Brevet FR2718869A1 — publié le 19951020

ARCHITECTURE DE RESEAU EN BOUCLE DE TRANSMISSION A ACCES MULTIPLE PAR ROUTAGE SPECTRAL DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne une architecture de réseau en boucle de transmission à accès multiple par routage spectral. L'invention trouve notamment une application dans les réseaux informatiques et d'autres types de réseaux * support optique. Etat de la technique antérieure Certains réseaux de transmission sont organisés en boudcles. Ils comprennent un réseau général et plusieurs boucles. Chaque boucle comprend un circuit appelé tète de réseau (ou BRX), qui est un circuit brasseur-rpartiteur, et plusieurs circuits multiplexeurs à insertion et extraction (ou MIE). Chacun de ces multiplexeurs est disposé dans une zone locale à desservir. Une double liaison véhicule les données entre la tte de réseau et les multiplexeurs, dans deux sens différents. De tels réseaux en boucles sont bien adaptés à la technique de transmission dite hiérarchie numérique synchrone ou HNS en abrégé (SDH en anglais, pour Synchronous Digital Hierarchyw). Cette technique est définie dans la recommandation G708 du CCITT Interface de noeud de réseau pour la hiérarchie numérique synchrone". Des équipements réalisés en technologie électronique sont actullement à rétat de prototypes industriels. Une famille d'équipemrents compatibles avec la HNS est décrite par exemple dans rarticle de P. Anache et al., intitulé "Famille d'équipements de transmission synchrone", publié dans Convnutation et Transmission", N 3, 1991, pages 39 à 51. D'autres équipements en technologie optique ont fait robjet de pubocations. Une boucle optique de principe est illustrée sur la figure 1, dans le cas de quatre zones locales. La tête de réseau comprend un circuit BRX 10 coulé au réseau général 13 et piloté par un circuit 14. Elle traite des données électriques. Associé à ce circuit BRX 10 se trouve un émetteur 11 délivrant des faisceaux optiques à des longueurs crd'onde différentes, qui sont multiplexés et introduits dans une fibre optique monomode 12. Chaque zone Zl, Z2, Z3, Z4 comprend un multiplexeur crd'insertion et d'extraction constitué crd'un composant optique 20/1, 20/2, 20/3, 20/4 du genre coupleur, ce composant étant apte à extraire une ou plusieurs longueurs d'onde pour les adresser à un récepteur 22/1, 22/2, 22/3, 22/4. Ces moyens remplissent la fonction d'extraction des données. Quant à la fonction trinsertion, elle est remplie par des io émetteurs 24/1, 24/2, 24/3, 24/4 disposés dans les zones locales et le composant 20/1, 20/2, 20/3, 20/4 et permet d'insérer dans le faisceau circulant sur la fibre optique 12, des données provenant de chaque zone locale, à la place des données extraites. La boucle se referme sur la tête de réseau, après démultiplexage, qui sépare les différents faisceaux de longueurs crd'onde différentes, par un récepteur 26, qui délivre les données sous forme électrique et les adresse au circuit brasseur BRX 10. Une deuxième fibre optique de secours 27, représentée sur la figure 1, est ajoutée pour constituer, avec les composants optiques appropriés (coupleur, récepteur, émetteur) une boucle de secours qui peut fonctionner en sens inverse de la boucle principale. Dans un article de A.F. Elrefaie et al. intitulé Fibre Amplifiers in Closed-Ring WDM Networks, publié dans Electronics Letters, volume 28, N 25, 1992, pages 2340-2341, il est décrit une boucle de ce type dans laquelle les moyens exraction et d'insertion sont des réseaux de diffraction capables d'extraire cinq longueurs d'onde parmi trente. Les longueumrs d'onde s'étalent entre 1538nm et 1566 nm, tous les deux nanomètres (soit sur une trentaine de nanomètres pour quinze canaux). Chaque réseau de diffraction est capable d'extraire cinq longueurs crd'onde de rensemble. Par exemple, pour la deuxième zone locale, le réseau extrait les longueurs cronde à 1558, 1560, 1562, 1564 et 66nrim. Un article de M.l. Irshid et al. intitulé "A Fully Transparent Fiber- Optic Ring Architecture for WDM Networks", publié dans Journal of Lightwave Technology, volume 10, N 1, janvier 1992, pages 101 