RESEAUX OPTIQUES MAILLES TRANSPARENTS ET

R ESEAUX OPTIQUES MAILLES TRANSPARENTS ET RECONFIGURABLES :
TECHNOLOGIES ET CHALLENGES
C. Simonneau, T. Zami, A. Morea, F. Leplingard, N. Brogard et D. Bayart
Alcatel-Lucent Bell-Labs France, Route de Villejust, 91620 Nozay
France Tel: [phone],
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R ESUME
Une évolution importante des réseaux de télécommunication à fibre optique est
l’introduction de fonctionnalités telles que la transparence et la reconfigurabilité
permettant une adaptabilité accrue des réseaux à un profil de trafic de plus en plus
variable. Cet article présente certaines des technologies innovantes répondant à ces
évolutions.
M
OTS - CLEFS : réseaux maillés transparents ; réseaux reconfigurables.
1. I
NTRODUCTION
Les opérateurs ont besoin de réseaux optiques moins coûteux, plus flexibles et
reconfigurables, dont la capacité peut être aisément augmentée au gré de l'accroissement du trafic.
Pour répondre à ces besoins, les réseaux de télécommunications à fibre optique évoluent d'une
architecture dite point-à point, où tout le trafic est converti dans le domaine électrique à chaque
nœud, vers une architecture maillée transparente, où chaque nœud intègre une fonctionnalité de
brassage optique du trafic [1]. L’introduction du brassage optique à chaque nœud nécessite de
résoudre des nouveaux challenges dans la conception et l'ingénierie des réseaux optiques. Par
exemple, la transparence dans les nœuds requiert le besoin d'un surcroit de performance car la
portée des canaux est augmentée. Pour augmenter cette performance, les cartes de dispersion
doivent être optimisées [2] non seulement pour permettre une propagation à travers différents types
de fibre (par exemple fibre standard SSMF et fibre à dispersion modifiée NZDSF) mais aussi pour
des canaux modulés à différents débits (10Gbit/s, 40Gbit/s et, dans un futur proche, 100Gbit/s). De
plus à tout instant il faut être capable d'établir de nouvelles connections. Pour cela il faut d'une part
disposer d'un estimateur de performance de transmission à la fois simple et fiable [3], et d'autre part
de moyens de surveillance (« monitoring » en anglais ) permettant de mettre à jour les
connaissances de l'état du réseau [4].
2.
TRANSPARENCE
La transparence présente l'avantage d'éviter l'utilisation en surnombre de transpondeurs
(émetteur-récepteur) [1]. En effet, outre leur cout élevé, ces transpondeurs ont le désavantage de
fonctionner pour un débit et un format de modulation donné, ce qui peut limiter significativement la
flexibilité du réseau. De plus ils sont la principale source de panne dans le réseau. L'élément
principal des nœuds d'un réseau transparent est le WSS (« Wavelength Selectif Switch »). Il s’agit
d’un démultiplexeur en longueur d’onde reconfigurable. Ainsi à partir d'un peigne WDM reçu sur
son port d'entrée, il peut orienter chaque longueur d'onde vers un de ces nombreux ports de sortie
indépendamment du routage appliqué aux autres canaux du peigne. A partir de cet élément on peut
concevoir des nœuds de degré N (N étant le nombre de fibres raccordées au nœud). Les opérateurs
demandent que les nœuds puissent atteindre une connectivité de 8 pour répondre à leurs futurs
besoins. Idéalement, le signal de chaque transpondeur qui équipe un nœud, devrait pourvoir être
dirigé vers n'importe quelle fibre et être accordé sur n'importe quelle longueur d'onde. En pratique
maintenir ces propriétés pour des nœuds de degré élevé nécessite un nombre de WSS et de coupleur

élevé ce qui est couteux et augmente très sensiblement les pertes optiques des nœuds. La figure 1
présente un exemple d'architecture de nœud.
pPHWWHXU
DFFRUGDEOH
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G’RQGH
pPHWWHXU
DFFRUGDEOH
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UpFHSWHXUV pPHWWHXU
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Fig. 1 : Exemple d’architecture d'un nœud de degré N
Sur la figure 1, chaque transpondeur peut émettre un signal à n'importe quelle longueur
d'onde, en revanche ce signal ne peut être dirigé que vers une seule fibre. Il est important que tous
les canaux passant en transparence à travers les nœuds ne subissent aucune pénalité quels que soit
leur débit et format de modulation ou tout au moins que cette pénalité soit suffisamment faible, de
telle sorte qu'un canal puisse passer à travers une dizaine de nœuds sans dégradation significative.
Pour des canaux modulés à 10Gbits/s les nœuds à base de WSS ne présentent aucune pénalité
significative ni de filtrage ni de diaphotie. En revanche, le défit est plus grand pour des liens
pouvant supporter simultanément des canaux avec des débits à 10Gbits/s et à 40Gbits/s. En effet
tous les formats de modulation à 40Gbits/s ne permettent pas de passer en transparence à travers des
WSS ajustés sur une grille à 50GHz d'espacement entre canaux. Ainsi le format DPSK (Differential
Phase Shift Keying) à 40Gbits/s offre de très bonnes performances en terme de distance de
transmission mais son occupation spectrale nécessite un WSS avec espacement entre canaux de
100GHz. L'utilisation de ce format requiert donc des solutions spécifiques. Une solution consiste à
entrelacer les canaux pairs (10Gbits/s) et impairs (40Gbits/s) et au niveau des nœuds à
démultiplexer les canaux pairs et impairs à chaque nœud à l’aide d’un "interleaver" à bande
asymétrique. Ceci permet de brasser les canaux à 10Gbits/s et à 40Gbits/s à l’aide de deux WSS
différents dont les largeurs des filtres sont adaptées aux signaux à 10Gbits/s et 40Gbits/s [5]. Une
deuxième solution utilise une technologie de WSS [6] dont largeur de filtre est ajustable permettant
ainsi le routage simultané de canaux à 10Gbits/s et 40Gbits/s avec un espacement de 50GHz et
100GHz respectivement. Une troisième solution est de modifier ce format DPSK [7] afin de le
rendre plus tolérant au filtrage des nœuds et de rendre ainsi possible un espacement entre canaux de
50GHz. Une alternative à la modulation DPSK serait d'utiliser une modulation de type DQPSK
(Differential Quadrature Phase Shift Keying) pour les canaux à 40Gbits/s. Ce format de modulation
offre l'avantage d'une occupation spectrale moindre et compatible avec une grille d'espacement à
50GHz pour tous les canaux. Il est cependant à noter que le format DQPSK est plus coûteux et
complexe à mettre en œuvre et offre des performances en termes de distance de propagation
moindres que le format DPSK.
3.
RECONFIGURABILITE
Un défit important lié aux architectures de réseaux maillés est la reconfigurabilité automatique.
C'est une fonctionnalité essentielle pour les opérateurs. En effet, le brassage optique dans les nœuds

