Les technologies optiques

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Les technologies optiques
C. Pham
RESO-LIP/INRIA
Université Lyon 1
http://www.ens-lyon.fr/~cpham
Bref historique
■
■
■
1958: Découverte du laser
Mid-60s: Démonstration des guides optiques
1970: Production de fibre à faible taux d'erreurs
– Rend possible la transmission optique longue distance!
■
1970: invention de la diode laser semiconducteur
– Rend possible l'intégration de composants optiques!
■
■
■
■
70s-80s: Usage de la fibre en téléphonie: SONET
Mid-80s: LANs/MANs: broadcast-and-select
architectures
1988: Pose de la première fibre optique trans-atlantic
Late-80s: EDFA (amplificateur optique ) developpé
– Réduit considérablement les problèmes liés à la distance!
■
■
Mid/late-90s: Explosion des systèmes DWDM
Late-90s: Intelligent Optical networks
Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1
Les réseaux optiques
2
Fibres optiques (1)
■
Fibre optique
– de moins en moins coûteuse, plus légères, en silice le plus
souvent, rarement en verre (atténuation). Le plastique est possible.
– environ 30km sans répéteurs.
– très haut-débit (50000 Gbits/s théorique) et très bonne fiabilité.
3
Aspects physiques
■
■
■
Fibre en silice: SiO2 (principalement)
Index de Réfraction, n = cvacuum/cmaterial
ncore > ncladding
n~1.43
n~1.45
4
Aspects physiques (suite)
■
■
■
■
■
Lois simples: Réfraction et Réflection
Réflection: 1r = 1
Réfraction: n1sin 1 = n2sin 2 (Snell’s Law)
Si 2 = /2: Total Internal Reflection
alors 1 =sin-1 (n2/n1), “Critical Angle”
5
Aspects physiques (suite)
■
■
La lumière se propage par réflexion interne totale
Dispersion modale: Différentes longueurs de chemins
dispersent l'énergie du faisceau
6
Transmission optique: synthèse
Transmitted data waveform
Waveform after 1000 km
7
Multimode et monomode
■
Fibres optiques
fibre multimode (obsolete)
– multi-mode
50 ou 62,5 9µ
Fibre à gradient d'indice
– à gradient d ’indice
125µ
50 ou 62,5 9µ
– mono-mode
Fibre monomode
125µ
5 à 9µ
9
Fibres optiques
12
Le multiplexage sur fibre optique
Atténuation en db/km
2
1.5
1
0.5
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
Longueur d ’onde en nm
■
Wave-length Division Multiplexing
– mettre sur une même fibre plusieurs canaux de données, en
utilisant différentes longueurs d’onde (couleurs).
13
Principes du WDM
WDM(Wavelength Division Multiplexing).
>1nm
DWDM(Dense Wavelength Division
Multiplexing).
< 0,1 nm
14
Un pas vers les réseaux optiques
■
Amplificateur optique
dopé à l’erbium (EDFA)
– début des années 1980
– plus longue distance, évite de
coûteux répéteurs
– permet en outre d'amplifier tous
les canaux WDM (alors que les
répéteurs nécessitent de
repasser en électrique)
15
Coupleurs optiques
■
■
■
■
Combinent & séparent les signaux
Indépendent ou dépendent de la longueur d'onde
P(Output1) = P(Input1)
P(Output2) = (1- ) P(Input1)
– Power splitter si α=1/2: 3-dB coupleur
■
Utilisé pour construire de simples commutateurs
optiques
16
Filtres, Multiplexeurs, Routeurs
■
■
■
Les filtres
sélectionnent une
longueur d'onde
et rejettent les
autres
Les multiplexeurs
combinent
différentes
longueurs d'onde
Les routeurs
échangent les
longueurs d'onde
d'une entrée vers
une sortie
17
Fabry-Perot Filters
■
■
■
Fabry-Perot filter also called F-P interferometer or
etalon
Cavity formed by parallel highly reflective mirrors
Tunable filter
21
Les réseaux tout optique
■
Réseaux à diffusion (Broadcast)
– Mono-saut: toutes les stations peuvent communiquer directement
entre elles,
– Multi-saut: communication directe avec un nombre restreint de
machine.
■
Réseaux à commutation en longueur d ’onde
22
Réseaux mono-saut en étoile passive
Emetteur
Récepteur
1
1
1, 2,..., n
1, 2,..., n
2
1
2
2
n
1, 2,..., n
n
n
23
Réseaux mono-saut en bus replié actif
1
■
2
3
4
5
n
On peut avoir quatre catégories de réseaux monosaut:
–
–
–
–
FT-FR : émetteurs et récepteurs fixes
TT-FR : émetteurs accordables et récepteurs fixes
FT-TR : émetteurs fixes et récepteurs accordables
TT-TR : émetteurs et récepteurs accordables
24
Graphe de connectivité
Réseaux multi-saut
1
1
Topologie physique
2
4
6
2
7
3
1
3
1
7
2
4
5
4
6
8
1
8
7
4
2
3
5
3
2
8
5
4
6
3
25
Commutation en longueurs d’onde
■
Chaque connexion est une longueur d’onde,
réutilisation des longueurs d’onde pour A et C.
B
1
A
2
1
3
C
2
5
4
1
E
D
26
Commutation en longueur d’onde
1
■
Les brasseurs passifs
fixe
1
2
1
2
1
21
2
1
21
2
1
21
2
2
1
2
1
2
1
2
1
■
1
Les brasseurs passifs
1
dynamiques
1
2
1
2
2
convertisseurs
dynamiques
2
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
2
1
2
Les brasseurs actifs
(reconfiguration lente)
27
Les commutateurs optiques
■
Format du paquet optique
100Mbs-1
700Mbs-1
Données
Temps de garde
■
Résolution de la contention
– la déflexion
– les mémoires optiques
projet KEOPS Wavelength Routing Switch & Broacast and Select
Switch
28
Ex: le commutateur WRS
CONTROLEUR
ETAGE 1
1
N
ETAGE 2
1
1
1
N
R
N
CONVERTISSEURS
LIGNES A RETARD
CONVERTISSEURS
29
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