Brevet FR2829327A1 — publié le 20030307

La présente invention concerne la technologie des transmissions par fibres optiques en général, et a trait plus particulièrement un réseau optique en anneau réalisé à partir d'un bus optique double. L'utilisation toujours croissante des réseaux de transport de données, publiques où privés, suscite depuis des années une énorme demande de bande passante pour assurer t'échange d'une quantité d'information toujours plus grande et l'établissement de communications sous toutes ses formes. Celles-ci vont de l'échange de simples fichiers de texte et d'images au développement considérable du courrier électronique (E-mail) et de toutes sortes de messageries d'entreprise, en passant par le transport de la voix, avec la téléphonie classique utilisant un mode et des protocoles dit TDM ('Time Division Multiplexing') voire le transport de cette dernière en mode paquets avec les protocoles d'échange de type VolP ('Voice over IP') jusqu'à la distribution de vidéo et, bien entendu, de toutes les applications résultant du déve) oppement considérab) e d'tnternet et notamment de son application principale, universellement utilisée, le'World WideWeb' (WWW). Pour faire face à cette demande de bande passante les responsables de la mise en oeuvre de ces réseaux ont rapidement dû avoir recours au transport des signaux porteurs de l'information sous forme optique pour bénéficier d'une part du faible coût des fibres elles-mêmes et d'autre part des très hauts débits qu'on peut atteindre malgré des distances de transmission qui peuvent se mesurer en kilomètres voire en dizaines et même en centaines de kilomètres sans avoir besoin de régénérer le signal. L'atténuation étant en effet très faible, en particulier dans les fibres dîtes mono-modes, comparée à l'atténuation résultant de la transmission électrique par câbles en cuivre par exemple. Par ailleurs une transmission optique évite tous les problèmes liés aux perturbations électro-magnétiques qui nécessitent de coûteux circuits de protection et peuvent entraîner de fréquentes erreurs de transmission. Le premier pas dans l'utilisation des fibres optiques a consisté essentiellement en des liaisons point à point. C'est à dire qu'entre deux noeuds d'un réseau les signaux de transport sont convertis en signaux lumineux puis immédiatement reconvertis en signaux électriques à la réception pour être traités par le noeud receveur qui doit, après analyse des informations reçues, soit relayer l'information vers un autre noeud du réseau soit utiliser les données localement. Dans le premier cas, bien entendu, une nouvelle conversion électrique optique est nécessaire alors même que l'information utile transportée n'a pas à être modifiée et que seule la destination finale doit être examinée. Ce mode de fonctionnement est en particulier celui des anneaux de type SONET ('Synchronous Optical NETwork) ou SDH ('Synchronous Digital Hierarchy') qui sont respectivement des standards Nord-américains et Européens, pour l'essentiel compatibles. Notamment, ils normalisent des vitesses de transmission dont les plus utilisées, pour les plus rapides d'entre elles, sont à 2,48 Gb/s (SONET OC-48 ou SDH STM-16), 10 Gb/s (SONET OC-192 ou SDH STM-64) et même à 40 Gb/s (SONET OC-768 ou SDH STM-256). Il est à noter que ces anneaux, comme indiqué sur la figure 1, sont en fait constitués d'un double anneau de fibres optiques (100) dont l'un est une voie de protection, au repos. Celui-ci ne sert qu'en cas de rupture de la fibre active après qu'une commutation automatique rapide, nécessitant moins de 50 millisecondes, dite APS pour'Automatic Protection Switching', s'est produite afin d'assurer la continuité du trafic qui constitue un critère de qualité essentiel pour ces réseaux transportant d'énormes quantité de données. Les noeuds de ces réseaux sont généralement constitués de MIE (Multiplexeur Insertion/Extraction ou encore ADM pour'Add/Drop Multiplexor) (110) pour donner accès localement à une partie seulement du flux de données sans affecter le reste du trafic nécessitant cependant à chaque fois une conversion totale O-E-O (Optique-ElectriqueOptique) de ce dernier. Les réseaux SONET/SDH ont connu beaucoup de succès et sont toujours très largement