Rapport 1ere Etape

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4 RAPPORT DE PROJET PRÉSENTÉ À L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE DANS LE CADRE DU PROJET DE FIN D’ÉTUDES COURS : TEL160 SESSION : AUTÔMNE 2014 SUJET : ETUDES ET ANALYSE D’UN RÉSEAU D’ACCÈS OPTIQUE PASSIF (PON) ÉTUDIANTE : NADEGE BASTIEN PROFESSEUR : DAVID BENSSOUSSAN BASN10607708 Montréal, le 8 décembre 2014 Département de génie électrique

Transcript of Rapport 1ere Etape

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    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