Réseau de données optique

IP sur WDM, tel que défini aujourd'hui, impose une vision restrictive des capacités que les réseaux de données et les réseaux optiques peuvent fournir. Les contraintes, introduites par une seule pile de protocoles et non en utilisant pleinement les capacités de mise en réseau au niveau de la couche optique, sont très restrictives pour certaines applications réseau.

Les tendances de mise en réseau mentionnées ci-dessus nécessitent une plate-forme de réseau optique qui peut prendre en charge une variété de piles de protocoles, d'architectures de réseau et d'options de protection et de restauration d'une manière indépendante du signal client. Le choix WDM point à point de point à point est le meilleur pour certaines des applications réseau des réseaux de données à haut débit, mais certainement pas pour toutes. En outre, la plate-forme optique choisie pour implémenter et déployer ces futurs réseaux de données doit garantir que de nouveaux mappages de pile de protocoles inattendus peuvent être facilement pris en charge, et ils peuvent recevoir les mêmes fonctionnalités de mise en réseau du réseau de couche optique sans avoir besoin d'une conversion de protocole intermédiaire.

La mise en réseau optique de données est une approche alternative qui n'essaie pas de réduire l'hétérogénéité des piles de protocoles et des architectures réseau, mais exploite plutôt l'hétérogénéité pour fournir des solutions réseau adaptées à chaque segment particulier d'application et de fournisseur de réseau. La mise en réseau de données optique combine des fonctionnalités de mise en réseau au niveau des couches de service et de transport.

Composant principal de la mise en réseau optique de données

La diversité des piles de protocoles, reflétée dans la multiplicité des types de signaux clients à prendre en charge dans l'OTN, est prise en charge par l'utilisation de wrappers numériques. L'utilisation de véritables fonctionnalités de mise en réseau optique offre une flexibilité et une robustesse supplémentaires via le routage OCh, la surveillance, la protection et la restauration des défauts et des performances, le tout effectué sur une base sélective par OCh. Tous ces éléments combinés constituent une solution réseau puissante et flexible, évolutive et ouverte à toute vision particulière des fournisseurs de services de données.

Cette technologie est rentable et plus flexible pour la mise à niveau de la capacité des canaux, l'ajout / la suppression de canaux, le réacheminement et la distribution du trafic, prenant en charge tous les types de topologie de réseau et de systèmes de protection et la synchronisation. Voici les principaux composants -

  • TP (transpondeur)
  • VOA (atténuateur optique variable)
  • MUX (multiplexeur)
  • DEMUX (démultiplexeur)
  • BA (amplificateur d'appoint)
  • Ligne (média OFC)
  • LA (amplificateur de ligne)
  • PA (préamplificateur)
  • OSC (canal de supervision optique)

Transpondeur

Cette unité est une interface entre le signal optique à impulsion large STM-n et les équipements MUX / DEMUX. Ce signal optique peut être colocalisé ou provenir de différents supports physiques, différents protocoles et types de trafic. Il convertit le signal d'impulsion large en une longueur d'onde étroite (spot ou fréquence colorée) de l'ordre du nano-mètre (nm) avec un espacement de 1,6 nm; envoi à MUX.

Dans le sens inverse, la sortie colorée du DEMUX est convertie en un signal optique à impulsion large. Le niveau de puissance de sortie est compris entre +1 et –3 dBm dans les deux sens. La conversion est optique vers électrique et électrique vers optique (O vers E et E vers O) selon la méthode 2R ou 3R.

Dans 2R, la régénération et la remise en forme sont effectuées, tandis que dans 3R, la régénération, la remise en forme et la remise en forme sont effectuées. TP peut être la couleur de la longueur d'onde et le débit binaire dépendant ou accordable pour les deux (coûteux et non utilisé). Cependant, dans 2R, n'importe quel débit binaire, PDH, STM-4 ou STM-16 peut être le débit de canal. L'unité a une limitation avec la sensibilité du récepteur et le point de surcharge.

Bien que l'étage électrique intermédiaire soit inaccessible, les octets supplémentaires de STN-n sont utilisés à des fins de supervision. Cette unité prend également en charge le fonctionnement de sécurité optique (ALS) sur la Recommandation UIT-T G.957.

Atténuateur optique variable (VOA)

Il s'agit d'un réseau passif comme la préaccentuation nécessaire pour ajuster la distribution uniforme du niveau de signal sur la bande EDFA de sorte que la puissance de sortie optique de canal individuel de l'unité Mux reste la même quel que soit le nombre de canaux chargés dans le système.

