-
4
RAPPORT DE PROJET
PRSENT LCOLE DE TECHNOLOGIE SUPRIEURE
DANS LE CADRE DU PROJET DE FIN DTUDES
COURS : TEL160 SESSION : AUTMNE 2014
SUJET : ETUDES ET ANALYSE DUN RSEAU DACCS OPTIQUE PASSIF
(PON)
TUDIANTE : NADEGE BASTIEN PROFESSEUR : DAVID BENSSOUSSAN
BASN10607708
Montral, le 8 dcembre 2014
Dpartement de gnie lectrique
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 3
Remerciement
Ce rapport fait le point sur ltude et lanalyse dun rseau optique
trs haut dbit PON dans le cadre du certificat en Tlcommunications.
Il est le fruit de 12 semaines de travail nocturne ,
le nez plong sur les ouvrages et recherches par-ci par-l.
Ce travail a pu tre finalis, grce aux diffrentes discussions sur
le sujet, la contribution et
lencouragement de plus dun. Cest pourquoi, je tiens remercier le
Dieu Tout-Puissant qui ma donn le courage et lintelligence pour
atteindre cet objectif. Mes remerciements sadressent au Professeur
superviseur David Bensoussan qui ma offert autant dopportunits de
rencontres et de conseils. Mes penses finales reviendront ma
famille en gnral, mon conjoint, mes filles, ma
mre, mon ami Ali, et mes collgues de bureau, pour leur soutien
indfectible. Et sans vous ce
travail serait irralisable, je vois vos marques, vos apports
travers chacune de ces lignes.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 4
Abrviations et acronymes
Un certain nombre dabrviations sont utilises couramment dans le
langage technique du domaine, tantt sous forme franaise, tantt sous
forme anglo-amricaine. Elles sont explicites
ci-dessous, par ordre alphabtique, avec les correspondances
anglo-franais, lorsquil 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 tlcommunications
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
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 5
FTTX (Fiber to the..., fibre jusqu 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 dextension de MPLS qui permet deffectuer de la
commutation de donnes partir dun 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 dabonn
NRO Nud 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)
-
tudes et analyse dun rseau 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 rseau).
T
TDM Time-division multiplexing
TNT
V
W
WDM Wavelength-division multiplexing
WIFI Wireless Internet OU Internet sans fil
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 7
Glossaire
APON : Asynchronous Transfer Mode Passive Optical Network. C'est
la premire gnration de PON
utilisant l'ATM pour le transport.
BPON: Broadband Passive Optical Network. Il utilise la
technologie Ethernet et permet le transport des
flux vido.
Broadband : Qualifie un rseau jouissant dune large bande
passante.
Commutateur : Le switch analyse les trames arrivant sur ses
ports dentre et filtre les donnes afin de
les aiguiller uniquement sur les ports adquats.
EPON: Ethernet Passive Optical Network. Il est le standard IEEE
802.3 Ethernet des PON. Ethernet :
Standard de transmission de donnes pour rseau local. Les
ordinateurs dun tel rseau sont relis une
mme ligne de transmission et utilise un protocole daccs multiple
et de dtection de collision.
FastEthernet : Version dEthernet qui fonctionne 100 Mgabits/s.
(type de cble) FTTH : Fiber To The
Home ou fibre jusque chez le client. C'est un service propos par
les oprateurs permettant aux clients
d'utiliser le haut dbit grce la fibre optique.
GE : Gigabit Ethernet, sur une liaison du type Gigabit Ethernet,
les trames changes sont de lordre du
Gigabit/s.
GPON: Gigabit Passive Optical Network. C'est la dernire gnration
de PON. Il est l'quipement le plus
utilis pour l'architecture Point-Multipoint.
IGMP : Le protocole IGMP est utilis pour ladhsion dhtes un ou
plusieurs groupes multicast
prsents sur le rseau.
OLT : Optical Line Termination. Gestionnaire de services ddi au
FTTH.
ONT : Optical Network Termination. Equipement permettant de
fournir les diffrents services chez le
client (donnes, voix, vido).
PON : Passive Optical Network. Technologie utilise pour amener
la fibre optique jusqu'au domicile des
clients.
Routeur : Cest un quipement dinterconnexion de rseaux
informatiques permettant dassurer le
routage des paquets entre deux rseaux ou plus afin de dterminer
le chemin quun paquet de donnes va
emprunter.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 8
Table des matires
Remerciement
................................................................................................................................................
3
Abrviations et acronymes
............................................................................................................................
4
Glossaire
........................................................................................................................................................
7
Table des matires
.........................................................................................................................................
8
Sommaire
....................................................................................................................................................
10
Historique des rseaux daccs dans le
monde............................................................................................
11
1. Rseau optique passif
..........................................................................................................................
12
2. Architecture dun rseau
optique.........................................................................................................
13
2.1 Les diffrentes architectures dun rseau PON
...........................................................................
14
a) Le point--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. lments dun PON TDM
...................................................................................................................
17
4.1 Les quipements 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 caractristiques de la fibre optique
.......................................................................................
22
b) Les effets non-linaires (dpendent 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 lOLT vers lONU)
....................................................................................
23
b) Sens montant (de lONU vers lOLT)
.........................................................................................
23
6.2 Protocole EPON (Ethernet Passive Optical Network)
................................................................
24
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 9
7. Principe de fonctionnement dun rseau PON
....................................................................................
25
7.1 Systme de transmission
.............................................................................................................
25
7.2 Analyse du Bilan de liaison dune installation de cblage
.......................................................... 27
7.3 Budget de puissance
....................................................................................................................
28
7.4 Le Budget optique -porte dune fibre
........................................................................................
28
7.5 Calcul de la porte d'une fibre optique
........................................................................................
28
7.6 Bilan de taux derreur binaires BER
........................................................................................
29
7.7 Limite de dispersion : budget des temps de monte
....................................................................
29
8. Exploitation et maintenance dun rseau optique
................................................................................
31
8.1 Les diffrents quipements de test et dexploitation
...................................................................
32
8.2 Phase de construction et dinstallation
........................................................................................
33
8.3 Phase dactivation et de maintenance
..........................................................................................
33
8.4 Maintenance dun rseau optique
................................................................................................
34
8.5 Localiser la dfaillance, avant ou aprs le coupleur 1xN ?
......................................................... 35
9. Simulation dun rseau PON
...............................................................................................................
37
9.1 Les diffrents types de simulateur
...............................................................................................
37
9.2 Simulation dun rseau 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 lil
.................................................................................................................
40
9.2.4 Taux derreur 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
Rfrences et Netographies
.........................................................................................................................
46
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 10
Sommaire
Ce projet consiste tudier et analyser un rseau optique passif
(PON) qui est un rseau trs
haut dbit en mode TDM (Time Division Multiplexing) afin de
dcouvrir ses capacits en terme
dexigences en bande passante et en distance. Ce travail permet
aussi de dmontrer son efficacit et son dploiement sur un rseau
daccs optique optimal entirement passif entre labonn et la
terminaison rseau.
Un rseau PON permet de distribuer tous les abonns du secteur
gographique considr un
flux descendant sur une longueur d'onde et de faire remonter
vers le rseau les flux des abonns
sur une autre longueur d'onde. Il a t dfini de faon utiliser des
lments passifs permettant
une conomie apprciable de la distribution sans ngliger la qualit
de service.
En effet, avec l'arrive de la tlvision numrique trs haut dbit
(TNT), l'augmentation des
tailles des photos et vidos numriques, le besoin de partage de
fichiers de tailles importantes
dans un temps record, et le besoin en bande passante, ne cessent
de crotre de jours en jours. De
ce fait, le passage loptique dans la boucle locale, connue sous
le terme gnrique FTTx (Fiber To The x) o la "variable" x dcrive le
point d'aboutissement de la fibre optique dans le rseau
d'accs, selon une architecture donne, rpond aux diffrents
besoins du client. Notre travail
consiste analyser un rseau PON afin de dcouvrir ces exigences en
bande passante et en cot
de dploiement.
Dans un premier lieu, nous allons faire un survol sur
lhistorique des rseaux daccs dans le monde plus particulirement au
Canada.
