Projet ANR-11-INFR-0005 – FAON : Réseau d'Accès Optique Agile en Longueur d'Onde
Programme : Infrastructures matérielles et logicielles pour la société numérique (INFRA)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Benoit CHARBONNIER (FRANCE TELECOM)
Partenaires : Laboratoire d'Électronique et de Technologie de l'Information; ORANGE; Laboratoire LAB-STICC; Université de Rennes 1
Montant : 1185224.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Réseau d’accès optique 1Gbps par utilisateur basé sur le partage d’accès en fréquence.Le partage optique d’accès en fréquence permet d’agréger de façon flexible sur une même longueur d’onde une capacité très importante (20-40Gbps) tout en conservant un module client peu onéreux et économe en énergie par la limitation de son débit crête (par exemple 1Gbps) et une forte intégration optique RF sur Silicium.
Double enjeux : flexibilité de l’allocation de ressource et intégration sur SiliciumLes objectifs du projet sont de démontrer la faisabilité d'un réseau d'accès large bande optique passif (PON) utilisant un partage d'accès en fréquence appelé «Frequency Division Multiplexing« (FDM – sens descendant) et «Frequency Division Multiple Access« (FDMA – sens montant). Une solution de PON basée sur ces mécanismes devrait permettre au module client appelé «Optical Network Unit« (ONU) d'être significativement moins onéreux et plus efficace énergétiquement que des solutions alternatives plus classiques proposées car, d’une part la capacité du réseau pourra être partagée de façon plus souple en amenant un gain d'efficacité du multiplexage statistique des clients et d’autre part, les ONU n'auront pas besoin d'émettre à un débit bien supérieur au débit requis (ou moyen). L'adoption du FDM/FDMA pour les PON pourrait représenter une rupture permettant aux réseaux d'accès de continuer leur développement tout en maintenant des coûts de production très bas. Mais le passage au FDM/FDMA nécessite la résolution des deux verrous majeurs décrits ci-dessous:• démontrer la fabrication d’un composant bas coût permettant la modulation réflective à suppression de porteuse d'un signal optique et ceci de façon indépendante de la polarisation. Celui-ci sera spécifié et prototypé sur une plateforme photonique CMOS, pour démontrer la possibilité de fabrication à grande échelle et à bas coût, par rapport à une technologie plus couteuse et réservée aux réseaux de communications très longues distances (LiNbO3).• créer un algorithme efficace de partage dynamique de l'accès aux ressources du réseau (bande passante) qui tiendra compte des besoins individuels de connectivité des différents clients (débit, qualité de service, priorité) et de la qualité de la transmission (budget optique, éloignement). Un tel algorithme sera conçu puis implémenté et validé expérimentalement.
Vers une démonstration complète de la solution (technologique et expérimentale)Les deux points clé cités ci-dessus nous amèneront à construire une proposition complète et cohérente de système PON basé sur des mécanismes de FDM et FDMA qui pourra être présentée aux groupes de normalisation concernés et notamment auprès du FSAN qui serait susceptible de défendre une telle proposition auprès de l'ITU voire même de l'IEEE. Le potentiel de marché d'une telle proposition est énorme car elle serait compatible avec les infrastructures optiques existantes et donc permettrait un déploiement rapide donnant l'accès à plus de services et d'informations. Afin de convaincre les industriels de l’opportunité d’une telle approche, nous démontrerons de façon claire les performances obtenues. Premièrement en réalisant un banc expérimental qui sera déployé sur le terrain, intégrant des puces Silicium spécifiques et les algorithmes de partage d’accès dynamique. Ces résultats seront disséminés dans des journaux et conférences ainsi qu’auprès des instances concernées (FSAN, IEEE, ITU).
