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4 RAPPORT DE PROJET PRÉSENTÉ À L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE DANS LE CADRE

4 RAPPORT DE PROJET PRÉSENTÉ À L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE DANS LE CADRE DU PROJET DE FIN D’ÉTUDES COURS : TEL160 SESSION : AUTÔMNE 2014 SUJET : ETUDES ET ANALYSE D’UN RÉSEAU D’ACCÈS OPTIQUE PASSIF (PON) ÉTUDIANTE : NADEGE BASTIEN PROFESSEUR : DAVID BENSSOUSSAN BASN10607708 Montréal, le 8 décembre 2014 Département de génie électrique Études et analyse d’un réseau PON Page 3 Remerciement Ce rapport fait le point sur l’étude et l’analyse d’un réseau optique à très haut débit PON dans le cadre du certificat en Télécommunications. Il est le fruit de 12 semaines de « travail nocturne », le nez plongé sur les ouvrages et recherches par-ci par-là. Ce travail a pu être finalisé, grâce aux différentes discussions sur le sujet, à la contribution et l’encouragement de plus d’un. C’est pourquoi, je tiens à remercier le Dieu Tout-Puissant qui m’a donné le courage et l’intelligence pour atteindre cet objectif. Mes remerciements s’adressent au Professeur superviseur David Bensoussan qui m’a offert autant d’opportunités de rencontres et de conseils. Mes pensées finales reviendront à ma famille en général, mon conjoint, mes filles, ma mère, mon ami Ali, et mes collègues de bureau, pour leur soutien indéfectible. Et sans vous ce travail serait irréalisable, je vois vos marques, vos apports à travers chacune de ces lignes. Études et analyse d’un réseau PON Page 4 Abréviations et acronymes Un certain nombre d’abréviations sont utilisées couramment dans le langage technique du domaine, tantôt sous forme française, tantôt sous forme anglo-américaine. Elles sont explicitées ci-dessous, par ordre alphabétique, avec les correspondances anglo-français, lorsqu’il y a lieu. A ADSL Asymmetric digital subscriber line APON ATM-based passive optical network ATM Asynchronous transfer mode (www.atmforum.com) B b Bit B Byte (= 8 bits) BER Bit error rate (ITU-T uses bit error ratio) BPON Broadband passive optical network C CO Central office CRTC Conseil de la radiodiffusion et des télécommunications Canadienne. D dB Decibel DSL Digital subscriber line E EPON Ethernet-based passive optical network Ethernet LAN protocol synonymous with developed under IEEE 802.3 standard F FDH Fiber distribution hub FTTH Fiber-to-the-home Études et analyse d’un réseau PON Page 5 FTTX (Fiber to the..., fibre jusqu’à x..) G GbE Gigabit Ethernet Gbit Gigabit (1 000 000 000 bits) GPON Gigabit-capable passive optical network GMPLS : Generalised Multi-Protocol Label Switching, suite de protocoles d’extension de MPLS qui permet d’effectuer de la commutation de données à partir d’un label H HD High-definition I IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers (www.ieee.org) IP Internet protocol ITU International Telecommunication Union (www.itu.int) ITU-T ITU - Telecommunications standardization sector IGMP: Internet Group Management Protocol L LED Diode electroluminescence (DEL), traduction de l'anglais light-emitting diode LSP : Label Switched Path. N NRA Noeud de raccordement d’abonné NRO Nœud de Raccordement Optique O OLT Optical line terminal/termination ONT Optical network terminal/termination (ONU connected to user service interface) ONU Optical network unit (connected to user service interface) Études et analyse d’un réseau PON Page 6 OTDR Optical time-domain reflectometer/reflectometry P P2P Point-to-point PON Passive optical network R S Protocol (protocole simple de gestion de réseau). T TDM Time-division multiplexing TNT V W WDM Wavelength-division multiplexing WIFI Wireless Internet OU Internet sans fil Études et analyse d’un réseau PON Page 7 Glossaire APON : Asynchronous Transfer Mode Passive Optical Network. C'est la première génération de PON utilisant l'ATM pour le transport. BPON: Broadband Passive Optical Network. Il utilise la technologie Ethernet et permet le transport des flux vidéo. Broadband : Qualifie un réseau jouissant d’une large bande passante. Commutateur : Le switch analyse les trames arrivant sur ses ports d’entrée et filtre les données afin de les aiguiller uniquement sur les ports adéquats. EPON: Ethernet Passive Optical Network. Il est le standard IEEE 802.3 Ethernet des PON. Ethernet : Standard de transmission de données pour réseau local. Les ordinateurs d’un tel réseau sont reliés à une même ligne de transmission et utilise un protocole d’accès multiple et de détection de collision. FastEthernet : Version d’Ethernet qui fonctionne à 100 Mégabits/s. (type de câble) FTTH : Fiber To The Home ou fibre jusque chez le client. C'est un service proposé par les opérateurs permettant aux clients d'utiliser le haut débit grâce à la fibre optique. GE : Gigabit Ethernet, sur une liaison du type Gigabit Ethernet, les trames échangées sont de l’ordre du Gigabit/s. GPON: Gigabit Passive Optical Network. C'est la dernière génération de PON. Il est l'équipement le plus utilisé pour l'architecture Point-Multipoint. IGMP : Le protocole IGMP est utilisé pour l’adhésion d’hôtes à un ou plusieurs groupes multicast présents sur le réseau. OLT : Optical Line Termination. Gestionnaire de services dédié au FTTH. ONT : Optical Network Termination. Equipement permettant de fournir les différents services chez le client (données, voix, vidéo). PON : Passive Optical Network. Technologie utilisée pour amener la fibre optique jusqu'au domicile des clients. Routeur : C’est un équipement d’interconnexion de réseaux informatiques permettant d’assurer le routage des paquets entre deux réseaux ou plus afin de déterminer le chemin qu’un paquet de données va emprunter. Études et analyse d’un réseau PON Page 8 Table des matières Remerciement ................................................................................................................................................ 3 Abréviations et acronymes ............................................................................................................................ 4 Glossaire ........................................................................................................................................................ 7 Table des matières ......................................................................................................................................... 8 Sommaire .................................................................................................................................................... 10 Historique des réseaux d’accès dans le monde............................................................................................ 11 1. Réseau optique passif .......................................................................................................................... 12 2. Architecture d’un réseau optique......................................................................................................... 13 2.1 Les différentes architectures d’un réseau PON ........................................................................... 14 a) Le point-à-point passif (P2P) ........................................................................................................ 14 b) Le point-multipoint passif (PON) : .............................................................................................. 14 c) Le point-multipoint actif ............................................................................................................... 