Réseaux optiques sous-marins

Les réseaux optiques sous-marins sont composés d’un ensemble de nœuds terrestres appelés station d’atterrissement (partie terrestre) qui sont interconnectés par un système de ligne optique déployée sous la mer (partie submergée) sur des distances allant jusqu’à plusieurs milliers de kilomètres. L’équipement terminal de ligne sous-marine (Submarine Line Terminal Equipment, SLTE) installé sur la terre comprend des émetteurs-récepteurs optiques, des commutateurs sélectifs en longueur d’onde (Wavelength selective switch, WSS), des multiplexeurs (MUX) et des démultiplexeurs (DEMUX), ainsi que des équipements de monitoring, d’alimentation électrique et de système de gestion de réseau (NMS). La partie submergée est composée des éléments qui sont posés sous l’eau tels que des câbles, des répéteurs et des unités de branchement (Branching Units, BU). Le système de ligne est composé d’un câble principal de fibre optique monomode équipé d’amplificateurs optiques (ou répéteurs) et de BU pour interconnecter les stations d’atterrissement de câbles à travers des branches reliées au câble principal (Shapiro, 2013).

Les performances du système, la capacité et le coût des systèmes sous-marins sont principalement impactés par la portée (plus de 12 000 km pour les liaisons trans pacifiques (Pilipetskii, 2015)) et les besoins en capacité. Les systèmes doivent également présenter une grande fiabilité et une durée de vie opérationnelle de 25 ans (Shapiro, 2013).

Les réseaux sous-marins sont en général des réseaux optiques de longue distance qui peuvent être classés comme des réseaux point à point, tronc et branches, anneau, maillés, et Festoon, selon les exigences de connectivité et de trafic entre les différentes stations terrestres. Afin de satisfaire la demande mondiale de trafic, les réseaux sous-marins sont conçus pour supporter de très grandes quantités de trafic, par exemple 106 × 200 Gbit/s par pair de fibre (Cai et al., 2014). Les réseaux de longue distance comportent plusieurs répéteurs (amplificateurs optiques), le rôle des répéteurs est l’amplification du signal après chaque segment dont la taille varie de 50 à 100 km (Pilipetskii, 2015). Les systèmes WDM sous-marins nécessitent l’utilisation d’égaliseurs de gain pour remettre le signal qui passe par la chaine d’amplification en forme. Ces égaliseurs peuvent être soit placés une fois après plusieurs amplificateurs (bloc d’égalisation) ou pourraient être situés à chaque répéteur (Bergano, 2005).

Le passage par plusieurs répéteurs cause une amplification non uniforme de certaines parties du spectre. Dans les systèmes de télécommunication, au sens large, l’égalisation est toute technique de traitement de signal numérique qui minimise la dispersion et les effets non linéaires de la fibre et le dispositif capable de le faire est appelé un égaliseur (Tipsuwannakul et al., 2012) (Pradhan et al., 2015). L’égaliseur est un dispositif qui effectue l’opération inverse d’un canal déformé. Théoriquement, un égaliseur doit avoir une caractéristique de fréquence qui est l’inverse de celle du canal de transmission (Tipsuwannakul et al., 2012).

Plusieurs compromis doivent être pris en considération pour la conception et la mise en œuvre des systèmes sous-marins. Contrairement aux réseaux terrestres, les systèmes de ligne et les terminaux sous-marins sont conçus et optimisés en deux étapes distinctes. Dans la première étape, les parties submergées et terrestres sont conçues pour supporter une capacité initiale de trafic (Shapiro, 2013). Mais, avec l’augmentation du trafic et l’amélioration de la technologie des transpondeurs, les systèmes existants sont mis à niveau (ré optimisé) au-delà de leur capacité de conception initiale sans changer le système de câble.

Évolution des réseaux optiques sous-marins : du WDM aux systèmes
cohérents 

Avant le déploiement des fibres avec des capacités de 100 Gbit/s par canal, les réseaux optiques sous-marins ne pouvaient transmettre que 5 Gbit/s sur une seule fibre. Dans le cas où le débit était insuffisant, et afin d’augmenter la capacité de transmission, il fallait utiliser des techniques comme le multiplexage spatial qui consiste tout simplement à transmettre l’information sur plusieurs câbles en parallèle. L’évolution de la capacité est passée par quatre générations de réseaux ; le passage entre les différentes générations s’est fait par l’introduction de nouvelles technologies.