L'atténuateur optique est similaire à un simple potentiomètre ou circuit utilisé pour réduire un niveau de signal. L'atténuateur est utilisé chaque fois qu'un test de performance doit être exécuté, par exemple, pour voir comment l'erreur de bit est affectée par la variation du niveau de signal dans la liaison. Une façon consiste à avoir une configuration mécanique précise dans laquelle le signal optique passe à travers une plaque de verre avec une quantité différente d'obscurité, puis retourne à la fibre optique, comme indiqué sur la figure.

La plaque de verre a une densité de gris allant de 0% à une extrémité à 100% à l'autre extrémité. Lorsque la plaque est déplacée à travers l'espace, plus ou moins d'énergie lumineuse est autorisée à passer. Ce type d'atténuateur est très précis, et peut gérer n'importe quelle longueur d'onde lumineuse (puisque la plaque atténue toute énergie lumineuse de la même quantité, quelle que soit la longueur d'onde), mais il est mécaniquement coûteux.

Multiplexeur (MUX) et démultiplexeur (De-MUX)

Comme les systèmes DWDM envoient des signaux de plusieurs stations sur une seule fibre, ils doivent inclure des moyens pour combiner les signaux entrants. Cela se fait à l'aide d'un multiplexeur, qui prend les longueurs d'onde optiques de plusieurs fibres et les fait converger en un faisceau. A la réception, le système doit être capable de séparer les longueurs d'onde transmises du faisceau lumineux pour qu'elles puissent être détectées discrètement.

Les démultiplexeurs remplissent cette fonction en séparant le faisceau reçu en ses composantes de longueur d'onde et en les couplant en fibres individuelles.

Les multiplexeurs et les démultiplexeurs peuvent être de conception passive ou active. La conception passive utilise un prisme, des réseaux de diffraction ou des filtres, tandis que la conception active combine des dispositifs passifs avec des filtres accordables.

Les principaux défis de ces dispositifs sont de minimiser la diaphonie et de maximiser la séparation des canaux (la différence de longueur d'onde entre deux canaux adjacents). La diaphonie est une mesure de la façon dont les canaux sont séparés, tandis que la séparation des canaux fait référence à la capacité de distinguer chaque longueur d'onde.

Types de multiplexeur / démultiplexeur

Type de prisme

Une forme simple de multiplexage ou de démultiplexage des longueurs d'onde peut être réalisée à l'aide d'un prisme.

Un faisceau parallèle de lumière polychromatique frappe une surface de prisme et chaque longueur d'onde de composant est réfractée différemment. C'est lerainbow effect. Dans la lumière de sortie, chaque longueur d'onde est séparée de la suivante par un angle. Une lentille focalise ensuite chaque longueur d'onde au point où elle doit entrer dans une fibre. Les composants peuvent être utilisés à l'envers pour multiplexer différentes longueurs d'onde sur une fibre.

Type de réseau de diffraction

Une autre technologie est basée sur le principe de la diffraction et des interférences optiques. Lorsqu'une source de lumière polychromatique heurte un réseau de diffraction, chaque longueur d'onde est diffractée sous un angle différent et donc en un point différent de l'espace. En utilisant une lentille, ces longueurs d'onde peuvent être focalisées sur des fibres individuelles, comme le montre la figure suivante.Bragg grating, est un composant passif simple, qui peut être utilisé comme miroir sélectif en longueur d'onde et est largement utilisé pour ajouter et supprimer des canaux dans les systèmes DWDM.

Les réseaux de Braggs sont réalisés en utilisant un faisceau laser ultraviolet pour éclairer le cœur d'une fibre monomode à travers un masque de phase. La fibre est dopée au phosphore, au germanium ou au bore pour la rendre photo-sensible. Une fois que la lumière a traversé le masque, un motif de franges est produit, qui est «imprimé» dans la fibre. Cela crée une modulation périodique permanente de l'indice de réfraction du coeur en fibre de verre. Le réseau fini réfléchit la lumière à la longueur d'onde de Bragg (égale à deux fois l'espacement optique entre les régions d'indice élevé et faible) et transmet toutes les autres longueurs d'onde.

Grille de Bragg accordable

Un réseau de fibres de Bragg peut être collé sur un élément piézoélectrique. En appliquant une tension à l'élément, l'élément s'étire de sorte que le réseau est étiré et la longueur d'onde de Bragg passe à une longueur d'onde plus longue. Les appareils actuels peuvent fournir une plage de réglage de 2 nm pour une entrée de 150 V.