à 108, décrit encore un système de ce genre, mais avec un filtre acousto- optique comme moyen d'extraction et d'insertion. Ainsi les applications du routage spectral aux architectures de réseau en boucle unidirectionnelle ou bidirectionnelle sont connues au travers notamment de ces deux articles de Elrefaie et ai et de Irshid et ai. Dans la boucle unidirectionnelle illustrée à la figure 1, toutes les stations sont connectées à un multiplexeur optique qui assure la fonction insertion-extraction d'une longueur d'onde et la continuité optique est assurée le long de la boudcle. Les informations sont envoyées sur la boucle normale et sur la boucle de secours, ce qui garantit la transmission même en cas de rupture simple d'artère. Dans cette réalisation, toutes les informations transitent par la tète de réseau qui assure une fonction de brassage afin de permettre la mise en communication de deux stations entre elles ou d'envoyer les informations dans le réseau général. Une telle solution présente une grande fragilité car le fonctionnement de la boucle est 1S totalement interrompu en cas de défaillance au niveau de la tête du réseau; il n'y a pas de protection contre ce défaut. Une autre solution peut consister à installer deux équipements de brassage mais c'est une solution coOteuse et, avec un seul point d'introduction dans le réseau, le même aspect sécurité se pose au point rd'insertion. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. ExDosé de rinvention Selon rinvention, rarchitecture de réseau en boucle à accès multiple par routage spectral comprend un réseau général relié à au moins une boucle secondaire; plusieurs stations, réparties sur chaque boucle secondaire récupérant leurs informations par rextraction et rinsertion de la (ou des) longueur(s) d'onde qui leurs sont assignées, caractérisé en ce que chaque boucle secondaire est une boucle optique fermée à au moins un noeud d'accès au réseau général. Avantageusement rarchitecture de rinvention comprend au moins une boucle principale et au moins deux boucles secondaires ayant toutes deux au moins un point d'accès à la boucle principale. Avantageusement chaque station de chaque boucle secondaire dispose crd'au moins deux longueurs d'onde. Avantageusement rarchitecture de rinvention comprend une boude principale pour le trafic entre le réseau général et les boucles s secondaires et une seconde boucle principale pour le trafic crd'interconnexion entre les stations des boucles secondaires. Avantageusement chaque boucle principale ou secondaire dispose d'une boucle de secours. Brève description des dessins - La figure 1, déjà décrite, montre la structure crd'une boucle optique de rart antérieur; - les figures 2 et 3 montrent des architectures de réseau en boucle de transmission à accès multiple par routage spectral selon rinvention; - les figures 4 à 7 illustrent différentes réalisations de modules utilisés dans les architectures illustrées aux figures 2 et 3; la figure 8 illustre une variante de réalisation de rarchitecture de rinvention; - la figure 9 illustre un exemple de réalisation expérimentale de l'architecture illustrée à la figure 3. Exposé détaillé de modes de réalisation La figure 2 illustre une architecture de réseau en boucle de transmission à accès multiple par routage spectral selon rinvention. Ce routage spectral est implanté sur une boucle optique fernmée 30. Des stations S1, S2, S3 sont réparties sur cette boucle. Elles récupèrent leurs informations par rextraction et rinsertion de la longueur crd'onde qui leur est assignée. Des noeuds N1, N2, qui assurent le fonctionnement de la boudcle par leur fonction de brassage, sont installés en des endroits quelconques sur la boucle. Le lieu crimplantation de chaque noeud ne modifie pas la fonctionnalité de la boucle mais intervient sur le budget optique des liaisons installées. La figure 2 présente une boucle secondaire BS à deux noeuds crd'accès sur une ligne de transmission LT ou arc rd'une boucle principale. Une fibre optique de secours 31 est représentée en tirets mais les moyens qui lui sont associés ne sont pas représentés explicitement. Si la