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Les technologies SDH/SONETet WDM : Les transmissions sur fibre optique La techn

Les technologies SDH/SONETet WDM : Les transmissions sur fibre optique La technologie SDH / SONET 2 La technologie SDH / SONET Résumé Le besoin croissant en bande passante oblige les opérateurs a reconsidérer périodiquement leurs architectures « back bones » pour offrir continuellement des offres associées aux besoins des entreprises et des particuliers. En télécoms ce fût d’abord les services de téléphonie qui obligèrent les opérateurs à moderniser leurs infrastructures, on se souvient du réseau X.25 puis RNIS. Depuis plus d’une décennie c’est le besoin en capacité de transfert de données qui a stimulé les investissements avec les réseaux ATM/FR, PDH et SDH, ces derniers étant compatibles avec leurs aînés pour garantir une interopérabilité des systèmes de communications. De nos jours les besoins en bande passante deviennent tellement considérables que les dernières architectures ne suffisent plus à combler la demande ce qui oblige les opérateurs à relancer leur investissement sur des réseaux datas à haut débit comme le D/WDM par exemple. En effet la convergence vers le tout IP devient de plus en plus évidente, VoIP, ToIP, visioconférence, SAN, … Les réseaux ATM ne peuvent pas et ne peuvent plus offrir suffisamment de débits pour continuer leurs développements. Les architectures PDH principalement conçues pour la téléphonie sont aujourd’hui « obsolète » par leurs coûts de fonctionnement beaucoup trop important. Les architectures SDH conçues pour être stables et de grande capacité doivent être modifiées pour suivre l’évolution de l’économique et des technologiques. Les nouvelles architectures entièrement optique et tout numérique comme WDM offrent des capacités tellement plus importantes qu’elles pourraient remplacer rapidement tous ces réseaux déjà existants. En effet on peut supposer que si la convergence tout IP s’accélère alors les réseaux ATM, FR et PDH deviendront obsolètes très rapidement. Beaucoup de technologies se sont développées autour de ses architectures actuelles pour offrir une multitude de services comme : POS , RPR, …, mais la tendance forte de convergence sur le tout IP et le besoin d’interopérabilité à l’échelle planétaire pourrait bien faire émerger une solution unique clé en main pour offrir à terme du haut débit jusqu'aux portes de l’abonné. C’est dans ce sens que Cisco déploie ses architectures métro WAN/LAN, basées sur du DWDM. DWDM est normalisé par l’UIT-T et l’IETF rédige un draft sur du GMPLS over WDM ce qui montre la volonté des acteurs de l’Internet et des réseaux datas à effectuer un grand saut vers des réseaux à vraiment très haut débit, un saut que les opérateurs ne pourront pas manquer. 3 La technologie SDH / SONET Abstract Synchronous Optical Network (SONET) is a standard for optical telecommunications transport. It was formulated by ECSA for ANSI, which sets industry standards in the United States for telecommunications and other industries. SDH technology (Synchronous Digital Hierarchy) is equivalent in Europe and was designed by the ITU. The comprehensive SONET/SDH standard is expected to provide the transport infrastructure for worldwide telecommunications for at least the next two or three decades. The increased configuration flexibility and bandwidth availability of SONET provides significant advantages over the older telecommunications system. These advantages include the following :  Reduction in equipment requirements and an increase in network reliability  Provision of overhead and payload bytes (the overhead bytes permit management of the payload bytes or an individual basis and facilitate centralized fault sectionalization.  Definition of a synchronous multiplexing format for carrying lower level digital signals (such as DS-1, DS-3 in PDH) and a synchronous structure that greatly simplifies the interface to digital switches, digital cross connect switches, and add- drop multiplexers.  Availability of a set of generic standards that enable products from different vendors to be connected  Definition of a flexible architecture capable of accommodating future applications, with a variety of transmission rates. In brief, SONET/SDH defines optical carrier (OC) levels and electrically equivalent synchronous transports signals (STSs) for the fiber-optic-bases transmission hierarchy. Benoît Champy, Alexandre le-Faucheur 4 La technologie SDH / SONET Sommaire IINTRODUCTION...................................................................................................... 7 I.1EN FRANÇAIS / IN FRENCH : ......................................................................................... 7 I.2EN ANGLAIS / IN ENGLISH : .......................................................................................... 7 IIRAPPEL DE PHYSIQUE............................................................................................. 9 II.1PROPAGATION DES ONDES EM......................................................................................... 9 II.2LOI DE DESCARTES................................................................................................. 10 IIIRAPPEL SUR LES FIBRES OPTIQUES.......................................................................... 11 III.1LA FIBRE OPTIQUES À SAUT D’INDICE................................................................................. 