En second, nous allons tudier les diffrentes architectures, les
protocoles standardiss actuels
(GPON, EPON) pour pouvoir augmenter la porte, le dbit ou le
nombre dabonns. Ces protocoles utilisent le multiplexage temporel
(TDM) pour laccs au rseau, et WDM pour sur le multiplexage en
longueur donde qui est utilis au niveau de la couche optique de
transport (couche physique). Les composants passifs et les
quipements actifs seront aussi tudis.
Lanalyse du rseau PON et son principe de fonctionnement seront
tudis en troisime lieu. Et en dernier lieu, nous analyserons les
outils dexploitation et de maintenance du rseau et enfin une tude
sera faite sur les scnarios, son importance.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 11
Historique des rseaux daccs dans le monde
Depuis plus dun sicle, le raccordement au rseau tlphonique se
base sur lemploi de paires de cuivre torsades. Linvention du laser
en 1960 a permis de transmettre un signal avec assez de puissance
sur une grande distance. Avec le dveloppement des lasers
semi-conducteurs et
lamlioration constante des procds de fabrication, au milieu des
annes 1980, que la fibre optique commence taler un intrt pratique
pour la transmission des signaux sur grandes
distances. Au dbut la fibre optique prsentait une attnuation, de
lordre de 1 000 dB/km dun caractre multimode limitant fortement la
porte maximale de transmission. Mesure aux autres
supports de transmission existants, la fibre optique monomode en
elle-mme, prsente une
attnuation trs faible et quasiment constante sur une large plage
de frquences. Elle dispose
dune bande passante assez grande facilitant la transmission de
dbits numriques trs levs, ce qui peut tre valu plusieurs trabits
par seconde. la fin des annes 1980, la fibre optique
semblait constituer le mdium de transmission idal pour le
transport simultan de la voix, des
donnes et de la vido jusqu labonn final. Cependant, des progrs
significatifs ont t raliss depuis dans les techniques de traitement
des signaux ainsi que dans les algorithmes de
compression de la vido permettant de repousser sans cesse les
limites de transmission des paires
de cuivre torsades.
Le dploiement de la fibre optique au Canada et en particulier le
Qubec a t bas
essentiellement sur une architecture hybride.
Le cuivre et le cble sont disponibles dans la plupart des
villes, et sont offerts, selon les rgions
par des compagnies telles que Bell, Vidotron, Cogeco, Rogers,
etc.
La plupart de ces compagnies ne se concurrencent pas car le CRTC
n'a autoris qu'un unique
fournisseur par municipalit, ou secteur. Mme sur des marchs o
plus d'un distributeur a t
autoris, ils ont chacun un territoire exclusif.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 12
1. Rseau optique passif
Les technologies PON (de langlais Passive Optical Network) se
caractrise par une architecture FTTx fibre point-multipoint et
constituent de nos jours une rfrence dans le
domaine de rseaux daccs trs haut dbit avec de trs forte capacit
de transport et un minimum dinfrastructures en fibres. Ces
technologies utilisent comme infrastructure des quipements inactifs
entre le central et les usagers qui partagent une mme fibre. Ils
ne
reoivent aucune alimentation lectrique. Ces rseaux offre un
service de transmission de
flux bidirectionnels et multimdia trs haut dbit, qui autorise
laccs de tous les oprateurs sans contraintes de dbit.
Les rseaux PON font essentiellement l'objet de procdures
internationales de : lITU International Telecommunication Union),
le FSAN (Full Service Access Network) et lIEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers).
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 13
2. Architecture dun rseau optique
Contrairement aux architectures DSL utilisant comme media la
paire de cuivre dploye
gnralement par loprateur historique avec des architectures en
toile, les dploiements de rseaux daccs en fibre optique peuvent
revtir diffrentes topologies et architectures. Les diffrences de
topologies varient essentiellement en fonction de la stratgie de
migration des
rseaux dancienne gnration vers les rseaux trs haut dbit.
Loprateur peut dcider de dployer directement la fibre jusqu labonn
ds le dploiement initial ou bien privilgier une approche plus
progressive o il viendra amener la fibre de plus en plus prs de
labonn tout en conservant les mdias existants pour les derniers
mtres.
Les architectures FTTx se distinguent dune part, en fonction de
la localisation de la terminaison optique ct abonn et dautre part,
en fonction du caractre partag ou ddi de linfrastructure.
Les fibres optiques peuvent tre dployes selon diverses
topologies FTTx o la variable
x dcline le niveau plus ou moins profond de dploiement de la
fibre vers lusager final. On parle de FTTX (Fiber to the..., fibre
jusqu...) ; la fibre est amene au plus prs de lusager final.
[1]
Figure 1.- Vue densemble de larchitecture FTTH [2]
]
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 14
2.1 Les diffrentes architectures dun rseau PON
Elles sont dites passives ou actives, selon la prsence ou
labsence dquipements actifs entre le site central de loprateur et
les points de desserte
a) Le point--point passif (P2P) : chaque abonn est reli au
central par une fibre ddie, comme pour la boucle locale tlphonique
cuivre. Le dploiement de cette architecture
se fait sur une seule fibre optique par abonn par fournisseur
d'accs Internet (FAI)
Avantages : le dgroupage est simple (fibrage verticale) 1
ne ncessite pas la prsence de
chiffrage des donnes pour scuriser les changes. Comme
dsavantage, le dploiement
revient la fois cher et lent.
Figure 2 .- Architecture point--point passif [2]
b) Le point-multipoint passif (PON) : passive Optical network,
par abus de langage) : une fibre unique part du central et dessert
plusieurs abonns via un coupleur passif (le splitter,
une sorte de multiprise ) installe proximit de la zone
desservir. Au central, un
quipement actif, lOptical Link Terminal (OLT) envoie et reoit
les signaux lumineux porteurs des donnes, lquipement rcepteur (ONT)
de chaque abonn assure le filtrage. Comme avantage, cette
architecture permet d'conomiser sur la quantit de fibres poser
et le dimensionnement des infrastructures daccueil.
Figure 3.-Architecture point-multipoint passif [2]
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 15
c) Le point-multipoint actif : A la diffrence du point
multipoint passive, le splitter (hub) est remplac par un
commutateur (type Switch). Cet quipement lectronique aiguille
le
signal en fonction de son destinataire cest--dire les donnes
envoyes depuis le central sont traites par le commutateur, qui les
retransmet exclusivement sur la fibre de
labonn. Cette solution permet de corriger l'aspect scurit du
point multipoint passive. Cette architecture est dexploitation
complexe grande chelle.
Figure 4.-Architecture point-multipoint passif [2]
3. PON TDM (GPON, EPON) et PON WDM
L'utilisation de l'optique dans des rseaux d'accs bass sur des
architectures de type PON
permet la ralisation d'un bond significatif en termes de
capacit, impossible atteindre par
les technologies d'accs filaire et nanmoins inluctable en raison
de la monte en dbit des
services destination de l'abonn.
La conversion d'un multiplexage temporel (TDM) en un
multiplexage par longueur d'onde
(WDM) permet de raliser une rpartition spatiale des longueurs
d'onde afin que chaque
seconde unit ne reoive que la longueur d'onde qui lui est
associe.1
3.1 PON TDM (GPON, EPON)
Les PONs classiques utilisent un accs multiple temporel et ne
ncessitent qu'un seul
metteur au niveau du central de transmission. Ils se basent sur
l'implmentation de
coupleurs optiques 1xN (N tant un nombre de clients ou
d'abonns). Dans ce cas,
l'information porte par un signal mise depuis le central de
transmission est envoye tous
les abonns et des terminaux spcifiques, disposs chez chacun
d'entre eux, permettent alors
d'extraire l'information destine rellement ce dernier. Ainsi,
les donnes, vhicules
partir du central de transmission par une longueur d'onde
unique, sont d-multiplexes
temporellement au niveau de chaque terminal client plac chez
l'abonn.
Cependant, le terminal client est complexe et l'attnuation du
signal par un coupleur 1xN est
non ngligeable. De plus, le fait que l'information est extraite
au niveau de chaque terminal
client prsente un souci de scurit.