boucle secondaire 3 comprend n stations avec une capacité de trafic de m affluents par station, la capacité totale de la boucle est de n*m affluents. Dans le cas d'une boucle à p noeuds d'accès, la capacité minimale crd'un noeud est de n*m/p affluents. On suppose des noeuds de mérnme capacité. Toute capacité supplémentaire des noeuds peut être utilisée en secours pour augmenter le niveau de protection de i0 la boucle contre une rupture de noeud. On verra que des solutions reconfigurables permettent d'orienter une partie du trafic vers un autre noeud en cas de panne. Dans le cas crd'une application à un réseau de transmission selon la Hiérarchie Numérique Synchrone', les affluents peuvent être une trame au débit de 155 Mbits/s (STM1) ou un autre niveau de transmission tel que STM4 (620 Mbit/s) ou même STM 16 (2,5 Gbits). Mais ce débit élevé entraîne des contraintes qu'il faut prendre en comnpte (budget de liaison, dispersion chromatique de la fibre, élargissement spectral de la source par la modulation ). Dans les applications de routage spectral en boucle pour les télécommunications, on privilégie raffluent STM1 qui est la cellule de base de cette norme de transmission, rabréviation STM signifiant "Synchronous Transfert Module". La figure 2 présente une boucle secondaire de trois stations S1, S2, S3 o chaque station reçoit un flux crinformations STM1 en provenance des deux noeuds N1 et N2. Si les flux en provenance de ces deux noeuds transportent les mrnes informations sous deux longueurs crd'onde différentes, la boucle est protégée à 100 % contre la parnne d'un noeud. Dans le cas crune boucle secondaire à n stations, le trafic est dans ce cas doublé sur raxe principal et, parmi le peigne de longueurs crd'onde qui circule sur raxe principal, 2n longueurs cronde sont utilisées pour cette boucle secondaire. Au premier noeud N1, n longueurs d'onde (1, 1,;,1,A.) sont prélevées et les autres longueurs dronde sont prélevées au niveau du noeud N2 (A1,2, k.2,,). Chaque affluent i est transmis sous deux longueurs d'onde,1 et 4,2 sur la boucle normale et sur la boucle de secours. Au niveau du récepteur, la station choisit une des deux longueurs cronde sur la boucle normale, ou sur la boucle secours s'il y a rupture du cible. Par une démarche analogue, une boucle secondaire comportant n stations (extension de la figure 2 à n stations) a une capacité de trafic de 2n affluents qui sont protégés à 50 % contre une panne de noeud si les 2n affluents différents transitent sur la ligne de transmission sur 2n longueurs d'onde. La figure 3 donne un exemple d'une boucle secondaire BS à trois stations o les deux noeuds sont séparés de quelques kilomètres et implantés entre deux stations. Cette solution augmente la capacité de transmission de la boucle et, si le trafic est réparti sur les deux noeuds d'accès, 1o le trafic de la boucle est assuré à 50 % en cas de défaillance d'un noeud. Un noeud N1 ou N2 est constitué de composants passifs optiques pour assurer rextraction puis rinsertion des longueurs d'onde qui transitent sur la ligne de transmission et portent les informations destinées à la boucle secondaire. La figure 4 représente la structure fonctionnelle d'un noeud entre une boucle principale BP et une boucle secondaire BS, avec des composants optiques qui assurent le rôle de multiplexeur à insertion extraction optique (MIEO). La figure 5 représente une solution en technologie spatiale à base de multiplexeur optique à réseau de diffraction ou à réseau de guides tel que décrit par exemple dans un article intitulé 'Novel Photonic Integrated Circuits for Wavelength Routing in WDM Networks' de Martin Zlmgibl (ATT Bell Labs., Ecoc 93, volume 1, pages 53-59, 19ème conférence européenne sur les communications optiques, 12-16 septembre à Montreux, Suisse), suivi d'un étage de commutation qui oriente les informations STM1 en transit ou vers la voie extraction puis insertion. L'aspect démultiplexage d'une telle solution est décrit dans un article intitulé Fiber Amplifiers in Closer-Ring WDM Networks de A.F. Elrefaie, S. Zaidi (Electronics letters, 3 décembre 1992, volume 28, pages 