13 III.2LA FIBRE OPTIQUE À GRADIENT D’INDICE.............................................................................. 18 III.3LES EFFETS NON LINÉAIRES DE LA FIBRE OPTIQUE......................................................................21 III.3.1L’effet Kerr optique :............................................................................... 21 III.3.2Diffusion de Raman (1928) :........................................................................ 21 III.4LE PHÉNOMÈNE DE DISPERSION, D’ATTÉNUATION D’AMPLIFICATEUR.......................................................22 III.5L’ESTIMATION DE LA LARGEUR DE BANDE PASSANTE...................................................................25 III.6PMD (POLARIZATION MODE DISPERSION) ET LES FIBRES UTILISÉS EN TÉLÉCOM............................................ 26 III.7LA TECHNOLOGIE DES SOURCES LUMINEUSES........................................................................... 27 III.8CONCLUSION...................................................................................................... 29 IVWDM & DWM...................................................................................................... 30 IV.1PRINCIPE DU WDM/DWDM...................................................................................... 32 IV.1.1Rappel général sur les réseaux....................................................................32 IV.1.2Les principaux composants optiques existant................................................... 32 IV.2L’ARCHITECTURE EN WDM........................................................................................ 36 IV.2.1Architecture Passive Optical Network (PON).................................................... 36 IV.2.2Architecture Broadcast-Selected Network (BSN)...............................................37 IV.2.3Architecture Wavelength Routing Network (WRN).............................................38 IV.3LA TOPOLOGIE RÉSEAU............................................................................................. 39 IV.4LES LIAISONS USUELLES DU DWDM................................................................................. 39 IV.4.1Liaison point à point :............................................................................... 39 IV.4.2Liaison multipoint en anneau......................................................................40 IV.5EVOLUTION DU WDM............................................................................................. 41 IV.6LES DÉBITS ACTUELS EN DWDM................................................................................... 42 IV.7CONCLUSION D/WDM............................................................................................ 43 VL’ARCHITECTURE SDH/SONET................................................................................. 45 V.1HISTORIQUE ET PRÉSENTATION....................................................................................... 45 V.1.1SDH La motivation..................................................................................... 45 V.1.2PDH vers SDH........................................................................................... 46 V.2SDH............................................................................................................. 48 V.2.1La structure DU MULTIPLEXAGE SYNCHRONE..................................................... 49 V.2.2L’architecture du réseau SYNCHRONE............................................................. 52 V.2.3ASPECT physique / les headers de la STM........................................................58 Benoît Champy, Alexandre le-Faucheur 5 La technologie SDH / SONET V.2.4Les alarmes............................................................................................. 65 V.3DIFFÉRENCES SDH ET SONET..................................................................................... 66 V.4CONCLUSION...................................................................................................... 68 VITRANSPORT DE DONNEES SUR SDH.......................................................................... 70 VI.1LES EXIGENCES DU MARCHÉ......................................................................................... 71 VI.1.1Du côté de l’utilisateur :........................................................................... 71 VI.1.2Du côté de l’opérateur : ........................................................................... 72 VI.2LES TECHNOLOGIES DE TRANSPORT SUR SDH......................................................................... 73 VI.2.1IP sur ATM sur SDH/SONET.......................................................................... 73 VI.2.2IP sur PPP sur SDH: Packet Over SONET........................................................... 78 VI.2.3Autres solutions : .................................................................................... 85 VI.3LES TECHNOLOGIES ÉMERGENTES AU NIVEAU LIAISON.................................................................... 86 VI.3.1Ethernet Over SONET................................................................................ 86 VI.3.2RPR (Resilient Packer Ring) : 802.17.............................................................. 91 VIILE MARCHÉ / LES OFFRES OPÉRATEURS................................................................... 