15 3. PON TDM (GPON, EPON) et PON WDM ........................................................................................ 15 3.1 PON TDM (GPON, EPON) ........................................................................................................ 15 3.2 PON WDM .................................................................................................................................. 16 4. Éléments d’un PON TDM ................................................................................................................... 17 4.1 Les équipements actifs ................................................................................................................ 18 4.2 OLT ............................................................................................................................................. 18 4.3 ONT ............................................................................................................................................. 19 5. Les composants passifs ....................................................................................................................... 20 5.1 La fibre optique ........................................................................................................................... 20 5.2 Types de fibres ............................................................................................................................ 21 a) Les caractéristiques de la fibre optique ....................................................................................... 22 b) Les effets non-linéaires (dépendent de la puissance en ligne) ..................................................... 22 5.3 Les diviseurs de puissance .......................................................................................................... 22 6. Les protocoles GPON et EPON ......................................................................................................... 23 6.1 Protocole GPON(Gigabit Passive Optical Network)................................................................... 23 a) Sens descendant (de l’OLT vers l’ONU) .................................................................................... 23 b) Sens montant (de l’ONU vers l’OLT) ......................................................................................... 23 6.2 Protocole EPON (Ethernet Passive Optical Network) ................................................................ 24 Études et analyse d’un réseau PON Page 9 7. Principe de fonctionnement d’un réseau PON .................................................................................... 25 7.1 Système de transmission ............................................................................................................. 25 7.2 Analyse du Bilan de liaison d’une installation de câblage .......................................................... 27 7.3 Budget de puissance .................................................................................................................... 28 7.4 Le Budget optique -portée d’une fibre ........................................................................................ 28 7.5 Calcul de la portée d'une fibre optique ........................................................................................ 28 7.6 Bilan de taux d’erreur binaires – BER ........................................................................................ 29 7.7 Limite de dispersion : budget des temps de montée .................................................................... 29 8. Exploitation et maintenance d’un réseau optique ................................................................................ 31 8.1 Les différents équipements de test et d’exploitation ................................................................... 32 8.2 Phase de construction et d’installation ........................................................................................ 33 8.3 Phase d’activation et de maintenance .......................................................................................... 33 8.4 Maintenance d’un réseau optique ................................................................................................ 34 8.5 Localiser la défaillance, avant ou après le coupleur 1xN ? ......................................................... 35 9. Simulation d’un réseau PON ............................................................................................................... 37 9.1 Les différents types de simulateur ............................................................................................... 37 9.2 Simulation d’un réseau PON TDM ............................................................................................. 38 9.2.1 Synoptique de la liaison optique PON TDM ........................................................................... 38 9.2.2 Puissance de transmission ....................................................................................................... 39 9.2.3 Diagramme de l’œil ................................................................................................................. 40 9.2.4 Taux d’erreur binaire (BER-en anglais Bit error rate) ............................................................ 41 9.2.5 Spectre optique OSA ............................................................................................................... 42 10. Conclusion ....................................................................................................................................... 43 Index des figures ......................................................................................................................................... 44 Index des tableaux ...................................................................................................................................... 45 Références et Netographies ......................................................................................................................... 46 Études et analyse d’un réseau PON Page 10 Sommaire Ce projet consiste à étudier et analyser un réseau optique passif (PON) qui est un réseau à très haut débit en mode TDM (Time Division Multiplexing) afin de découvrir ses capacités en terme d’exigences en bande passante et en distance. Ce travail permet aussi de démontrer son efficacité et son déploiement sur un réseau d’accès optique optimal entièrement passif entre l’abonné et la terminaison réseau. Un réseau PON permet de distribuer à tous les abonnés du secteur géographique considéré un flux descendant sur une longueur d'onde et de faire remonter vers le réseau les flux des abonnés sur une autre longueur d'onde. Il a été défini de façon à utiliser des éléments passifs permettant une économie appréciable de la distribution sans négliger la qualité de service. En effet, avec l'arrivée de la télévision numérique à très haut débit (TNT), l'augmentation des tailles des photos et vidéos numériques, le besoin de partage de fichiers de tailles importantes dans un temps record, et le besoin en bande passante, ne cessent de croître de jours en jours. De ce fait, le passage à l’optique dans la boucle locale, connue sous le terme générique FTTx (Fiber To The x) où la "variable" x décrive le point d'aboutissement de la fibre optique dans le réseau d'accès, selon une architecture donnée, répond aux différents besoins du client. Notre travail consiste à analyser un réseau PON afin de découvrir ces uploads/Management/ rapport-1ere-etape.pdf