2340-2341). L'aspect matrice de commutan est décrit dans différentes notices commerciales (JDS, DICON,...). Une telle matrice peut être réalisée en technologie électromagnétique ou en optique intégrée sur LUNbO3, InP, Si. Une autre solution technoogique est un filmre optique qui laisse passer les longueurs d'onde en transit et prélève les longueurs d'onde destinées à rextraction, comme représenté sur la figure 6. Il assure également la fonction insertion. Les composants passifs qui permettent d'assurer cette fonction extractionnsertion d'une longueur rd'onde sont les films multidiélectriques qui ont une largeur de transmission de quelques nm et les filtres à réseau de Bragg photo-inscrit tel que décrit dans rarticie intitulé tCompact al Fibers Narrowband Transmission Filter Using Bragg Gratings' de F. Bilodeau, B, Malo et al (ECOC 93, volume 3, pages 29-32). D'autres composants permettent crextraire puis d'insérer plusieurs longueurs d'onde on configuration accordable. C'est notamment le cas du filtre acousto-optique en optique intégrée sur LiNbO3 qui a fait robjet de plusieurs publications, et notamment les articles intitulés 'Multiwavelength Performance of an Apodized Acousto-Optic Switch' de J.E. Baran, D.A. Smith et A. d'Alessandro (Bellcore Optical Fiber Communication, 20-24 février 1994, San Jose, pages 57-58) et 'Poladsation-lndependent Low-Power Integrated Acousto- Optic Tunable Filter/Switch Using APE/'n Polarisation Splitters on Lithium Nitrate" de A. d'Alessandro, D.A. Smith, J.E. Baran (Electrnics Letters, 30 Septembre 93, volume 29, pages 1767-1768). On a décrit les composants optiques de la figure 4. La fonction brasseur peut être en technologie électronique suivie crémetteurs optiques qui envoient les informations aux longueurs cronde assignées aux stations, comme représenté sur la figure 3. Ces équipements sont développés actuellement pour la transmission de la HNS. lis assurent le traitement des informations (notamment la gestion des erreurs au niveau du surdébit de trame) et celles-ci sont réparties de manière à ce que toutes les informations destinées à la station SI soient regroupées dans une trame STM1 qui est émise à la longueur cronde I.. On obtient ainsi une standardisation des longueurs cronde pour les boucles secondaires. Les mêmes longueurs d'onde sont utirlsée dans les différentes bouces secondaires. Cette solution est compatible avec la norme de transmission HNS en ce qui concerne la mise à jour des informations contenues dans les surdébits. Mais i y a une autre solution optique qui est un répartiteur optique à base d'amplificateurs à semi-conductems, comme représenté sur la figure 7. Ce répartiteur permet un aiguillage spectral des affluents, une visibilité des signaux qui sont en transit grâce à la fonction détection qui lui est associée et la fonctionnalité de transposition de longueur cronde. La fonction détection permet d'accéder aux informations qui sont contenues dans le surdébit et notamment de lire radresse de routage du signal par exemple STM1 qui est en transit. Cette information est alors exploitée pour colorer le signal à la longueur cronde de la station destinatrice. Ce répartiteur assure ainsi une fonction d'aiguillage reconfigurable selon les informations fournies par le gestionnaire du réseau et radresse de routage. Cette souplesse peut être exploitée pour établir une liaison circuit entre le réseau et une station en fonction des besoins ou pour avoir des ressources supplémrentaires qui sont disponibles pour la sécurisation de la boucle. On peut dans ce cas assurer une protection à 100 % de la boucle contre une panne de noeud si le trafic qui passait dans le noeud N1 peut être transféré sur le noeud N2. Cela implique de doubler la capacité des noeuds ainsi que les accès à la boucle au niveau du noeud, ce qui pénalise le bilan de liaison. La figure 8 décrit une architecture de réseau avec une bouclde 0 principale BP et trois boudes secondaires BS. Chaque boudcle secondaire a deux points d'accès à la boucle principale. Le fonctionnement des boudces secondaires a été décrit précédement. La fonction interconnexion a pour but d'organiser