97 VII.1LES OFFRES OPÉRATEURS.......................................................................................... 99 VII.2LES ÉQUIPEMENTS CONSTRUCTEURS : .............................................................................. 100 VII.2.1Terminal Multiplexer.............................................................................. 101 VII.2.2Regenerator (STE: System Termination Equipment).........................................102 VII.2.3ADM (Add-Drop Multiplexer)..................................................................... 102 VII.2.4Atm over sdh........................................................................................ 104 VII.2.5Équipements hybrides ............................................................................ 105 VII.2.6Ethernet Over SONET.............................................................................. 107 VII.2.7POS.................................................................................................... 108 VIII CONCLUSION................................................................................................. 109 VIII.1EN FRANÇAIS / IN FRENCH : ................................................................................... 109 VIII.2EN ANGLAIS / IN ENGLISH : .................................................................................... 110 IXLISTE DES FIGURES............................................................................................ 111 XBIBLIOGRAPHIE................................................................................................. 113 XIWEBOGRAPHIE................................................................................................. 114 XIILISTE DES ACRONYMES...................................................................................... 116 XIIIGLOSSAIRE..................................................................................................... 119 XIVINDEX........................................................................................................... 123 XVANNEXES........................................................................................................ 126 6 La technologie SDH / SONET I INTRODUCTION I.1 En français / In french : La hiérarchie courante PDH (Hiérarchie Numérique Plésiochrone) a évolué principalement pour répondre à la demande de la téléphonie (voix). La disponibilité de la bande passante a conduit à la prolifération des nouveaux services, autres que la voix, principalement pour les besoins des clients professionnels. L'offre de ces nouveaux services a entraîné à son tour la nécessité pour les opérateurs télécoms de pouvoir assurer la flexibilité de fournir de nouvelles connexions ou de distribuer dynamiquement la capacité. La croissance du trafic, la complexité des systèmes et l'arrivée de nouveaux acteurs dans le domaine des télécommunications donnent à la planification des grands réseaux de transport une importance toute particulière. L'introduction du multiplexage en longueurs d'onde dans le but d'augmenter d'une part les capacités de transmission et d'acheminement mais également la flexibilité et la rentabilité des systèmes, conduit de plus en plus à une optimisation des systèmes existants et à une meilleure intégration et adéquation des systèmes de nouvelle génération. Cette évolution fait surgir des problèmes de modélisation et d'optimisation auxquels les méthodes de planification utilisées jusqu'à aujourd'hui ne semblent pas pouvoir répondre. L'intérêt scientifique est alors d'adapter et de concevoir des algorithmes sur les différents problèmes clefs de la planification (acheminement adaptatif, allocation et partage des ressources, optimisation, ... ) prenant en compte les contraintes et la spécificité d'un réseau de transport basé sur la hiérarchie numérique synchrone (SDH) et les technologies photoniques comme le multiplexage en longueurs d'onde (WDM). I.2 En anglais / In english : Recent global changes in government structures and resulting economic pressures, increased competition and growing private networks have forced telecommunications service providers throughout the world to increase their operating efficiency. Long- 7 La technologie SDH / SONET established analog transmission systems that proved inadequate were gradually replaced by digital communications networks. In many countries, digital transmission networks were developed based upon standards collectively 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 telecommunication networks are limited, and upgrading to emerging services can be cumbersome. A major disadvantage is that standards exist for electrical line interfaces at PDH rates, but there is no standard for optical line equipment at any PDH rate, which is specific to each manufacturer. Reconfiguring PDH networks can be difficult and labor-intensive - resulting in costly, time-consuming modifications to the network whenever new services are introduced or when more bandwidth is required. The situation was particularly difficult in North America, where a plesiochronous system (T-Carrier) was in place. Utilizing the technological advances and associated reductions in cost since plesiochronous systems were introduced, Bellcore (the research affiliate of the Bell operating companies in the United States) proposed a new transmission uploads/Ingenierie_Lourd/ etat-art-wdm-sdh-sonet.pdf