1 Transmission optique entre une premire unit et une pluralit de
secondes units connectes entre elles au moyen dun rseau daccs
optique passif- Fascicule de Brevet Europen- avril 2014
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 16
3.2 PON WDM
La dfinition du multiplexage en longueur d'onde "WDM" est
d'abord la rponse une
augmentation des dbits et du taux de partage dans le rseau
d'accs consiste illuminer la
fibre optique, non pas avec une seule source laser, mais
simultanment avec plusieurs
sources en utilisant pour chacune d'entre elles une longueur
d'onde diffrente. Ce type de
rseau ncessite donc l'utilisation d'un multiplex de longueurs
d'onde, en quantit gale au
nombre d'abonns, et d'un dmultiplexeur. Linfrastructure du rseau
WDM intgre galement des fonctions passives pour le multiplexage et
le dmultiplexage des signaux
optiques.
Ainsi, le rseau de type PON WDM a comme avantage, par rapport au
rseau PON
classique, de la simplicit, chaque longueur d'onde tant affecte
un abonn spcifique, et
de la performance, un dmultiplexeur optique. Ce qui lui rend
plus coteux car il utilise un
plus grand nombre de longueurs d'onde.
Chaque longueur d'onde est ensuite filtre un dmultiplexeur
optique et est envoye vers
l'abonn correspondant. Il est possible de combiner les mthodes
de multiplexage TDM et
WDM. On parle alors de multiplexage hybride qui a beaucoup
d'importance dans le rseau
daccs.
En termes d'architecture, il existe principalement deux
techniques de PON WDM, l'une
utilisant un coupleur comme composant de rpartition, il s'agit
alors du "broadcast and
select" ou chaque abonn reoit toutes les longueurs d'onde mais
un filtre optique diffrent
chez chaque client (ou un filtre optique accordable) qui permet
de slectionner la longueur
d'onde qui lui est attribue ("select")), l'autre utilisant un
multiplexeur, une structure qui
permet d'atteindre un maximum d'efficacit en bande passante par
client et faisant appel du
dmultiplexage spatial.2
2 tude des solutions d'accs optique exploitant une extension de
porte par Fabienne Saliou publi en 2010
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 17
4. lments dun PON TDM
Par convention, on considrera que le central optique (lieu
dinterface entre les niveaux collecte et desserte, quivalent du NRA
pour lADSL) constitue lamont du rseau et les immeubles desservis
laval (du central lusager le sens est descendant).
Figure 5.-lments constitutifs de larchitecture PON TDM [3]
Dans larchitecture FTTH point-multipoint passive (souvent appele
PON, pour passive
optical network), une fibre unique part du central et se
raccorde un groupe de fibres au
niveau dun point de partage afin de desservir plusieurs
habitations. Outre les cbles
optiques, le PON est constitu de lamont vers laval, de trois
principaux lments
constitutifs : OLT, ONT et les Diviseurs de puissance (Coupleurs
ou splitter)
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 18
4.1 Les quipements actifs
Les deux quipements actifs considrs dans cet achat sont localiss
au Nud de Raccordement Optique, lOLT Optical Line Terminal ou
Terminaison de Ligne Optique pour le cas du PON. Chez labonn, l'ONT
Optical Network Terminaison ou Terminaison de Rseau Optique
(galement appele ONU Optical Network Unit pour
une terminaison multi utilisateurs dans une architecture FTTB)
pour le cas du PON. Ces
quipements incluent :
la gestion du protocole point multipoint,
les fonctions dauthentification des ONT et des usagers du PON,
la gestion de la qualit par lallocation dynamique de la bande
passante disponible
(DBA : Dynamic Bandwidth Allocation)
la gestion de la classe de service,
la gestion du niveau de service (Service Level Agreement),
la gestion de fonctions de partage actif tel que VLAN dans le
cas du EPON
la fonction de proxy IGMP dans le cas de diffusion vido sur IP
en multicast.
4.2 OLT
L'Optical Link Terminal est le cur du rseau FTTH puisque c'est
le seul quipement actif en amont qui fait la jonction entre le
rseau distribution locale et le rseau national de
collecte optique (le "backbone") qui permet de transporter les
donnes IP entre le rseau
Internet et l'internaute. Elle est install dans le NRO (Nud de
Raccordement Optique) et considr comme chssis rackable 19 "
informatique au sein de laquelle sont installes des
cartes lectroniques qui agrgent les signaux entre le central
optique et le point de transit
rgional.
Ce chssis est gnralement redond afin de se prmunir dventuelles
pannes lectriques. Certains chssis possdent une fonction de
commutation (switch) interne qui sert excuter
une premire agrgation du dbit (pour les chssis existants cette
fonction suppose
gnralement un niveau de contention non nul).
tant quipement actif, lOLT envoie et reoit les signaux lumineux
porteurs des donnes. Chaque port de l'OLT est reli au coupleur
optique par une fibre unique 3 .
3Les rseaux PON- Dcembre 2006 -
http://www.forumatena.org/LivresBlancs/Livre%20blanc%20PON.pdf
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 19
Tableau 1.- Caractristiques type dun OLP PON industriel
caractristiques type dun OLT PON industriel
Nombre de cartes
Nombre de
PON par
carte
Nombre de
Clients par PON
Nombre dabonns potentiels
16 1 32 512
Longueur Largeur Hauteur Poids
505 mm 482 mm 117 mm 20 Kg
Consommation
300 W moyenne
[4]-[Texte et tableaux extraits.
4.3 ONT
Le coupleur optique (ou splitter) est un quipement passif (sans
lectronique donc non
aliment en lectricit) dont le fonctionnement est bas sur la
seule propagation de la
lumire lintrieur des fibres. Dans le sens descendant, le
coupleur divise le signal optique en provenance de lOLT. Dans le
sens montant, il combine par addition les signaux optiques en
provenance des abonns. Le coupleur nest pas capable daiguiller, de
modifier, de retarder ou de bloquer les signaux qui le traversent.
Chaque fibre sortant du coupleur est
relie un quipement actif plac au niveau de chaque logement :
lOptical Network Termination (ONT pour le FttH), interlocuteur
direct de lOLT. Dans le cas le plus courant, tous les ONT mettent
sur une mme longueur donde (pour des raisons de cot et de gestion
des quipements).
De manire gnrale, on cherche placer les coupleurs au plus prs
des zones quils vont desservir, afin daugmenter le linaire sur
lequel la fibre est partage. On cre donc ainsi des poches de
logements, gographiquement proches les uns des autres et toutes
raccordes
au mme port dun OLT.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 20
5. Les composants passifs
Les composants passifs sont des lments du rseau dont le
fonctionnement est bas sur la
propagation du signal.
5.1 La fibre optique
La fibre est un fil en verre ou en plastique trs fin qui conduit
la lumire et sert dans les
transmissions terrestres et ocaniques de donnes. Elle offre un
dbit d'informations
nettement suprieur celui des cbles coaxiaux. Le cur est conu
pour avoir un indice de rfraction suprieur celui de la gaine afin
davoir une lumire qui est entirement rflchi multiple reprise dans
la fibre. La lumire est guide vers le centre de la fibre qui
est
appel cur ou noyau . Le cur est entour dun matriau optique appel
gaine qui emprisonne la lumire dans le cur en utilisant une
technique optique appele rflexion totale interne . La fibre
elle-mme est recouverte par un revtement secondaire
( buffer coating ) pour la protger de lhumidit et des dommages
physiques. Le revtement est la partie quon dnude pour la
terminaison ou lpissure. Le principe de fonctionnement est simple :
une source lumineuse - un laser est place une extrmit de la fibre
et est module par les donnes transmettre, les rayons lumineux se
propageant par
rflexions sans pertes l'intrieur de la fibre. A l'autre extrmit,
un rcepteur recueille les
informations lumineuses en informations lectriques puis
numriques.
Les avantages de la fibre sont nombreux : des dbits trs levs
(plusieurs Gigabits/s, mme
si les propositions commerciales au niveau des abonns peuvent
tre limites des valeurs
beaucoup moins leves, 50 ou 100 Mb/s par exemple), une
attnuation du signal en
fonction de la distance trs faible (ce qui permet des liaisons
directes de plusieurs centaines
de kms), une insensibilit totale aux perturbations extrieures.
