de MEMS bénéficie largement de cette technologie. Au départ, les techniques et les matériaux utilisés pour la conception et la fabrication de circuits intégrés (CI) ont été empruntés directement pour le développement de MEMS, mais maintenant de nombreuses techniques de fabrication spécifiques aux MEMS sont en cours de développement. Le micro-usinage de surface, le micro-usinage en vrac, la gravure ionique réactive profonde (DRIE) et le micro-moulage font partie des techniques avancées de fabrication de MEMS.
En utilisant le micromachining method, diverses couches de silicium polycristallin, typiquement de 1 à 100 mm d'épaisseur, sont déposées pour former une structure tridimensionnelle comportant des conducteurs métalliques, des miroirs et des couches isolantes. Un processus de gravure précis enlève sélectivement un film de soulignement (couche sacrificielle) laissant un film de recouvrement appelé couche structurelle capable d'un mouvement mécanique.
Surface micromachiningest utilisé pour fabriquer une variété de dispositifs MEMS dans des volumes commerciaux. Des couches de silicium polycristallin et de métal peuvent être vues avant et après le processus de gravure.
Bulk micromachiningest un autre processus largement utilisé pour former des composants fonctionnels pour MEMS. Un cristal de silicium unique est modelé et façonné pour former des pièces tridimensionnelles de haute précision comme des canaux, des engrenages, des membranes, des buses, etc. Ces composants sont intégrés à d'autres pièces et sous-systèmes pour produire des MEMS complètement fonctionnels.
Certains blocs de construction standardisés pour le traitement MEMS et les composants MEMS sont des processus MEMS multi-utilisateurs (MUMP). Ce sont les fondements d'une plate-forme qui conduit à une approche spécifique aux applications des MEMS, très similaire à l'approche spécifique aux applications (ASIC), qui a connu un tel succès dans l'industrie des circuits intégrés.
Tous les réseaux optiques DWDM et MEMS
Les experts en télécommunications d'aujourd'hui sont confrontés à un défi sans précédent pour prendre en charge une gamme toujours croissante de services à large bande passante dans les réseaux de télécommunications. La demande de bande passante augmente de façon exponentielle en raison de l'expansion des services Internet et Internet. L'arrivée du multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) a résolu cette rareté technologique et a complètement changé l'économie du réseau optique central.
DWDM utilise un ensemble de longueurs d'onde optiques (ou canaux) autour de 1553 nm avec un espacement des canaux de 0,8 nm (100 GHz), chaque longueur d'onde peut transporter des informations jusqu'à 10 Gbps (STM 64). Plus de 100 de ces canaux peuvent être combinés et transmis sur une seule fibre. Des efforts sont déployés pour resserrer davantage les canaux et pour augmenter le débit binaire des données sur chaque canal.
Expérimentalement, la transmission de 80 canaux, chacun transportant 40 Gbits / s (équivalent à 3,2 Tbits / s) sur une seule fibre, a été testé avec succès sur une longueur de 300 km. Le déploiement d'un réseau optique DWDM point à point et en anneau nécessite un type plus récent d'éléments de réseau capables de manipuler les signaux en cours de route sans conversion OEO coûteuse. Les amplificateurs optiques, les filtres, les multiplexeurs optiques, les démultiplexeurs et les interconnexions optiques font partie des éléments essentiels du réseau. MEMS joue un rôle important dans la conception et le développement de ces éléments de réseau. Nous discuterons en détail de Optical Add Drop Mux (OADM) et Optical Cross Connect (OXC).
Percée dans la commutation optique
Un commutateur optique pratique basé sur MEMS a été démontré par des scientifiques des Bell Labs au cours de l'année 1999. Il fonctionne comme une barre de bascule avec un miroir microscopique plaqué or à une extrémité. Une force électrostatique tire l'autre extrémité de la barre vers le bas, soulevant le miroir qui réfléchit la lumière à angle droit. La lumière entrante se déplace ainsi d'une fibre à l'autre.
Le succès technologique est en fait un élément constitutif d'une variété de dispositifs et de systèmes, tels que des multiplexeurs d'ajout / de suppression de longueur d'onde, des commutateurs d'approvisionnement optique, des interconnexions optiques et des égaliseurs de signaux WDM.
Multiplexeur optique Add Drop
À l'instar des réseaux SDH / SONET en anneau, les réseaux entièrement optiques DWDM commencent à décoller. La supériorité du réseau en anneau sur le réseau maillé a déjà été établie par les concepteurs de réseaux SDH. Dans l'anneau tout optique, les bandes passantes (ls) peuvent être réservées à des fins de protection. Les multiplexeurs à ajout optique (OADM) sont fonctionnellement similaires aux multiplexeurs à ajout de goutte SDH / SONET (ADM). Un groupe de longueurs d'onde sélectionnées (ls) peut être ajouté ou supprimé d'un signal lumineux à plusieurs longueurs d'onde. OADM élimine la conversion coûteuse d'OEO (optique vers électrique et arrière).