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Multiplexage de longueur d’onde 

Le multiplexage en longueurs d’onde (Wavelength Division Multiplexing, WDM) a été introduit depuis les premières générations. Ce dernier consiste à séparer la bande en plusieurs canaux, chaque canal correspond à une longueur d’onde (λn). λn est défini par deux paramètres, à savoir sa position dans la grille de fréquence et sa largeur spectrale. La position et la largeur sont données en nanomètres (nm) ou en gigahertz (GHz). L’espacement entre les canaux est défini par un organisme mondial (International Telecommunication Union ITU-T).

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 RÉSEAUX OPTIQUES SOUS-MARINS
1.1 Systèmes sous-marins conventionnels
1.2 Évolution des réseaux optiques sous-marins : du WDM aux systèmes cohérents
1.2.1 Multiplexage de longueur d’onde
1.2.2 Format de modulation
1.2.3 Systèmes cohérents
1.3 Contraintes des réseaux sous-marins
1.4 Architecture sans filtre
1.4.1 Exemple d’un réseau sans filtre terrestre
1.4.2 Avantage des réseaux sans filtre
1.5 Le choix des réseaux sans filtre dans le monde sous-marin
CHAPITRE 2 PLATEFORME DE CONCEPTION ET DE SIMULATION
2.1 Introduction
2.2 Ensemble des outils de conception des réseaux sans filtre sous-marins
2.3 Génération des entrées de la couche physique
2.3.1 Outil Microsoft Visual Studio®
2.3.2 Présentation de l’outil développé sous Microsoft Visual Studio
2.4 Conception de réseau sans filtre
2.4.1 Outils de conception MATLAB®
2.4.2 Adaptation des outils de conception MATLAB®
2.4.2.1 Interconnexion des arbres de fibre optique
2.4.2.2 Routage et assignation de longueurs d’onde
2.4.3 Assignation du spectre pour la solution sans filtre
2.5 Adaptation des outils
2.5.1 Création des nouveaux arbres
2.5.2 Portée du système de transmission et régénération
2.5.3 Matrice de trafic
2.6 Calcul du coût des solutions conventionnelle et sans filtre
2.7 Ciena Optical Planner™
2.7.1 Interface d’intégration de données MATLAB® dans Ciena Optical
Planner™
CHAPITRE 3 RÉSULTATS ET ANALYSES
3.1 Réseau sous-marin long haul
3.1.1 Solution sans filtre proposée
3.1.2 Analyse des coûts
3.1.3 Analyse de capacité
3.1.3.1 Limite de capacité
3.1.3.2 Assignation du spectre
3.1.4 Evolution des coûts
3.2 Réseau sous-marin régional
3.2.1 Solution sans filtre proposée
3.2.2 Analyse des coûts
3.2.3 Analyse de capacité
3.2.3.1 Limite de capacité
3.2.3.2 Assignation du spectre
3.2.4 Évolution des coûts
3.3 Réseau sous-marin en anneau
3.3.1 Solution sans filtre proposée
3.3.2 Stratégie de distribution des demandes dans la topologie en anneau
3.3.3 Analyse des coûts
3.3.4 Analyse de capacité
3.3.4.1 Limite de capacité
3.3.4.2 Assignation de spectre
3.3.5 Évolution des coûts
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4 Analyse de performance des réseaux sans filtre sous-marins sous un
trafic dynamique
4.1 Réseau sous-marin avec trafic dynamique et économie de ressources
4.2 Modèle et formulation mathématique de calcul du nombre de transpondeurs et le
nombre de longueurs d’onde en mode dynamique
4.2.1 Calcul des matrices de trafic instantanées.
4.2.2 Calcul du nombre de transpondeurs
4.2.3 Calcul du nombre de longueurs d’onde
4.3 Résultats et analyses
4.3.1 Scénarios de variation de trafic
4.3.2 Résultats en termes d’économies de transpondeurs et de longueurs
d’onde dans un trafic dynamique
4.3.2.1 Réseau sous-marin long haul
4.3.2.2 Réseau sous-marin régional
4.3.2.3 Réseau sous-marin en anneau
4.4 Conclusion
CONCLUSION 

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