Son principal inconvnient est
son cot ; cot intrinsque d'abord mais aussi cot des interfaces.
4
Figure 6.- Fibre optique [5]
4
http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=2937
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 21
5.2 Types de fibres
Suivant le mode de transmission souhait, diffrents types de
fibres ont t dvelopps :
fibres multimodes, fibres monomodes.
Dans ces catgories, les fibres sont identifies par leur diamtre
de cur et de gaine exprims en microns (un millionime de mtre), par
exemple 50/125 microns pour une fibre
multimode.
Le signal lumineux utilis est le LED. Elle entre dans le codeur
de la fibre, se propage en
longitude jusqu' l'autre extrmit grce aux rflexions totales qui
sont subies entre le verre
de cur et le verre de la gaine. Parmi les fibres multimodes,
nous avons les fibres saut d'indice dont le dbit est limit 50 Mb/s,
mais nous avons aussi les fibres gradient
d'indice qui eux ont un dbit limit 1 Gb/s.
Figure 7.-Type de fibre [6]
La fibre ne comporte quun mode de propagation, elle est appele
fibre monomode, cette dernire possde un cur beaucoup plus petit,
denviron 10 microns et ils ont une gaine hautement suprieure soit
environs 125 microns. Plus souvent utilise dans les rseaux
mtropolitains de longue distance, elles ont une onde qui se
propage sans rflexion en ligne
droite jusqu' lautre extrmit. Le petit diamtre du cur des fibres
monomodes ncessite
une grande puissance d'mission qui est dlivre par des diodes
laser.
La fibre multimode saut dindice a t le premier type de fibre
conu. Le cur de fibre multimode saut dindice est constitu
entirement dun seul type de matriau tandis que la gaine optique est
faite dautre type de matriaux avec des caractristiques optiques
diffrentes. Elle a un affaiblissement plus lev et est trop lente
pour de nombreuses
utilisations, en raison de la dispersion provoque par les
diffrentes longueurs de trajet des
diffrents modes qui voyagent dans le cur.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 22
Cette fibre gradient dindice utilise des variations dans la
composition du verre dans le cur afin de compenser les diffrentes
longueurs de trajets des modes. Elle propose beaucoup plus de bande
passante que la fibre saut dindice jusqu environ 2 gigahertz. Deux
types sont utiliss, 50/125 et 62,5/125, ces chiffres reprsentant
les diamtres
cur/gaine en microns. La fibre multimode gradient indice est
principalement utilise pour les rseaux locaux, LAN, la fibre au
bureau, les systmes de surveillance par tlvision
circuit ferm et dautres systmes de scurit.
a) Les caractristiques de la fibre optique Lattnuation est
proportionnelle la distance. Les effets de dispersion (se cumulent
avec la distance). Dispersion intermodale (pour les fibres
multimodes). Dispersion chromatique (ou intramoda). Dispersion
modale de polarisation (PMD).
b) Les effets non-linaires (dpendent de la puissance en ligne)
Effet Kerr (SPM, XPM, FWM). Effets de diffusion stimule Brillouin
et Raman
5.3 Les diviseurs de puissance
Des composants passifs, installs sur le cheminement de la fibre
optique entre lOLT et lONT. Ces quipements sont communment appels
splitter ou coupleurs/dcoupleurs.
Le coupleur optique (ou splitter) est un quipement passif (non
aliment en lectricit) dont
son fonctionnement est bas sur la seule propagation de la lumire
lintrieur des fibres. Son rle dans le sens descendant (de lOLT vers
les ONT), est de diviser le signal optique en provenance de lOLT.
Dans le sens montant (des ONT vers lOLT), il combine par addition
les signaux optiques en provenance des abonns. Les coupleurs ne
sont pas capables
daiguiller, de modifier, de retarder ou de bloquer les signaux
qui le traversent. Ils peuvent galement tre utiliss pour coupler
plusieurs diodes lasers diffrentes une seule et mme
fibre. Il s'agit souvent de transporter un maximum de puissance
et donc de combiner
plusieurs sources.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 23
6. Les protocoles GPON et EPON
Il existe diffrents standards en matire de rseaux PON. Les deux
technologies PON les
plus rpandues et les plus utilises dans les dploiements FTTH
aujourdhui.
Tableau 2.- comparatif EPON/GPON5
EPON GPON
Dbit max. total par port 1,25Gbit/s symtrique 2,4Gbit/s
symtrique
Abonns par port OLT Jusqu 32 Jusqu 64
Distance Jusqu 20km Jusqu 60km
OLT-ONT
Maturit Standard mature (2000) Standard rcent (2005)
Dans la pratique, un standard correspondent des quipements
actifs spcifiques (OLT et
ONT : cest leur niveau que sopre le choix technologique.) Ceci
tant, la partie passive optique peut ne pas tre neutre : la fibre
elle-mme lest (on utilise les mmes fibres quelle que soit la
technologie), mais le dimensionnement (longueur des lignes,
coefficient de
couplage) peut conditionner le choix dun standard.
6.1 Protocole GPON(Gigabit Passive Optical Network)
C'est le dernier standard labor en matire de PON et c'est aussi
le plus rpandu. GPON se
diffrencie essentiellement par sa capacit transporter des
paquets et des trames Ethernet
de longueur variable. Il permet lui aussi l'accs Internet de trs
hauts dbits dlivrs par
un OLT, mais le dbit est asymtrique. La distance de dploiement
est de 60 km avec 20 km
maximum entre le central et le client le plus loign. Ce qui
correspond trois fois plus que
le dploiement possible avec EPON et BPON. Il s'appuie pour la
couche transport sur un
nouveau Generic Encapsulation Method (GEM) permettant le
transport en natif d'autres
protocoles comme l'ATM, Ethernet, TDM. LOLT est partag (un
duplexeur au central pour 32 clients) et Larchitecture est
favorable la diffusion font parties des avantages retenus avec
cette infrastructure.
a) Sens descendant (de lOLT vers lONU)
Chaque client reoit toutes les informations mais n'est autoris
recevoir que les donnes
qui lui sont destines. Le partage du dbit entre les clients peut
tre fixe ou variable.
b) Sens montant (de lONU vers lOLT)
Le partage des ressources dans le sens montant (ou upstream)
s'effectue par le TDMA (Time
Division Multiple Access). Chaque client dispose dun intervalle
de temps bien prcis pour mettre afin de ne pas interfrer avec un
autre client.
5 [Tableau extrait de
http://www.ant.developpement-durable.gouv.fr/le-point-sur-ftth-point-multipoint-passif-pon-a77.html]
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 24
6.2 Protocole EPON (Ethernet Passive Optical Network)
L'EPON (Ethernet PON) ou GE-PON (Gigabit Ethernet PON) sont deux
acronymes
diffrents pour une mme spcification. Ce standard est ratifi par
l'IEEE 802.3 en Juin 2004
sous la rfrence 802.3ah. Il utilise le protocole Ethernet et le
protocole "Multipoint Control
Protocol" qui autorise un dbit de 1,24 Gbit/s en voie montante
et descendante des distances
d'une vingtaine de km. Il permet l'accs Internet de trs hauts
dbits. La Terminaison de
Ligne Optique (OLT) fournit un dbit de 1,24 Gbit/s par fibre sur
le lien descendant (vers le
client). Le dbit est rparti entre plusieurs utilisateurs dans la
limite de 64 abonns par carte
d'interface de l'OLT. Le dbit instantan par abonn peut aller
jusqu 100 Mbit/s. LEPON utilise une transmission base de paquets
Ethernet de taille variable. Ce protocole s'appuie
en natif sur une version du protocole de transport Ethernet
(Ethernet in the first mile ou
EFM).
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 25
7. Principe de fonctionnement dun rseau PON
La fibre optique est un guide d'onde qui exploite les proprits
rfractrices de la lumire.
Elle est habituellement constitue d'un cur entour d'une gaine.
Ce cur de la fibre a un indice de rfraction lgrement plus lev
(diffrence de quelques millimes) que la gaine et
peut donc confiner la lumire qui se trouve entirement rflchie de
multiples fois
l'interface entre les deux matriaux (en raison du phnomne de
rflexion totale interne).
