Contexte de la demande

Sujet thèse « Evolution des réseaux métro »
DESCRIPTION DU SUJET
Contexte de la demande
Le réseau d’accès des opérateurs de télécommunications a connu depuis quelques années de
profonds changements avec le déploiement des technologies xDSL qui ont permis aux clients
de ces opérateurs de disposer d’accès Internet à plusieurs (dizaines de !) Mbit/s et de services
video sur IP intégrant en outre la téléphonie, la télévision et la vidéo à la demande sur IP.
Ces évolutions se sont à l’origine appuyées sur l’infrastructure historique cuivre des réseaux
téléphoniques ; plus récemment, le déploiement de la fibre optique dans le réseau d’accès à
démarré en France dans certaines localités. On peut d’ailleurs penser que le déploiement de la
fibre optique dans le réseau d’accès pourrait prochainement intervenir à grande échelle dans
certaines régions du monde :
- La croissance significative du nombre de raccordements FTTH (Fibre To The Home)
en Asie.
- Les décisions de l’autorité de régulation américaine garantissant l’absence de
dégroupage d’une future infrastructure fibre afin de favoriser la concurrence entre les
câblo-opérateurs et les opérateurs téléphoniques.
- L'obligation à France Telecom d'ouvrir ses alvéoles aux déploiements des différents
opérateurs français du FTTH.
Ces éléments montrent que la pénétration de la fibre optique dans les réseaux d’accès est
engagée.
La croissance en débit à l’accès s’accompagne d’une évolution rapide des services offerts,
tant auprès de la clientèle résidentielle qu’auprès des entreprises. Le marché résidentiel a été
marqué ces dernières années par l’introduction des services basés sur l’image animée d’une
part, et sur la personnalisation des services d’autre part. En parallèle, les technologies de
distribution de l’information en mode pair-à-pair ont continué leur progression. Le marché des
entreprises se diversifie avec l’introduction de services comme l’accès aux grilles de calcul ou
au stockage en réseau ; plus généralement, les entreprises demandent de plus en plus une
interconnexion au niveau Ethernet de sites distants.
La pénétration importante des technologies optiques dans les réseaux permet de supporter
cette croissance en débit. Les réseaux de transport à longue distance à base de fibres optiques
ont connu une révolution technologique depuis une dizaine d’années avec l’introduction du
multiplexage en longueur d’onde et de l’amplification optique qui a permis le déploiement de
systèmes de transmission dont la capacité maximale est de l’ordre du Térabits/s. Mais les
technologies optiques sont aussi introduites dans les réseaux d’accès, comme nous l’avons
décrit plus haut, et dans les réseaux métropolitains (appelés également réseaux de collecte).
Les réseaux métropolitains sont aujourd’hui caractérisés par une grande hétérogénéité de
technologies (SDH, Ethernet, OTN, DWDM, CWDM,…) et de topologies (anneau, maillé)
correspondant à des clientèles variées (professionnels et résidentiels). Traditionnellement,
pour les réseaux de données, l’intelligence des réseaux est localisée en bordure du réseau de
cœur. Cette intelligence est caractérisée par le fait que le premier routeur sur le chemin de
données est localisé à cet endroit. C’est ainsi que les réseaux d’accès et métropolitains étaient
originellement construits pour assurer des fonctions de collecte (pour le trafic montant) et de
distribution (pour le trafic descendant). Cette architecture permet de simplifier les règles
d’ingénierie du trafic, et en particulier de routage de l’information : les nœuds du réseau
métro et du réseau d’accès ne sont pas intégrés au plan de routage IP de l’opérateur. Or,
l’évolution des services conduit à remettre en cause ce principe. D’une part, la distribution
video s’applique sur des réseaux de distribution de contenus avec de multiples serveurs
redondants ; en particulier, il est courant que de tels serveurs soient positionnés dans les
réseaux métropolitains ce qui implique la nécessité d’une communication directe entre nœuds
du réseau métropolitain. D’autre part, les services P2P modifient les profils de trafic
observés : diminution de l’asymétrie entre trafics montant et descendant, augmentation des
flux entre usagers au détriment des flux entre usagers et serveurs ; cette évolution fait qu’il
risque de devenir coûteux d’interdire les échanges directs entre nœuds du réseau métropolitain
ou même du réseau local.
On voit donc qu’il va être nécessaire d’effectuer des compromis relativement à la localisation
de l’intelligence du réseau : plus les réseaux d’accès et les réseaux métropolitains deviennent
intelligents, plus leur plan de commande se complique, permettant par contre une meilleure
mise eu œuvre d’outils d’ingénierie de trafic.