autorise un routage de chaque longueur d'onde séparément et permet une plus grande diversité dans
l'établissement des chemins pour les canaux. Ainsi lors de l'établissent d'une nouvelle connexion de
nombreux chemins sont possibles. Connaissant la topologie et l'état d'occupation du réseau, pour
choisir le meilleur chemin il faut d'une part être capable d'estimer la performance de propagation sur
tous les chemins possibles et d'autre part disposer d'algorithmes de calcul de route rapides [8]. Des
moyens de « monitoring » sont aussi indispensables. Ces moyens de surveillance des canaux en de
nombreux points du réseau permettent d’une part de connaître l’état du réseau à tout moment et de
calculer ainsi l’établissement de routes optimales. D'autre part cette surveillance devra permettre
une localisation plus rapide et plus fiable des liens dont la performance se dégrade au cours du
temps. Le brassage optique dans les nœuds introduit aussi une grande variabilité lors de la
propagation des canaux. Entre l'émission et la réception, non seulement un canal peut se propager
dans différents types de fibres mais le nombre et la nature de ses plus proches canaux voisins
peuvent changer de façon importante à chaque nœud [9]. De plus ces canaux voisins peuvent aussi
varier dans le temps au gré de la reconfiguration du réseau. Les amplificateurs optiques doivent être
à même de s'adapter à la variation de leur puissances d'entrée et de sortie causée cette variabilité du
nombre de canaux de chaque lien au cours du temps. Un problème d'ingénierie important pour les
réseaux maillés transparents comprenant un grand nombre de nœuds et de grande extension
géographique (réseaux pan-européen, nord américain ou chinois) est l'interaction possible des
différents algorithmes indépendants qui contrôlent l'atténuation des canaux à chaque nœud. Des
travaux récents ont montré qu'une complète indépendance des algorithmes de contrôle des nœuds
pouvait conduire à des oscillations de puissance très importantes dans le réseau. Une solution
possible à ce problème consiste à contrôler la puissance des canaux d'une façon séquentielle, nœud
après nœud [10].
4. C
ONCLUSION
La conception de formats de modulation, de cartes de dispersion, d’architectures de nœud et
d‘outils de surveillance sont parmi les éléments indispensables pour permettre le déploiement de
réseaux maillés transparents et reconfigurables. Pour opérer le réseau dans des conditions optimales
par la mise en œuvre de tous ces éléments un plan de contrôle adapté est aussi indispensable. Des
extensions des différents protocoles assurant la gestion du réseau sont donc envisagés mais ces
aspects sont en dehors du champ abordé par cet article.
R
ÉFÉRENCES
[1] B. Ramamurthy, et al., “Transparent vs. opaque vs. translucent wavelength-routed optical networks”,
TuF2-1, in OFC99, 1999.
[2] J.C. Antona, et al "Design and Performance Prediction in Meshed Networks with Mixed Fiber Types”;
Seve, JthA49 in Proceedings IEEE/OSA OFC08, 2008
[3] B. Lavigne et al., “Method for the determination of a Quality-of-Transmission estimator along the
lightpaths of partially transparent networks”, We 8.5.2 in Proceedings IEEE ECOC07, 2007
[4] Kilper et al. « Optical performance monitoring, ”, IEEE J. of Lightwave Tech., Vol. 22, N°1, pp294-304,
2004
[5] D.A. Fishman et al. Optical add/drop multiplexer with asymmetric bandwidth allocation and dispersion
compensation hybrid 10-Gb/s and 40-Gb/s DWDM transmission in Proceedings” OWI64 OFC06, 2006
[6] S. Frisken, “Advances in Liquid Crystal on Silicon Wavelength Selective Switching OWV4 in
Proceedings IEEE/OSA OFC07, 2007.
[7] B. Mikkelsen,et al. “Partial DPSK with excellent filter tolerance and OSNR sensitivity” Electronics
Letters Vol. 42, N°23, pp1363-1364 2006.
[8] A. Morea et al, “QoT function and A* routing: an optimized combination for connection search in
translucent networks”, OSA J. of Optical Net., Vol. 7, No. 1, January 2008
[9] Zami T. et al. “Impact of routing on the transmission performance in a partially transparent optical
network”, JthA50, in Proceedings IEEE/OSA OFC08, 2008
[10] D. Kilper et al. “Control of Channel Power Instabilities in Constant-Gain Amplified Transparent
Networks Using Scalable Mesh Scheduling, ”, IEEE J. of Lightwave Tech., Vol. 26, N°1, pp108-113, 2008