Réseau de guide d'ondes en réseau

Les réseaux de guides d'ondes matricés (AWG) sont également basés sur des principes de diffraction. Un dispositif AWG, parfois appelé routeur de guide d'ondes optique ou routeur de réseau de guide d'ondes, se compose d'un réseau de guides d'ondes à canal incurvé avec une différence fixe de longueur de trajet entre les canaux adjacents. Les guides d'ondes sont connectés à des cavités en entrée et en sortie.

Multiplexeur optique

Lorsque la lumière pénètre dans la cavité d'entrée, elle est diffractée et pénètre dans le réseau de guides d'ondes. Ainsi, la différence de longueur optique de chaque guide d'ondes introduit des retards de phase dans la cavité de sortie, où un réseau de fibres est couplé. Le processus aboutit à différentes longueurs d'onde ayant une interférence maximale à différents endroits, ce qui correspond aux ports de sortie.

Filtres d'interférence multicouches

Une technologie différente utilise des filtres d'interférence dans des dispositifs appelés filtres à couches minces ou filtres d'interférence multicouches. En positionnant les filtres, constitués de couches minces dans le chemin optique, la longueur d'onde peut être démultiplexée. La propriété de chaque filtre est telle qu'il transmet une longueur d'onde, tout en réfléchissant les autres. En cascadant ces appareils, de nombreuses longueurs d'onde peuvent être démultiplexées.

Les filtres offrent une bonne stabilité et une bonne isolation entre les canaux à un coût modéré, mais avec une perte d'insertion élevée (les AWG présentent une réponse spectrale plate et une faible perte d'insertion). Le principal inconvénient du filtre est qu'il est sensible à la température et peut ne pas être utilisé pratiquement dans tous les environnements. Cependant, leur gros avantage est qu'ils peuvent être conçus pour effectuer simultanément des opérations de multiplexage et de démultiplexage.

Type de couplage de l'OM

Le couplage OM est une surface interactive avec deux ou plusieurs fibres soudées ensemble. Généralement, il est utilisé pour l'OM, ​​et ses principes de fonctionnement sont illustrés dans la figure suivante.

Le couplage OM ne peut assurer la fonction de multiplexage qu'avec un faible coût de fabrication. Son inconvénient est une perte d'insertion élevée. Actuellement, l'OM utilisé dans l'équipement DWDM de ZTWE utilise le couplage OM. L'OD adopte les composants AWG.

Amplificateurs amplificateurs (amplificateurs optiques)

En raison de l'atténuation, il y a des limites à la durée pendant laquelle un segment de fibre peut propager un signal avec intégrité, avant qu'il ne doive être régénéré. Avant l'arrivée des amplificateurs optiques (OA), il fallait un répéteur pour chaque signal transmis. L'OA avait permis d'amplifier toutes les longueurs d'onde à la fois et sans conversion optique-électrique-optique (OEO). En plus d'être utilisés dans les liaisons optiques (comme répéteur), les amplificateurs optiques peuvent également être utilisés pour augmenter la puissance du signal après le multiplexage ou avant le démultiplexage.

Types d'amplificateurs optiques

Dans chaque voie optique, les amplificateurs optiques ont été utilisés comme répéteurs en mode simplex. Une fibre a été utilisée dans le chemin d'envoi et la deuxième fibre a été utilisée dans le chemin de retour. Les derniers amplificateurs optiques fonctionneront dans deux directions en même temps. Nous pouvons même utiliser la même longueur d'onde dans deux directions, à condition d'utiliser deux débits différents. Une seule fibre peut donc être utilisée pour un fonctionnement en duplex.

Les amplificateurs optiques doivent également avoir une bande passante suffisante pour laisser passer une gamme de signaux fonctionnant à différentes longueurs d'onde. Par exemple, un SLA avec une largeur de bande spectrale de 40 nm par exemple peut traiter une dizaine de signaux optiques.

Dans un système à 565 mb / s, pour une liaison optique de 500 km, cinq amplificateurs optiques SLA sont nécessaires, espacés de 83 km. Chaque amplificateur fournit un gain d'environ 12 dB, mais introduit également du bruit dans le système (BER de 10-9.)

Les amplificateurs SLA présentent les inconvénients suivants -

  • Sensible aux changements de température
  • Sensible aux changements de tension d'alimentation
  • Sensible aux vibrations mécaniques
  • Unreliable
  • Sujette à la diaphonie

Amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA)

Dans les systèmes DWDM, les EDFA sont utilisés. L'erbium est un élément des terres rares qui, lorsqu'il est excité, émet de la lumière autour de 1,54 micromètre, qui est la longueur d'onde à faible perte pour les fibres optiques utilisées dans le DWDM. Un signal faible entre dans la fibre dopée à l'erbium, dans laquelle une lumière à 980 nm ou 1480 nm est injectée à l'aide d'un laser à pompe.

