Soutenance mémoire
La nécessité pressante de disposer des réseaux de communication à très haut débit, dont les performances dépassent largement celles que peuvent fournir les réseaux actuels, se fait jour face au nombre croissant d’utilisateurs et à l’émergence d’applications en réseau intensives, telles que la récupération des données sur Internet, les applications Java, les conférences à distance, l’imagerie à temps réel. Les constructeurs des équipements de télécommunications se sont alors lancés dans une course effrénée au développement de nouveaux systèmes. Pour traiter le changement de nature des informations véhiculées, la solution consiste à élaborer des équipements capables de les gérer d’une manière totalement transparente. Si cela est relativement aisé, le réel challenge vise à traiter une quantité d’informations de plus en plus importantes.
Les choix technologiques retenus pour augmenter les capacités des réseaux favorisent le déploiement de la fibre optique et l’exploitation beaucoup plus rapide des avancées scientifiques. En particulier, la découverte de l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium, composant capable d’amplifier les signaux de longueur d’onde proche de 1,55µm transmis dans les fibres optiques, occasionne une révolution des systèmes de télécommunications. Non seulement, l’amplification permet d’étendre les distances de transmission mais aussi fonctionne sur une gamme de longueurs d’onde suffisamment étendue pour être utilisable sur plusieurs canaux. Le multiplexage en longueur d’onde apparaît alors comme le moyen d’accroître de façon significative les capacités des transmissions par fibres optiques.
TRANSMISSION PAR FIBRES OPTIQUES
Propagation dans la fibre optique
Propagation d’onde lumineuse
Lorsqu’un faisceau lumineux heurte obliquement la surface qui sépare deux milieux plus ou moins transparents, il se divise en deux : une partie est réfléchie tandis que l’autre est réfractée, c’est-à-dire transmise dans le second milieu en changeant de direction . L’indice de réfraction est une grandeur caractéristique des propriétés optiques d’un matériau. Il est obtenu en divisant la vitesse de la lumière dans le vide (Cv = 299 792 Km/s) par la vitesse de cette même onde dans le matériau. Plus l’indice est grand, et plus la lumière est lente.
Pour guider la lumière, la fibre utilise le phénomène de réflexion totale qui se produit à l’interface de deux milieux d’indice différent. La fibre optique comprend ainsi deux milieux : le cœur, dans lequel l’énergie lumineuse se trouve confinée, grâce à un second milieu, la gaine, dont l’indice de réfraction est plus faible .
Le signal lumineux est propagé à l’intérieure du cœur. La gaine optique sert essentiellement à amener le diamètre à 125 , pour des raisons mécaniques. Le revêtement constitue une μm protection de la fibre optique.
Enoncé de la Loi de Descartes
Un faisceau lumineux qui heurte la surface séparant deux milieux transparents et d’indices de réfraction différents n1 et n2 se divise en deux rayons :
– un rayon réfléchi formant un angle i1 par rapport à la normale à l’interface des deux milieux,
– un rayon réfracté avec un angle i2 par rapport à la même normale.
Avantages des fibres optiques
Enorme bande passante
L’un des points forts des communications optiques est la bande passante qu’elles peuvent utiliser. En effet, la théorie de communications nous dit que le nombre d’informations transmises par seconde ne peut excéder la fréquence de l’onde porteuse ( soit au plus un bit par période de l’onde ). Cette propriété montre l’intérêt d’utiliser des signaux optiques, dont les fréquences vont de 10¹⁴ à 10¹⁵ Hz, plutôt que les ondes radio de fréquences plus faibles ( de l’ordre de 10⁵ à 10¹¹ Hz ). Il est donc possible pour les communications optiques d’atteindre en théorie la centaine ou le millier de Terabits par seconde ( 1Tb = 10¹² bits ).
Vitesse d’information élevée
L’élément principal qui a fait émerger la fibre optique dans les réseaux de télécommunications est que le photon présente une vitesse de déplacement supérieure à celle de l’électron. Ainsi, dans un fil de cuivre, la vitesse de transmission d’un électron peut atteindre 1 sur de petites distances ( Mbps quelques mètres ) uniquement. Au-delà, les pertes deviennent trop importantes pour la transmission. Cet argument a d’ailleurs limité l’installation du DSL ( Digital Subscriber Line ) pour des lignes de quelques kilomètres, d’un particulier à son lieu de travail par exemple. Les câbles coaxiaux permettent de passer la barre des 100, mais le Mbps signal se détériore rapidement quand la distance de transmission augmente. Les photons peuvent, en théorie, être utilisés pour atteindre des débits de 50 par seconde ( Tbps 1Tbps = 1000Gbps ) .
Ce constat a donc fait émerger la lumière comme porteur d’informations pour des applications à large bande passante sur des grandes distances.