les informations prélevées sur la boucle pnrincipale afin de les colorer à la longueur cronde de la station destinatrice. L'interconnexion de chaque 1s boucle secondaire à la boucle principale se fait avec la solution électronique ou optique. Dans la solution électronique, rorganisation peut descendre au niveau des affluents 2 MbitVs; les informations émises crd'un noeud sous une longueur d'onde peuvent provenir du réseau général et des autres boucles secondaires. Pour deux noeuds, il y a deux longueurs d'ondes par station et interconnexion totale. Dans la solution optique, nous nous limiterons, pour la réflexion, au niveau STM1 mais on peut techniquement descendre au niveau 2 Mbit/s. Le trafic qui vient du réseau général vers les boucles secondaires est géré selon le fonctionnement crd'une boudcle secondaire à deux points dcraccès. Malis il y a également du trafic entre les boucles secondaires qui nécssite dcrétablir une liaison circuit entre par exemple la station S1 de la boucle secondaire BS3 et la station S3 de la boucle secondaire BS1. Dans ce but, chaque station dispose d'au moins une longueur crd'onde supp t. L'affluent est émis sous la longueur.1 jusqu'au noeud N2,3. A ce niveau, la détection de radresse indique d'affecter une longueur d'onde de la boucle principale qui est destinée au noeud N1,1 ou N2, selon les disponibilités, par exemple la longueur d'onde,.. L'information circule sous cette longueur d'onde sur la boucle principale jusqu'au noeud N1,1 o il est extrait A la traversée du répartiteur, le décodage de son adresse donne rinformation de destination (station S3) et il est alors coloré sous la longueur d'onde prévue par cette station soit.3. Gràce à la fonctionnalité des MIEO (multiplexeurs à insertion et extraction optique), la voie retour utilise les mêmes longueurs d'onde. Afin de permettre une mise en communication permanente d'une station Si avec le réseau général et une mise en communication de cette station avec une autre station d'une boudcle secondaire, chaque station doit disposer de deux longueurs d'onde: - Ma pour les informations reçues du réseau général; - jb pour les informations échangées avec une autre station d'une boucle secondaire. Dans la solution répartiteur optique c'est la configuration minimale qui semble retenue pour des applications de réseau de transmission de télécommunications. Le nombre de longueurs rd'onde qu'il faut prévoir par station dépend du taux d'interconnexion recherché. Cette valeur se répercute sur le nombre de longueurs d'onde circulant sur la boucle principale. Dans la configuration de la figure 8, raffectation d'une longueur d'onde par station assure une interconnexion à une hauteur de 17 % et cela entraîne rutilisation de cinq longueurs d'onde supplémentaires sur la boucle principale. Une interconnexion des stations à hauteur de 33 % entramine raffectation de deux longueurs rd'onde par station et la présence sur la boucle principale de neuf longueurs d'onde. Par extension à un réseau comprenant N boucles secondaires autour d'une boucle principale o chaque boucle secondaire a n stations, une interconnexion totale des stations sur la base d'un mime débit STMI par exemple, entraine n2N(N- 1)/2. Pour n=3 et N=3, cela donne vingt sept longueurs dronde pour assurer une interconnexion totale. Ce nombre de lonfgueurs dcronde peut être réduit par un regroupement des informations émises par une boucle secondaire sur une seule longueur d'onde à un débit plus élevé (STM4) au niveau de la boucle principale. Cela revient à interconnecter les boucles secondaires et cela nécessite trois longueurs d'onde pour trois boucles (pour N boucles, N(N1)/2). Sur la boucle principale, circulent les longueurs rd'onde pour assurer rinterconnexion et il y a également les longueurs d'onde pour assurer le trafic entre le réseau général et les stations des boucles secondaires, ce qui correspond à dix huit longueurs d'onde pour rexemple de la figure 8. L'anneau principal comprend une boucle normale et une boucle de secours pour éviter 3s une coupure en cas de rupture simple d'artère. Si le nombre de longueurs d'onde est élevé, on