Lensemble est gnralement recouvert dune gaine plastique de
protection.
Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique l'une de
ses extrmits avec un
angle adquat, il subit de multiples rflexions totales internes.
Ce rayon se propage alors
jusqu' l'autre extrmit de la fibre optique sans perte, en
empruntant un parcours en zigzag.
La propagation de la lumire dans la fibre peut se faire avec trs
peu de pertes mme lorsque
la fibre est courbe.
Une fibre optique est souvent dcrite selon deux paramtres :
Indice normalis, qui donne une mesure du saut d'indice entre le
cur et la gaine. L'ouverture numrique de la fibre (en anglais :
numerical aperture), qui est
concrtement le sinus de l'angle d'entre maximal de la lumire
dans la fibre pour que
la lumire puisse tre guide sans perte, mesur par rapport l'axe
de la fibre.
Dans le domaine des tlcommunications optiques, le matriau
privilgi est la silice trs
pure car elle prsente des pertes optiques trs faibles. Quand
l'attnuation n'est pas le
principal critre de slection, on peut galement mettre en uvre
des fibres en matire plastique.
Un cble de fibres optiques contient en gnral plusieurs paires de
fibres, chaque fibre
conduisant un signal dans chaque sens. Lorsqu'une fibre optique
n'est pas encore alimente,
on parle de fibre optique noire.
7.1 Systme de transmission
Tout systme de transmission dinformation possde un metteur et un
rcepteur. Pour un lien optique, deux fibres sont ncessaires. Lune
gre lmission, lautre la rception. Il est aussi possible de grer
mission et rception sur un seul brin mais cette technologie est
plus
rarement utilise car lquipement de transmission est plus
onreux.
Figure 8 : Mode de transmission [6]
Les systmes de transmission fibres optiques utilisent des
liaisons de donnes qui
travaillent de manire similaire au schma ci-dessus. Chaque
maillon de fibre se compose
dun metteur sur une extrmit dune fibre et dun rcepteur lautre
extrmit. La plupart
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 26
des systmes fonctionnent par transmission dans un sens sur une
fibre et dans le sens inverse
pour un fonctionnement en duplex intgral. Il est possible de
transmettre dans les deux sens
sur une fibre mais il faut pour cela des coupleurs et la fibre
est moins chre que les
coupleurs. Les rseaux optiques passifs FTTH (PON) sont parmi les
seuls systmes utilisant
la transmission bidirectionnelle sur une seule fibre, car leur
architecture de rseau est base
autour des coupleurs.
Pour la voie descendante (figure 2.1), on utilise une longueur
donde porteuse de 1,49 ou 1,55m avec transmission de toutes les
donnes aux diffrents utilisateurs. Le choix de cette longueur donde
est d au faite quelle permet un plus grand dbit et un budget en
puissance plus efficace.
Les donnes envoyes par lOLT sont tiquetes en fonction de leur
destinataire. Tous les ONT reoivent toutes les donnes mais seul
lONT concern les retransmet dans le rseau interne de labonn. Le
dbit instantan du PON est partag entre tous les abonns qui reoivent
des donnes. Si un seul abonn tlcharge, il peut disposer de tout le
dbit
maximum autoris par le PON (sauf limitation mise en place par
loprateur, par choix commercial ou technique vis vis de son rseau
de collecte).
Figure 9.-Trafic descendant dans un PON [7]
Pour la voie montante (figure 2.2), on utilise une longueur
donde 1,31m avec des dbits moins importants et des quipements moins
coteux (laser Prot Fabry). Les utilisateurs sont
multiplexs temporellement au niveau du diviseur.
Le coupleur tant passif, et les ONT mettant tous dans la mme
longueur donde, si les signaux mis par deux ONT parvenaient
simultanment au coupleur, ils ressortiraient sous la
forme dun mlange illisible par lOLT. On utilise donc un partage
du "temps de parole".
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 27
7.2 Analyse du Bilan de liaison dune installation de cblage
Le bilan de liaison est un calcul par tapes permettant de
dterminer la qualit dune liaison. Ce calcul consiste calculer les
pertes dans un systme donn. Il comprend les pertes
dattnuation en fonction de la distance parcourue et des
diffrents lments rencontrs dans la liaison, en particulier les
pertes de connexions.
Lanalyse du budget de perte est le calcul et la vrification des
caractristiques de fonctionnement dun systme de fibre optique. Cela
comprend des lments tels que le routage, llectronique, les
longueurs donde, le type de fibre et la longueur du circuit.
Laffaiblissement et la bande passante sont les paramtres cls pour
lanalyse du budget de perte. Le concepteur doit analyser la perte
de la liaison au dbut de la phase de conception
avant dinstaller un systme de fibre optique pour sassurer que le
systme fonctionnera sur linstallation de cbles propose.
La perte passive est constitue de la perte de la fibre, de
connexion et dpissure. A noter que les coupleurs ou diviseurs dans
la liaison. Lide dun budget de perte est dassurer que lquipement du
rseau fonctionnera sur la liaison de fibre optique installe. La
meilleure faon dillustrer le calcul dun budget de perte est de
montrer comment il est effectu pour une installation de cbles
typique, ici une liaison hybride multimode/monomode de 2 km
avec 5 connexions (2 connecteurs chaque extrmit et 3 connexions
des cabinets de
raccordement dans la liaison) et une pissure dans le milieu.
Voyez ci-dessous le plan de la
liaison et la puissance instantane dans la liaison en tout point
de sa longueur, mis
exactement lchelle du dessin de liaison au-dessus :
Figure 10.-Bilan dnergie optique [6]
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 28
7.3 Budget de puissance
Lobjectif du budget de puissance est pour dterminer la marge du
systme a un niveau de performance donne (BER) partir du bilan des
pertes optiques. La sortie dun metteur ou lentre dun rcepteur sont
des mesures absolues de puissance optique, par contre la perte est
une mesure de puissance relative , cest--dire la diffrence entre la
puissance couple dans un composant, comme un cble, une pissure ou
un connecteur, et la puissance
qui est transmise travers celui-ci. Il convient de considrer
quune marge de scurit devant tre au voisinage de 3 dm par rapport
au seuil de la rception minimale. Les metteurs LED
peuvent vieillir et perdre de la puissance, les connecteurs ou
pissures peuvent se dgrader,
des connecteurs peuvent se salir sils sont ouverts pour des
dtournements ou des tests. Si les cbles sont accidentellement
coups, la marge excdentaire sera ncessaire pour accueillir
les pissures de la rparation.
7.4 Le Budget optique -porte dune fibre
La diffrence entre la puissance de sortie et la sensibilit du
rcepteur s'appelle le budget
optique. Il se calcule ainsi :
Budget optique = Puissance de sortie Sensibilit du rcepteur (
dB) (dBm) (dBm)
7.5 Calcul de la porte d'une fibre optique
La porte permise tient compte des pertes dues aux connecteurs
:
Port max. (km) = Budget optique - Pertes connecteurs - Pertes
pissures - 3 dB
Attnuation du cbles(dB/Km)
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 29
Tableau 3.- Pertes enregistres pour une longueur d'onde optique
de 1550nm
Paramtres Valeurs Commentaires
Puissance la sortie du transmetteur 3dB
Multiplexeur 4dB
Perte de la fibre optique (attnuation
minimum) 4dB 0,2dB/km
Perte des connecteurs 0,4dB 0,2dB/connecteur; 2 connecteurs
Sensibilit du rcepteur -12,5 dbm 10 Gbps
Marge du systme 2dB
Diviseur de puissance 4,9
pissure 0,2
7.6 Bilan de taux derreur binaires BER
Le taux d'erreur sur les bits (TEB) ou BER (Bit Error Rate) est
mesur la rception. II
reprsente le rapport entre le nombre de bits errons lors de la
transmission sur le nombre
total de bits transmis. Le module de dtermination de BER employ
dans VPI utilise une
approximation gaussienne. Pour caractriser leffet du bruit sur
un signal, on utilise le rapport signal sur bruit (SNR).