Cette lumière injectée stimule les atomes d'erbium à libérer leur énergie stockée sous forme de lumière supplémentaire de 1550 nm. Le signal devient fort. Les émissions spontanées dans les EDFA ajoutent également la figure de bruit d'un EDFA. Les EDFA ont une largeur de bande typique de 100 nm et sont nécessaires à un intervalle de 80 à 120 km le long de la route optique.

EDFA souffre également d'un affect appelé four-wave-mixingdue à une interaction non linéaire entre les canaux adjacents. Par conséquent, augmenter la puissance de l'amplificateur pour augmenter la distance entre les répéteurs conduit à plus de diaphonie.

Amplificateur Raman

L'utilisation d'amplificateurs SLA et EDFA en WDM est limitée comme déjà décrit et les systèmes WDM modernes se tournent vers l'amplification Raman, qui a une bande passante d'environ 300 nm. Ici, le laser pompe est à l'extrémité réceptrice de la fibre. La diaphonie et le bruit sont considérablement réduits. Cependant, l'amplification Raman nécessite l'utilisation d'un laser à haute pompe.

La dispersion dans la fibre contribue en fait à minimiser l'effet de «mélange à quatre ondes». Malheureusement, les premières liaisons optiques utilisaient souvent une fibre à dispersion nulle dans un effort pour minimiser la dispersion sur de longues distances, lorsque ces mêmes fibres sont mises à niveau pour transporter des signaux WDM; ils ne sont pas le support idéal pour les signaux optiques à large bande.

Des fibres monomodes spéciales sont en cours de développement pour une utilisation WDM. Ceux-ci ont des segments alternés de fibres à dispersion positive et négative, par conséquent, la dispersion totale s'élève à zéro. Cependant, les segments individuels fournissent une dispersion pour empêcher un mélange à quatre ondes.

Amplificateurs de ligne

Il s'agit d'un amplificateur EDFA à deux étages composé d'un préamplificateur (PA) et d'un amplificateur d'appoint (BA). Sans les deux étages, il n'est pas possible d'amplifier le signal jusqu'à 33 dB sur le principe EDFA (pour éviter le bruit généré par émission spontanée). L'amplificateur de ligne (LA) compense la perte de ligne de 22 dB ou 33 dB respectivement pour les systèmes longue et très longue distance. C'est entièrement un appareil de scène optique.

Médias de ligne (OFC)

Il s'agit du support de fibre optique sur lequel voyagent les signaux DWDM. L'atténuation et la dispersion sont les principaux facteurs de limitation déterminant la distance de transmission, la capacité de débit binaire, etc. Normalement, 22 dB et 33 dB sont considérés comme une perte de ligne pour la longueur de saut des systèmes longue distance et très longue distance, respectivement.

La longueur d'onde de la ligne très longue distance peut être de 120 km sans répéteur (LA). Cependant, avec un certain nombre de répéteurs en cascade, la longueur peut aller jusqu'à 600 km, ce qui peut encore être augmenté jusqu'à 1200 km à l'aide du module de compensation de dispersion. Après une telle distance, il a besoin d'une régénération dans l'étage électrique au lieu du répéteur dans l'étage optique uniquement.

Préamplificateur (PA)

Cet amplificateur seul est utilisé au niveau du terminal pour interfacer le DEMUX et la ligne de réception du signal provenant de la station distante. Par conséquent, le signal de ligne atténué est amplifié à un niveau de +3 dBm à 10 dBm avant d'entrer dans l'unité DEMUX.

Canal de supervision optique

La fonction de transmission de données supplémentaires (2 mbit / s: EOW, données spécifiques à l'utilisateur, etc. via l'interface) à une longueur d'onde distincte (1480 nm selon la recommandation UIT-T G-692) de niveau optique inférieur sans aucune disposition de sécurité optique, accompagnée et indépendant du signal de trafic optique principal STM-n, est exécuté par l'OSC. EOW (0,3 à 3,4 KHz) pour le canal sélectif et omnibus est de 64 kbps en code PCM 8 bits.

Le canal de supervision optique (OSC) permet de contrôler et de surveiller les dispositifs de ligne optique ainsi que la gestion de l'emplacement des pannes, de la configuration, des performances et de la sécurité accomplie à l'aide de LCT.