Faibles taux d’atténuation
L’autre intérêt des communications optiques est dû aux fibres optiques. Celles-ci sont moins volumineuses, plus légères et relativement moins chères que les câbles électriques utilisés dans les réseaux de générations précédentes. De plus elles présentent des taux d’atténuation du signal bien inférieurs à ceux des câbles en cuivre; ainsi le taux de pertes de bit sont microscopiques même pour de grandes distances : pour des débits allant jusqu’à 1 , le signal présente un taux d’erreur Gbps considéré comme nul ( < 10⁻⁹ erreurs par bit ) jusqu’à 200km . En plaçant des répéteurs le long d’un lien, il est possible d’obtenir des liaisons optiques de plusieurs milliers de kilomètres ( comme la fibre Europe-Australie ). Ces atouts ont permis l’explosion des liaisons intercontinentales.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : TRANSMISSION PAR FIBRES OPTIQUES
I.1. Propagation dans la fibre optique
I.1.1. Propagation d’onde lumineuse
I.1.2. Enoncé de la Loi de Descartes
I.1.3. Angle limite et condition de guidage
I.1.4. Ouverture numérique ( ON )
I.2. Différents types de fibre optique
I.2.1. Propagation multimode
I.2.1.1. Fibre multimode à saut d’indice
I.2.1.2. Fibre multimode à gradient d’indice
I.2.2. Fibre monomode
I.3. Avantages des fibres optiques
I.3.1. Enorme bande passante
I.3.2. Vitesse d’information élevée
I.3.3. Faibles taux d’atténuation
I.4. Problèmes de la transmission par fibres optiques
I.4.1. Dispersion
I.4.1.1. Dispersion chromatique
I.4.1.2. Dispersion intermodale
I.4.2. Les atténuations
I.4.2.1. Atténuation par connexion
I.4.2.2. Pertes par effet de courbure
I.4.2.3. Pertes par microcourbures
I.5. Liaison par fibres optiques
I.5.1. Emetteurs optiques
I.5.1.1. Les lasers
I.5.1.2. Principe du laser – émission stimulée
I.5.2. Les modulateurs
I.5.3. Récepteurs optiques
I.5.4. Les Câbles à fibres optiques
CHAPITRE II : LA TECHNOLOGIE WDM ET LES RESEAUX TOUT-OPTIQUES
II.1. Principe du WDM ( Wavelength Division Multiplexing )
II.2. Multiplexage optique
II.2.1. Multiplexage temporel TDM ( Time Division Multiplexing )
II.2.2. Multiplexage en longueur d’onde ( WDM )
II.2.3. Comparaison des multiplexages TDM et WDM
II.2.4. Limitation du nombre de canaux WDM
II.3. Réseaux tout-optiques
II.3.1. Réseaux à fibres optiques
II.3.2. Liaison tout-optique
II.3.3. Communication en mode connecté
II.4. Commutateurs optiques
II.4.1. Répartiteur
II.4.2. Multiplexeur à insertion/extraction ( MIE )
II.4.3. Brasseur
II.5. Convertisseurs optiques
II.5.1. Conversion optoélectronique
II.5.2. Conversion tout-optique
II.5.3. Brasseur convertisseur
II.6. Amplificateurs optiques
II.6.1. Amplificateurs à semi-conducteur
II.6.2. Amplificateurs à fibres dopées
II.6.3. Caractéristiques des amplificateurs optiques
II.6.4. Avantages des amplificateurs optiques
II.7. Capacité de transmission des systèmes WDM
II.7.1. Accroissement du débit par longueur d’onde
II.7.2. Accroissement du nombre de longueurs d’onde
CHAPITRE III : ROUTAGE TOUT-OPTIQUE ET OPTIMISATION
III.1. Notion de théorie des graphes
III.1.1. Définition
III.1.2. Graphes : concepts orientés
III.1.3. Graphes : concepts non orientés
III.1.4. Degré d’un graphe
III.1.5. Chemin ou chaîne
III.1.6. Connexité
III.1.7. Types de graphes
III.1.7.1. Arbres
III.1.7.2. Graphe pondéré
III.1.8. Distance dans un graphe non orienté
III.2. Modélisation d’un réseau WDM et définitions
III.2.1. Modélisation d’un réseau WDM
III.2.2. Réseau k – fibres
III.2.3. Instance de communication
III.2.4. Multicast
III.3. Hypothèses et problématiques
III.3.1. Hypothèses
III.3.2. Problématique dans les réseaux WDM tout-optiques
III.4. Formulation des problèmes étudiés
III.4.1. Problème du routage tout-optique
III.4.1.1. Enoncé du PROBLEME du routage optique
III.4.1.2. Graphe de conflit
III.4.2. Problème du routage optique maximum
III.4.2.1. Enoncé problème du routage optique maximum
III.4.2.2. Enoncé du Problème de décision du routage optique
III.4.3. Problème de la charge
III.4.3.1. Charge d’un lien
III.4.3.2. Enoncé du PROBLEME de la charge
III.4.3.3. Enoncé du PROBLEME du routage maximum
III.4.3.4. Enoncé du PROBLEME du routage disjoint
III.4.3.5. Enoncé du PROBLEME du routage Disjoint
CONCLUSION