7.7 Limite de dispersion : budget des temps de monte
Un budget des temps de monte est une mthode efficace pour
dterminer la limite de
dispersion dune liaison optique. Selon cette approche, le temps
de rponse total dune liaison optique, tsys, est gal la racine carre
de la somme des carrs des temps de rponse
de chaque lment:
Le temps de monte est li la bande passante de transmetteur par
la relation suivante
(Keiser, 2000) : Il est inversement proportionnel la bande
passante Btx mesure en Hertz et
il est donn par lquation suivante :
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 30
ttx le temps de monte qui se dfinit comme le temps ncessaire une
impulsion pour passer
d'un niveau de basse tension un niveau de haute tension. Il
reprsente le temps de monte
du transmetteur. Il sagit de lintervalle de temps ncessaire une
impulsion pour passer du niveau bas (10% de la valeur finale) au
niveau de haut (90% de la valeur finale).
tmod est le temps de monte d la dispersion modale qui est nulle
dans le cas-ci. Car il sagit dune liaison optique sur fibre optique
monomode.
tCD est le temps de monte caus par la dispersion chromatique de
la fibre optique. Il est
proportionnel la longueur de la fibre optique c, son coefficient
de dispersion chromatique
D et la largeur spectrale du laser.
D est le coefficient de dispersion chromatique de la fibre
optique,
L la longueur de la fibre optique et cr est la largeur
spectrale.
tRX reprsente le temps de monte du rcepteur optique. Cest le
temps ncessaire une impulsion pour passer de 10% 90% de la valeur
finale. Il est inversement proportionnel
la bande passante Brx du transmetteur mesur en Hertz.
La transmission du signal sera possible si le temps de monte du
systme est infrieur
respectivement 0,7/ Brate pour un signal NRZ et 0,35/ Brate pour
un signal RZ.
Brate sexprime en gigabits par seconde et reprsente le dbit du
systme. [8]
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 31
8. Exploitation et maintenance dun rseau optique
Ces dernires annes, la demande de services d'accs large bande a
augment dans le monde
entier. Les services FTTH (fibre jusqu'au domicile) sont les
plus prometteurs en raison de
leur grande capacit de transmission et de leur efficacit par
rapport au cot. Le nombre
d'abonns FTTH augmente rapidement et, chaque jour, un grand
nombre de cbles fibres
optiques sont mis en place pour rpondre la demande. Par
consquent, les fonctions
dexploitation et de maintenance des rseaux daccs trs haut dbit
sur fibres optiques sont dcisives pour assurer une disponibilit
maximum des services aux clients. De cela, en
complment des autres outils de tests et de diagnostic, la mise
en place dune solution de supervision et de test centralis associe
une documentation informatise et dtaille du
rseau doit tre considre.
Pour assurer une exploitation et une maintenance de qualit, il
est impratif de mettre en
place une organisation structure. Ces diffrents systmes assurent
une surveillance continue
du rseau en comparant les valeurs mesures aux valeurs de rfrence
et permettent de
diminuer notablement le temps de diagnostic lors dun
drangement.
Le trafic de communication interurbain augmente galement
rapidement en raison de
l'expansion des services FTTH. Un systme de test de liaison
fibre optique est essentiel
pour rduire les cots de maintenance et amliorer la fiabilit des
services dans les rseaux
fibres optiques. Certaines technologies utilises sur les
liaisons interurbaines (par exemple
WDM) ncessitent d'autres fonctions et procdures pour ces types
de test. En outre, pour le
dploiement d'une nouvelle infrastructure de tlcommunication, un
grand nombre de fibres
optiques, de cbles, de coffrets et de composants optiques
passifs seront utiliss. Des
solutions concrtes de planification, de collecte et de gestion
de ces lments deviennent
essentielles du point de vue des oprations associes aux
installations optiques. Il est
galement important de les protger contre les catastrophes afin
d'assurer des services de
tlcommunication durables.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 32
8.1 Les diffrents quipements de test et dexploitation
Les installations fibres optiques haut dbit exigent toujours
plus de tests approfondis. Un
OLTS avec un mesureur de puissance pour tester la puissance des
signaux et ainsi
dterminer si le problme est dordre lectronique ou dinstallation.
Pour les cbles de rseaux locaux, trouver lemplacement est souvent
simple si vous avez un localisateur visuel de dfaut, qui est un
laser rouge et brillant coupl la fibre optique qui permet de tester
la
continuit, de tracer des fibres ou de trouver des connecteurs
dfectueux dans des cabinets de
raccordement. [6]
Sil sagit dun cble plus long de rseau extrieur avec des pissures
intermdiaires, un rflectomtre optique (OTDR-L'optical time-domain
reflectometer) est trs utile car il
permet d'identifier, de localiser et de caractriser les dfauts
sur une installation. Il sert aussi
certifier les performances dune nouvelle liaison optiques et
identifier les problmes rencontrs au niveau des liaisons
existantes. LOTDR de srie FTB-730 permet de tester les rseaux FTTH
qu'ils soient GPON ou Point point. Leur particularit est d'avoir
une
dynamique leve sur les impulsions courtes afin de bnficier du
meilleur compromis
dynamique - largeur de pulse/rsolution.6
Figure 11.-Rflectomtre OTDR Exfo FTB-7300E [9]
6
http://www.hellopro.fr/otdr-ftth-ftb-730-1000660-1858945-produit.html
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 33
Cet appareil mesure les caractristiques dune fibre optique,
prsente une analyse graphique de la puissance optique rflchie le
long de la fibre et fournit un tableau rpertoriant les
caractristiques des vnements optiques dcouverts le long de la
fibre. Les mesures portent
notamment sur la perte totale, le segment, la longueur et la
caractrisation des vnements le
long de la fibre optique, dont les coupures, les connexions, les
pissures et les courbures. Un
rflectomtre optique peut galement : effectuer un test et un
dpannage local ( une seule
extrmit de la fibre optique) ; amliorer la qualit des
installations des liaisons fibres
optiques en dcelant les problmes non dtects par les autres types
dquipements de test de fibres ; ce qui permet de reprer facilement
lemplacement dune coupure ou de chaque connexion au niveau de la
liaison pour assurer la qualit des transmissions futures.
Figure 12.-rsultat dun test OTDR [10]
EXFO a cr un OTDR conu spcifiquement pour le dpannage des rseaux
PON en
service : le FTB-7300 E. Cet OTDR comporte un port ddi pour la
mesure 1650
nanomtres et incorpore un filtre qui rejette tous les signaux
non-dsirs perturbantes
(1310/1490/ 1550 nanomtres). Seul le signal du rflectomtre 1650
nanomtres peut
passer travers le filtre, ce qui permet une mesure prcise.
8.2 Phase de construction et dinstallation
Le mesureur dattnuation optique MaxTester FOT-930 combine jusqu
8 instruments. Cest lquipement de test ultime pour un rseau PON. Il
permet entre autre de mesurer le budget optique, la longueur, la
rflectance ou de vrifier la continuit OLT/ONT de manire
automatise. Il permet aussi la gnration de rapports pour un gain
de temps trs important.
8.3 Phase dactivation et de maintenance
Le wattmtre PON PPM-350C permet de mesurer simultanment les
signaux montants et
descendants de donnes, voix et vido. Il fournit des indicateurs
de test
Succs/Avertissement/chec pour un test rapide et prcis travers le
rseau entier.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 34
8.4 Maintenance dun rseau optique
Une fois que tous les cbles fibres optiques sont installs, pisss
et termins, ils doivent
tre tests. Pour chaque installation de cbles de fibre optique,
requiert la confirmation que
les composants sont correctement installs tels que : tester la
continuit et la polarit, la perte
dinsertion de bout en bout et rsoudre tous les problmes sur
toutes les fibres dans chaque cble.
Cette partie explique comment procder une maintenance sur un
rseau optique passif
(PON) activ; recouvrant un service triple play tlphonie,
Internet haut dbit, vido HD
depuis le terminal de ligne optique (OLT) situ au Central (CO)
vers les divers terminaux de
rseaux optiques (ONT) installs chez le client.
La maintenance dun rseau optique peut tre prventive ou
curative.7
1. Prventive se dfinit par un contrle des performances du rseau,
notamment par un test de dbit et un test de QoS (qualit de
service). Elle peut galement seffectuer au niveau du mdia, en
contrlant lvolution de la liaison dans le temps, afin de sassurer
du maintien de la performance du rseau pour en garantir la prennit.
