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.