L’analyse des réseaux d’accès et de collecte et de la problématique de la localisation des
fonctions intelligentes doit tenir compte des aspects liés aux services et aux relations
contractuelles existant entre opérateurs. Il s’agit non seulement de fixer des hypothèses quant
aux services consommés par les clients du réseau d’accès mais aussi de décrire avec
suffisamment de précision une ou plusieurs architecture de services pour en déduire la nature
et la répartition des flux de trafic à travers les réseaux d’accès et de collecte, ainsi que les
fonctionnalités permettant de contrôler cette répartition. Les modèles d’entreprise ont une
influence certaine sur les solutions possibles: la réglementation ou les impératifs du marché
risquent d’imposer qu’une unique infrastructure (e.g. un réseau d’accès optique) soit partagée
entre différents fournisseurs d’accès. C’est déjà le cas pour l’accès cuivre et l’on sait que ce
point a conduit à l’échec de la Boucle Locale Radio. L’architecture de transport sera donc
fonction de l’architecture physique et du mode de partage de cette architecture entre les
différents fournisseurs.
Il apparaît clairement que pour élaborer des solutions pertinentes pour l’évolution à moyen
terme des réseaux optiques, une approche globale est nécessaire, intégrant les problématiques
d’accès et de collecte, et prenant en compte l’architecture physique, l’architecture de transport
et l’architecture de service.
Objectifs du projet :
Ce projet porte sur l’étude des architectures des réseaux d’accès et de collecte optiques dans
une perspective d’offre de services à très large bande (notamment la Haute Définition pour les
flux vidéo). Il aura pour objectif d’assurer une optimisation conjointe des architectures des
réseaux d’accès et de collecte, en se basant sur la comparaison de plusieurs scénarios (un
scénario extrême pouvant être celui d’une intégration complète de ces deux réseaux). Le
critère principal d’évaluation de ces scénarios sera leur capacité à offrir une très grande bande
passante (un débit moyen allant au delà de 20Mbit/s avec un débit d’accès supérieur à
100Mbit/s) aux clients résidentiels dans un contexte de déploiement à grande échelle et d’une
grande diversité de services (« scalabilité »). La description des scénarios d’architecture
intègrera les aspects liés au plan de transfert (infrastructure, composants optiques clés, modes
de partage entre opérateurs, piles protocolaires) et à la commande des services.
On considérera différentes options récentes considérées pour l’évolution des réseaux
métropolitains utilisant de manière différente le support optique
 Resilient Packet Ring, qui est basée sur une architecture en anneau et une conversion
opto-electronique à chaque station ;
 Matisse Networks, anneau de paquets optiques WDM avec émetteurs accordables et
récepteurs fixes ; une longueur d’onde est allouée à chaque station ;
 Ecoframe, anneau de paquets optiques WDM avec émetteurs accordables et récepteurs
multi-longueurs d’onde
 Architectures en étoile pour remplacer les anneaux métro-accès
 Architectures maillées pour remplacer les anneaux métro-cœur.
L’analyse intègrera également les évolutions prévues ou possibles des technologies d’accès
optiques, notamment : passage à des débits de 10 Gbit/s, WDM-PON, augmentation des
portées ou des taux de partages.
Compétences scientifiques requises :
Le candidat devra disposer de connaissances variées en télécommunications :
× Réseau télécoms accès et/ou métro.
× Principaux protocoles télécoms, principaux protocoles IP et Ethernet.
× Connaissance de base en transmission optique.
Il devra également avoir une bonne aptitude à mettre en œuvre des outils de simulation et à en
interpréter les résultats.
Plus généralement la nature des problèmes à traiter requiert un goût certain pour un travail
pluridisciplinaire et un excellent esprit de synthèse.
Principaux équipements et matériels scientifiques spécifiques
utilisés pour mener à bien le projet :
Les principaux outils utilisés au cours du projet seront des logiciels de simulation de réseau
(notamment Network Simulator) ; des modélisations au niveau physique pourront également
être nécessaires pour certains scénarios (notamment sous VPI). Les moyens de
caractérisations disponibles au département d’optique et dans l’environnement local
(plateforme PERDYN) pourront également être utilisés. L’expertise du département
Informatique de l’ENST Bretagne en matière d’ingénierie de trafic et d’évaluation de
performance sera également mise à profit. Les départements d’optique et d’informatique
collaborent déjà dans plusieurs projets dans le domaine des réseaux large bande à travers
notamment le co-suivi de stagiaires et d’un doctorant.
Résultats attendus :
Les résultats attendus se situent à deux niveaux. D’une part, un travail de dimensionnement et
d’optimisation doit déboucher sur la définition de règle d’optimisation d’un réseau de collecte
et d’accès à l’échelle d’une plaque de service. Autrement dit, il s’agit de savoir quelle(s)
architecture(s) de réseaux répond le mieux à l’offre de service définie selon un certain nombre
de paramètres que sont les capacités de transport des systèmes d’accès, des machines de
brassage et de multiplexage, les capacités des serveurs. D’autre part, au niveau supérieur, une
réflexion sur les interactions entre plan de commande des services et plan de commande des
réseaux doit contribuer à rendre notamment beaucoup plus générique la définition et la
conception des réseaux de collecte.