Une matrice bidimensionnelle de commutateurs optiques telle que décrite ci-dessus est utilisée pour fabriquer de tels OADM offrant très peu de flexibilité. Les multiplexeurs d'ajout de goutte reconfigurables (R-OADM) permettent une flexibilité totale. N'importe quel canal passant peut être accédé, supprimé, ou de nouveaux canaux peuvent être ajoutés. La longueur d'onde d'un canal spécifique peut être modifiée pour éviter le blocage. Les commutateurs optiques ou OADM de ce type sont appelés commutateurs 2D ou N2 car le nombre d'éléments de commutation nécessaires est égal au carré du nombre de ports, et parce que la lumière reste dans un plan de deux dimensions uniquement.
Un OADM à huit ports nécessite 64 micro-miroirs individuels avec leur contrôle sur un dispositif MEMS. Il est assez similaire aux commutateurs «cross bar» utilisés dans les centraux téléphoniques.
Les commutateurs optiques de ce type ont subi des tests mécaniques et optiques rigoureux. La perte d'insertion moyenne est inférieure à 1,4 dB avec une excellente répétabilité de ± 0,25 dB sur 1 million de cycles. Un OADM de type 2D / N2 ayant une configuration supérieure à 32x32 (1024 miroirs de commutation) devient pratiquement ingérable et non économique. Plusieurs couches de tissus de commutation plus petits sont utilisées pour créer des configurations plus grandes.
Connexion croisée optique
La limitation du commutateur optique de type 2D a été surmontée par une technologie de commutation optique encore innovante de Bell Labs. Il est populairement connu comme‘Free Space 3-D MEMS’ ou ‘Light Beam Steering’. Il utilise une série de micro-miroirs à double axe comme interrupteur optique. Le micro-miroir est monté sur l'un des axes d'un ensemble d'anneaux de cardan à couplage croisé, via un ensemble de ressorts de torsion. Cet agencement permet au miroir de se déplacer le long de deux axes perpendiculaires à n'importe quel angle souhaité. Le miroir est actionné par une force électrostatique appliquée à quatre quadrants sous le miroir. L'unité de micro-miroir complète est répliquée à l'aide de la technologie MEMS pour former une «matrice de commutation» de 128 ou 256 micro-miroirs.
Un réseau de fibres d'entrée collimatées est aligné sur un ensemble de miroirs qui peuvent rediriger la lumière en inclinant le miroir sur les axes X et Y vers un second ensemble de miroirs alignés sur des fibres de sortie collimatées. En orientant précisément un ensemble de miroirs sur les fibres d'entrée et de sortie, une connexion lumineuse souhaitée peut être établie. Ce processus est appelé «direction du faisceau lumineux».
Le temps de commutation du commutateur MEMS 3D est inférieur à 10 ms et les micro-miroirs sont extrêmement stables. Les interconnexions optiques basées sur cette technologie offrent divers avantages uniques par rapport aux interconnexions de type OEO. Les OXC sont de haute capacité, évolutifs, réellement indépendants du débit binaire et du format de données. Il achemine intelligemment les canaux optiques sans conversion OEO coûteuse. Un faible encombrement et une faible consommation d'énergie sont des avantages supplémentaires de la technologie de commutation tout optique.
Les premiers systèmes WDM transportaient deux ou quatre longueurs d'onde largement espacées. WDM et les technologies de «suivi» de CWDM et DWDM ont évolué bien au-delà de cette limite initiale.
WDM
Les systèmes WDM traditionnels et passifs sont largement répandus avec 2, 4, 8, 12 et 16 canaux comme les déploiements normaux. Cette technique a généralement une limitation de distance inférieure à 100 km.
CWDM
Aujourd'hui, le WDM grossier (CWDM) utilise généralement un espacement de 20 nm (3000 GHz) jusqu'à 18 canaux. La Recommandation CWDM UIT-T G.694.2 fournit une grille de longueurs d'onde pour des distances cibles jusqu'à environ 50 km sur des fibres monomodes comme spécifié dans les Recommandations UIT-T G.652, G.653 et G.655. La grille CWDM est composée de 18 longueurs d'onde définies dans la gamme de 1270 nm à 1610 nm espacées de 20 nm.
DWDM
L'espacement commun WDM dense peut être de 200, 100, 50 ou 25 GHz avec un nombre de canaux atteignant jusqu'à 128 canaux ou plus à des distances de plusieurs milliers de kilomètres avec amplification et régénération le long d'une telle route.