peut adopter une boudcle principale pour le trafic entre le réseau et les boucles secondaires, et une autre boucle principale pour le trafic d'interconnexion entre les stations des boucles secondaires. On va à présente étudier un exemple de réalisation expérimentale. Un bilan de liaison est établi selon le schéma de la figure 9. les six sources optiques sont des diodes laser DFB qui sont placées sur la ligne de transmission avec une distance entre canaux de 2 nm (valeurs 1546, 1548, 1550, 1552, 1554, 1556 nm). Chaque longueur crd'onde transporte un signal STM1. Le noeud est réduit à un coupleur optique 4*4 (pertes 7 dB) et des flitres pour rextraction. Au niveau du noeud N1, trois longueurs crd'onde sont envoyées dans la boucle secondaire par un coupleur 2-1 sur la fibre normale et la fibre i5 secours et les trois autres longueurs cronde sont injectées au niveau du noeud N2. Les pertes (7 dB) peuvent être réduites à environ 2 dB par rinstallation crun multiplexeur optique. Au niveau des stations, rextraction et rinsertion des longueurs cronde est obtenu par un filtre optique à réseau de Bragg photo- inscrit La perte crinsertion est crd'environ 2 dB et la largeur à mihauteur de 0,5 nm permet de traiter des canaux séparés de 2 nm. La voie retour est assurée au niveau des stations par un laser DFB positionné à la longueur cronde spécifiée. Pour tenir compte des marges systèmes, des dérives en température, du vieillissement,..., selon la recommandation G957 du CCITT, le seuil de détection retenu est de -39 dBm. Une jarretière optique est prévue à rentrée et à la sortie des stations et des noeuds (pertes 1 dB). La plus grande portée optique sur la fibre normale correspond à la voie,3.1 entre le noeud 1. et la station 3, ainsi que Z,2 entre le noeud 2 et la station 2. Avec les paramètres retenus, on obtient une taille de boucle de 24 km avec émission à O dBm et 96 km avec une émission à +15 dBm (amplificateur optique à rémission pour 3,1 et X2,2). L'installation crun multiplexeur optique aux noeuds augmente la taille de la boucle de 19km. L'invention ainsi décrite peut avoir de nombreuses applications possibles: -application aux télécommunications sur fibre optique, aux réseaux de transmission qui ont une architecture en boucle avec la norme de transmission HNS ou avec une autre norme de transmission, par exemple ATM, qui fait appel à des cellules et au routage spectral; - application au réseau de transmission de France Telecom à deux niveaux de boudcles comme le réseau intra-ZAA (réseau de jonctions et réseau de desserte) ou au réseau sectoriel et réseau de jonctions; - application aux réseaux informatiques et à d'autres types de réseaux à support optique. REVENDICATIONS 1. Architecture de réseau en boucle de transmission à accès multiple par routage spectral comprenant un réseau général relié à au moins une boudcle secondaire (BS), plusieurs stations (S1, S2, S3) réparties sur chaque boudcle secondaire récupérant leurs informations par rexltraction et rinsertion de la (ou des) longueur(s) cronde qui leurs sont assignées, caractérisée en ce que chaque boudcle secondaire est une boudcle optique fermée à au moins un noeud d'accès (N1) au réseau général. 2. Architecture selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une boucle principale (BP) et au moins deux boucles secondaires (BS) ayant toutes deux au moins un noeud d'accès (N1) à la boucle prindcipale. 3. Architecture selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque station de chaque boucle secondaire (BS) dispose d'au moins deux longueurs d'onde. 4. Architecture selon la revendication 3, caractérisée ce qu'elle comprend une boucle principale pour le trafic entre le réseau général et les boucles secondaires (BS) et une seconde boudcle principale pour le trafic d'interconnexion entre les stations des boudcles secondaires (BS). 5. Architecture selon la revendicaton 2, caractérisé en ce qu'elle possède deux noeuds (N1, N2) implantés entre deux stations. 6. Architecture selon rune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque boucle principale ou secondaire dispose d'une boucle de secours.