Cette opration peut se faire soit au travers de contrles visuels
rguliers des lments du
rseau, effectus au titre des missions dexploitation, soit de
manire automatique, partir dun systme de supervision qui analyse en
temps rel et en permanence les variations dans le temps.
2. Curative, cette maintenance est ralise lorsquune panne ou un
dysfonctionnement est constat. Le dfaut peut se situer au niveau du
paramtrage du rseau, au niveau
des quipements actifs ou au niveau du support physique (la fibre
optique). Dans ce
dernier cas, la panne peut tre due une cassure ou un
affaiblissement fort. Elle fait
appel la mesure optique par rflectomtrie et/ou un contrle des
faces optiques
qui peut tre associ, selon les rsultats, un nettoyage. En cas de
cassure ou de
coupure de cble, la maintenance peut ncessiter une rparation et
donc la ralisation
dun nouveau raccordement avec botier tanche, soudeuse, etc.
Lefficacit de cette mthode est lie dune part une dfinition prcise
des procdures de maintenance et dautre part la disponibilit de
ressources comptentes et doutils danalyse et de supervision adapts
et calibrs.
Ces pannes peuvent se prsenter sur divers cas de figures, un
seul ONT peut-tre en
dfaillance et de ne plus tre en mesure de synchroniser avec lOLT
; ou toute une branche du rseau peut devenir inactive et les
clients lis cette branche ne reoivent aucun signal. A
ce moment, lintervention dun technicien est ncessaire pour
rtablir la transmission.
7
http://www.formation-fibre-optique.com/a-la-decouverte-de-la-fibre-optique/la-maintenance-des-reseaux-optiques/
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 35
Dans le premier cas, le technicien une fois sur le site doit
mesurer le niveau de puissance
optique reu par lONT afin de dterminer si celui-ci pourra se
synchroniser avec l'OLT. Dans le deuxime cas, la panne est
vraisemblablement due au coupleur ou la fibre en
amont de ce coupleur.
8.5 Localiser la dfaillance, avant ou aprs le coupleur 1xN ?
Quelque soit la rpartition des coupleurs dans ldifice, la
dmarche reste identique. Au niveau du centre d'opration du rseau,
le technicien peut dterminer le nombre dabonn(s) affects par un
incident. Dans le cas o de nombreux ONTs assez proches sont en mode
hors
service, alors le coupleur 1xN desservant ces branches ou bien
la fibre alimentant ce
coupleur est remis en cause. Si un seul ONT est inactif alors
que les autres ONTs servis par
le mme coupleur 1xN se synchronisent avec l'OLT au CO, alors le
problme provient de la
fibre de distribution situe entre l'ONT inactif et le coupleur
1xN.
A partir de ce raisonnement et avec l'aide du centre d'opration
du rseau, le technicien peut
rapidement dterminer si le problme est avant ou aprs le coupleur
1xN.
En cas de doute, loption idale cest de se rendre chez le client
pour effectuer un test de dpannage.
Figure 13.- Schma de test chez le client [11]
Un rseau optique est trs souvent compos de fibres fournies par
des oprateurs diffrents.
En gnral, chacun d'entre eux opre des FON selon un contrat de
maintenance spcifique, et
le nombre d'interlocuteurs en cas de panne peut alors facilement
devenir important. Ceci
peut poser un problme lquipe technique d'un rseau qui veut
suivre la rsolution d'un incident, notamment lorsqu'elle joue un
rle de NOC.
Lorsque les quipements d'un rseau optique possdent des fonctions
avances en matire
d'allocation dynamique de bande passante et de Trafic
Engineering, une familiarisation avec
la gestion des plans de contrle comme GMPLS7 est recommande afin
de prendre
pleinement conscience de toutes les capacits de management des
ressources et de
comprendre les mcanismes de rservation de lambdas et autres
LSP8.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 36
Pour effectuer les allocations dynamiques de bande passante ou
pour manager les interfaces
des quipements optiques, des applications client/serveur sont en
gnral fournies avec les
quipements optiques et elles sont relativement similaires celles
existant pour les routeurs
et commutateurs traditionnels.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 37
9. Simulation dun rseau PON
9.1 Les diffrents types de simulateur
Les besoins croissants de tester les nouvelles technologies et
les nouveaux protocoles avant
leur dploiement a conduit la propagation des simulateurs. Parmi
ceux qui sont plus
frquents sur le march, il y en a certains qui, par leurs
frquentes apparitions dans des
articles scientifiques ou leur grande prvalence tant dans
l'industrie que dans les universits,
offrent une solution prouve. La section suivante contient un
bref survol de trois dentre eux: OPNET, NS-2 et VPlsystems.
8
a) OPNET (Optimum Network Performance) OPNET est une famille des
logiciels de
modlisation et de simulation de rseaux s'adressant diffrent
public tel que les
entreprises, les oprateurs et la recherche. Il est considr comme
lun des meilleurs outils de simulation de rseaux sur le march. Bas
sur un systme dobjet associ des diteurs graphiques intgrs, l'OPNET
simplifie la composition des rseaux et des
quipements. Ceci permet de raliser facilement une correspondance
entre un systme
d'informations et le modle correspondant. Les transmissions sont
analyses par la
mthode de simulation par vnements discrets.
Les rseaux optiques WDM peuvent tre intgrs dans l'environnement
OPNET en
utilisant SP Guru Transport Planner. Ce logiciel, destin aux
fournisseurs internet et
aux quipementiers, permet le dveloppement et l'analyse des
rseaux optiques tant
opaques que transparents. Plus spcifiquement, il effectue le
routage et l'assignation
des longueurs d'onde en plus d'valuer plusieurs concepts de
protection. En revanche,
il n'est pas possible d'y valuer les contraintes physiques d'une
liaison optique
(OPNET Technologies, 2008).
b) L'environnement VPlsystems comporte une srie dapplications
qui permettent une analyse sur plusieurs couches des rseaux
optiques. Ces applications effectuent la
simulation de liaisons optiques et le dveloppement de rseaux par
une approche
multicouche. Plusieurs technologies, composantes et protocoles y
sont supports.
Parmi ces applications, il y en a qui sont destines strictement
l'analyse et la
simulation d'une couche rseau, d'un protocole ou d'un type de
rseau bien spcifique;
d'autres sont utiliss plutt pour la conception ou loptimisation
des rseaux optiques. Mais il y a donc la possibilit davoir un
simulateur qui joue les deux rles; centre optique et centre rseau;
on trouve par exemple VPItransmissionMaker, et permet
de les simuler en utilisant des blocs reprsentant chacun des
lments constitutifs qui
simule la couche physique des liens optiques tout en tenant
compte des diffrentes
contraintes physiques.
8 Mmoire de Archambault mile -2008 prsente lETS.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 38
c) Le simulateur NS-2 est un outil logiciel de simulation de
rseaux informatiques adapts l'tude de rseaux complexes (filaires,
sans fils). Il est aujourd'hui un
standard de rfrence en recherche scientifique. De plus, il est
gratuit et constamment
support par ses concepteurs. Tout comme OPNET, il opre une
simulation par
vnements discrets et ne tient pas compte des multiples
contraintes physiques des
liaisons optiques. Par contre, ce simulateur ne supporte pas
encore les transmissions
optiques WDM, les librairies doivent tre cres part. Comme il
ncessite une
contribution en dveloppement par ses utilisateurs, il offre une
solution plus difficile
d'intgration que celle de ses concurrents commerciaux.
9.2 Simulation dun rseau PON TDM
Comme la plupart des systmes complexes, il savre beaucoup plus
avantageux de pouvoir modliser, analyser et de simuler les
diffrents cas de figures entre la conception et le
dploiement. Comme tout autre systme, la tlcommunication nchappe
pas la rgle de simuler avant de dployer.
Cest dans cette optique que nous allons simuler une liaison de
communication optique FTTH pour relier un nouveau laboratoire.Le
signal vido HD non compress une bande
passante denviron 1.5 Gbps. Ce laboratoire servira transmettre
des signaux vido haute dfinition (HD) sur un support de
transmission optique de 10Gbps. Nous avons une longueur
donde de 15550nm (4 longueurs donde espaces de 100 GHz et une
fibre optique de 20Km de long et dun affaiblissement de 0,2dB/Km.