Résumé de la soumission : Les objectifs du projet sont de démontrer la faisabilité et la technologie d'un réseau d'accès large bande optique passif (PON) utilisant un partage d'accès en fréquence appelé "Frequency Division Multilexing" (FDM) dans le sens descendant (depuis le central CO vers les utilisateurs) et "Frequency Division Multiple Access" (FDMA) dans le sens montant (utilsateurs vers central). Ces objectifs sont complètement en ligne avec ceux fixés par les opérateurs sur l'augmentation du débit des PON devant passer de 100 Mbps par utilisateur (aujourd'hui – génération 0) à 1 Gbps par utilisateur dans les cinq à dix prochaines années (PON de génération 2).  Un groupe de pré-normalisation appelé le 'Full Service Access Network ' (FSAN) préconise d'ailleurs qu'une telle solution technologique de PON soit proposée en normalisation en 2015 à l' "International Telecommunications Union" (ITU). Une solution de PON basée sur des mécanismes FDM/FDMA devrait permettre au module client appelé "Optical Network Unit" (ONU) d'être significativement moins onéreux et efficace énergétiquement  que des solutions alternatives plus classiques proposées car la capacité du réseau pourra être partagée de façon plus souple amenant un gain d'efficacité du multiplexage statistique des clients. Un autre facteur important d'efficacité énergétique est le fait que les ONU n'auront pas besoin d'émettre à un débit bien supérieur au débit requis (ou moyen). En effet, dans les solutions futures déjà normalisées (PON de génération 1 devant être déployées à partir de 2012), un mécanisme de partage de bande passante en temps est utilisé ("Time Disivion Multiplexing" TDM et "Time Division Multiple Access" TDMA). Les ONU doivent émettre ou recevoir les données à 10 Gbps même si le débit moyen par client est de 160 Mbps (64 utilisateurs) et un débit de 1 Gbps serait amplement suffisant et est de toute façon maximal (interface Gigabit Ethernet). Pour le PON de génération 2, qui propose un débit minimal par fibre de 40 Gbps, cet écart serait donc encore plus important si le TDM/TDMA était conservé, rendant la solution techniquement difficile mais surtout économiquement très défavorable. L'adoption du FDM/FDMA pour les PON pourrait représenter une rupture permettant les réseaux d'accès de continuer leur développement tout en maintenant des coûts de production très bas. Mais le passage au FDM/FDMA nécessite la résolution de deux verrous majeurs décrits ci-dessous:•	le premier consiste a démontrer qu'il est possible de fabriquer un composant bas coût permettant la modulation réflective à suppression de porteuse d'un signal optique et ceci de façon indépendante de la polarisation d'entrée dudit signal. Un tel composant est proposé dans le projet. Celui-ci sera spécifié et prototypé de façon à démontrer qu'il est possible de le produire en masse. •	le second est la création d'un algorithme efficace de partage dynamique de l'accès aux ressources du réseau (bande passante) qui tiendra compte des besoins individuels de connectivité des différents clients (débit, qualité de service, priorité) mais aussi de la qualité de la transmission entre le central et les clients (budget optique, éloignement). Un tel algorithme sera conçu dans un premier temps puis implémenté et validé expérimentalement. Ces deux points clé nous amèneront à construire une proposition complète et cohérente de système PON basé sur des mécanismes de FDM et FDMA qui pourra être présentée aux groupes de normalisation concernés et notamment auprès du FSAN qui serait susceptible de défendre une telle proposition auprès de l'ITU voire même de l'IEEE. Le potentiel de marché d'une telle proposition est énorme car elle serait compatible avec les infrastructures optiques existantes et donc permettrait un déploiement rapide donnant l'accès à plus de services et d'informations.
Résultats : Les deux points clé cités ci-dessus nous amèneront à construire une proposition complète et cohérente de système PON basé sur des mécanismes de FDM et FDMA qui pourra être présentée aux groupes de normalisation concernés et notamment auprès du FSAN qui serait susceptible de défendre une telle proposition auprès de l'ITU voire même de l'IEEE. Le potentiel de marché d'une telle proposition est énorme car elle serait compatible avec les infrastructures optiques existantes et donc permettrait un déploiement rapide donnant l'accès à plus de services et d'informations. Afin de convaincre les industriels de l’opportunité d’une telle approche, nous démontrerons de façon claire les performances obtenues. Premièrement en réalisant un banc expérimental qui sera déployé sur le terrain, intégrant des puces Silicium spécifiques et les algorithmes de partage d’accès dynamique. Ces résultats seront disséminés dans des journaux et conférences ainsi qu’auprès des instances concernées (FSAN, IEEE, ITU).
Perspectives : Les deux points clé cités ci-dessus nous amèneront à construire une proposition complète et cohérente de système PON basé sur des mécanismes de FDM et FDMA qui pourra être présentée aux groupes de normalisation concernés et notamment auprès du FSAN qui serait susceptible de défendre une telle proposition auprès de l'ITU voire même de l'IEEE. Le potentiel de marché d'une telle proposition est énorme car elle serait compatible avec les infrastructures optiques existantes et donc permettrait un déploiement rapide donnant l'accès à plus de services et d'informations. Afin de convaincre les industriels de l’opportunité d’une telle approche, nous démontrerons de façon claire les performances obtenues. Premièrement en réalisant un banc expérimental qui sera déployé sur le terrain, intégrant des puces Silicium spécifiques et les algorithmes de partage d’accès dynamique. Ces résultats seront disséminés dans des journaux et conférences ainsi qu’auprès des instances concernées (FSAN, IEEE, ITU).
Publications et brevets : -