Les principales fonctions de l'environnement de dveloppement MATLAB
sont l'excution de calculs mathmatiques, l'analyse et la
visualisation des donnes (MATLAB, R2009b) :
9.2.1 Synoptique de la liaison optique PON TDM
Figure 14.- Synoptique de la liaison optique PON TDM
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 39
9.2.2 Puissance de transmission
Pratiquement toutes les mesures effectues sur la fibre optique
se rfrent la puissance
optique. La sortie dun metteur ou lentre dun rcepteur sont des
mesures absolues de puissance optique. La perte est une mesure de
puissance relative , cest--dire la diffrence entre la puissance
couple dans un composant, comme un cble, une pissure ou
un connecteur, et la puissance qui est transmise travers
celui-ci. Cette diffrence de niveau
de puissance avant et aprs le composant est ce que nous appelons
la perte optique et elle
dfinit la performance dun cble, connecteur, pissure ou autre
composant.
Figure 15.- Puissance de transmission du rcepteur
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 40
9.2.3 Diagramme de lil
Le diagramme de l'il est un outil graphique qui permet
d'apprcier la qualit des signaux numriques reus avant qu'ils
atteignent le dispositif de dmodulation cest--dire la sortie du
canal de transmission et doptimiser les rglages des
rpteurs/rgnrateurs disposs le long et aux extrmits du canal. Il
s'agit d'une des mesures de base en transmission
numrique. Un signal affect par un bruit prsente des distorsions
et ces dernires
deviennent plus importantes avec laugmentation du bruit. Pour ce
faire, il est important de tester le signal de donnes et essayer de
minimiser le bruit.
Pour tracer le diagramme de lil, on envoie dans le canal un
signal numrique alatoire.
Figure 16.-Diagramme de lil du signal
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 41
9.2.4 Taux derreur binaire (BER-en anglais Bit error rate)
Le BER reprsente une valeur relative au taux d'erreur mesur la
rception d'une
transmission numrique, relative au niveau d'attnuation et/ou de
perturbation d'un signal
transmis. La surveillance continue de la BER reste une tche
importante dans le maintien de
communications numriques de haute qualit.
Taux derreur = Nombre de bits errons sur le total des bits
transfrs
Figure 17.- BER
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 42
9.2.5 Spectre optique OSA
Analyseur de spectre optique (OSA), conu pour faciliter le
travail des oprateurs et des
fabricants dquipement de rseaux lors de lactivation, de la mise
niveau et du dpannage des rseaux les plus complexes.
Il permet aux techniciens de terrain danalyser le contenu
spectral de tout format de modulation, de mesurer le rapport signal
sur bruit optique (OSNR) entre les signaux ultra-
denses, de retracer les effets non linaires et de surveiller les
imperfections des composants.
Tenant compte des donnes utilises ci-dessus, nous avons ce
graphique.
Figure 18.- Spectre optique OSA
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 43
10. Conclusion
Le rseau PON est une solution efficace et relativement peu
coteuse rpondant au problme
de partage de la bande passante. La conception dun rseau optique
passif est une ncessit dans notre socit daujourdhui car un tel
rseau prsente lavantage de partager certains quipements entre
plusieurs abonns, rduisant dautant le cot de construction initial ;
de plus, les conditions dexploitation et de maintenance sen
trouvent amliores, rduisant ainsi les cots de fonctionnement. Ce
projet ma permis de comprendre en profondeur limportance dune telle
architecture rseau et de son dploiement. Aussi, de comprendre tous
les lments qui sont mis de bout en bout afin davoir le rsultat
escompt.
Grace ce travail, jai pu retenir que la fibre optique est le
support de transmission le plus fiable et stable, malgr quelle
prsente quelques lacunes dues son installation et aux oprations de
maintenances. Mais elle reste le moyen de transport le mieux
appropri dans
divers domaines comme la tlcommunication (tlphonie mobile, data,
multimdias,
internet, etc.) mdicale, aronautique et clairage. Larchitecture
PON supporte toutes les topologies de rseau daccs en fonction des
contraintes du terrain et des besoins des clients. Ces rseaux
permettent en outre un service dacheminement de flux
bidirectionnels et multimdia trs haut dbit, qui autorise laccs de
tous les oprateurs sans contraintes de dbits.
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 44
Index des figures
Figure 1.- Vue densemble de larchitecture FTTH [2]
..............................................................................
13
Figure 2 .- Architecture point--point passif [2]
........................................................................................
14
Figure 3.-Architecture point-multipoint passif [2]
.....................................................................................
14
Figure 4.-Architecture point-multipoint passif [2]
.....................................................................................
15
Figure 5.-lments constitutifs de larchitecture PON TDM [3]
...............................................................
17
Figure 6.- Fibre optique [5]
........................................................................................................................
20
Figure 7.-Type de fibre
[6]..........................................................................................................................
21
Figure 8 : Mode de transmission [6]
..........................................................................................................
25
Figure 9.-Trafic descendant dans un PON [7]
...........................................................................................
26
Figure 10.-Bilan dnergie optique [6]
.......................................................................................................
27
Figure 11.-Rflectomtre OTDR Exfo FTB-7300E [9]
...............................................................................
32
Figure 12.-rsultat dun test OTDR [10]
....................................................................................................
33
Figure 13.- Schma de test chez le client [11]
............................................................................................
35
Figure 14.- Synoptique de la liaison optique PON TDM
............................................................................
38
Figure 15.- Puissance de transmission du rcepteur
..................................................................................
39
Figure 16.-Diagramme de lil du signal
...................................................................................................
40
Figure 17.- BER
.........................................................................................................................................
41
Figure 18.- Spectre optique OSA
................................................................................................................
42
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 45
Index des tableaux
Tableau 1.- Caractristiques type dun OLP PON industriel
....................................................................
19
Tableau 2.- comparatif EPON/GPON
.........................................................................................................
23
Tableau 3.- Pertes enregistres pour une longueur d'onde optique
de 1550nm ......................................... 29
-
tudes et analyse dun rseau PON Page 46
Rfrences et Netographies
[1]- http://fr.wikipedia.org/wiki/Fiber_To_The_Home
[2] -
http://extranet.ant.cete-ouest.equipement.gouv.fr/article.php3?id_article=18
[3]
-http://www.ant.developpement-durable.gouv.fr/le-point-sur-ftth-point-multipoint-passif-
pon-a77.html
[4] -
http://wiki.cercle-credo.com/index.php/ARCHITECTURES_FTTH
[5] - http://www.ariase.com/fr/guides/fibre-optique.html
[6] - http://www.thefoa.org/FR/Chapitre%204.htm
[7] -
http://www.ant.equipement.gouv.fr/article.php3?id_article=77
[8] - Notes de cours TEL 146- Rseaux optiques Ethernet
mtropolitains (t 2012)-
Prof. Jean Philippe Savoie
[9] -
http://www.otdr.fr/la-gamme-otdr/plateforme-ftb-200/otdr-exfo-ftb-7300e
[10] - http://www.thefoa.org/FR/Chapitre%208.htm
[11] -
http://www.infractive.fr/Base-de-connaissance/Note-dApplication/maintenance-des-
raux-ftth-en-services/Toutes-les-pages:
http://www.perlesystems.fr/supportfiles/Optical-Power-Budgets.shtml
http://www.google.com/patents/WO2006106260A1?cl=fr
http://www.pcmag.com/encyclopedia_term/0,2542,t=BPON&i=49487,00.asp
http://www-igm.univ-mlv.fr/~dr/XPOSE2007/ffraux_FTTH/index.html
http://www.infractive.fr/Base-de-connaissance/Note-d-application/maintenance-des-raux-
ftth-en-services/Toutes-les-pages.html
http://www.httr.ups-tlse.fr/pedagogie/cours/fibre/fotheori.htm
http://www.exfo.com/fr/produits/tests-terrain/bu3-optique/tests-otdr-iolm
Livre consult.- Introduction la communication par fibre optique-
Une approche pratique
crit par M. David Bensoussan