utilisés en raison du système de protection APS cidessus mentionné et de leur faculté inhérente d'adaptation à des vitesses de transmission toujours plus grandes comme le demande le développement extrêmement rapide du niveau des échanges de données observé dans les années passées. Cette première forme d'utilisation des fibres optiques s'est avérée cependant rapidement insuffisante. Si la fibre elle-même est peu onéreuse son déploiement peut demander beaucoup de main d'oeuvre et s'avérer extrêmement coûteux. Plutôt que de déployer plus de fibres optiques, quand la capacité d'un réseau installé devient insuffisante, la solution a été trouvée dans une meilleure utilisation des fibres déjà en place. La technique dite WDM ou 'Wavelength Division Multiplexing'permet, en transmettant des fréquences différentes dans une même fibre, de multiplier le nombre de canaux de transmission, complètement indépendants, sur une même fibre physique. En d'autres termes, en transmettant des rayons lumineux de'couleurs'différentes, la bande passante d'une simple fibre est multipliée d'autant. La technique dite DWDM (Dense WDM), qui a vite succédé à WDM, permet ainsi de multiplexer 80 canaux voire plus. Si ces techniques ont effectivement permis de faire face à l'énorme demande de bande passante de fait, une couche optique de transport des données s'est ainsi développée qui ne va pas sans poser quelques problèmes. La raison essentielle est que, dans l'état actuel de la technique, le traitement des signaux et des données transportées continue de se faire essentiellement au niveau électrique. Ainsi, chaque fois qu'un examen des données transportées est nécessaire une conversion optique/électrique est indispensable. En particulier dans les systèmes transportant l'information en mode'paquets'il est le plus souvent nécessaire de consulter l'entête desdits paquets pour déterminer, à chaque noeud de réseau, la destination suivante ('next hop'). Ceci est en particulier le cas du protocole Internet (IP), évidemment très utilisé, qui fonctionne en mode dit sans connexion ('connection-less') au contraire d'autres protocoles pour lesquels un chemin doit être pré-établi, par une signalisation appropriée, avant que les échanges de données puissent se produire. Ceci est le cas du téléphone et des modes de transport dits TDM déjà mentionné précédemment. Ainsi, si le transport optique des signaux servant aux échanges de données est intrinsèquement peu onéreux, la conversion électrique/optique, et son inverse, restent chères. En particulier l'émission de lumière dans une fibre optique se fait presque toujours à partir de lasers qui doivent être d'autant plus élaborés que l'on a choisi de mélanger de nombreuses longueurs d'ondes sur une même fibre (DWDM). Ceci, bien sûr, parce que les différentes'couleurs'ou longueurs d'ondes utilisées sont ainsi d'autant plus rapprochées et que leur spectre d'émission risquerait de se recouvrir, devenant indiscernable à la réception, sauf à employer des lasers capables d'émettre dans une bande de fréquences très étroite, plus difficile à réaliser et donc plus coûteux. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un réseau optique qui, tout en maintenant l'avantage de pouvoir combiner plusieurs, voire un grand nombre de longueurs d'ondes sur une même fibre optique, évite d'avoir à procéder à leur conversion électrique à chaque noeud d'un réseau en permettant de pouvoir dériver et/ou injecter un trafic local, donc de pouvoir réaliser une fonction de type MIE (Multiplexeur Insertion/Extraction) en mode optique, à l'aide de composants passifs simples, disponibles dès à présent et donc à faible coût. L'objet de l'invention est donc un réseau optique en anneau comprenant au moins une fibre optique et au moins une station couplée sur les fibres optiques au moyen de coupleurs optiques, les deux extrémités des fibres optiques étant reliées à un point de présence ou noeud d'accès au réseau optique, dans lequel le noeud d'accès comprend au moins un émetteur optique émettant un signal optique descendant ayant au moins une première longueur d'onde en direction d'une extrémité des fibres, et au moins un récepteur optique recevant un signal optique montant ayant au moins une deuxième longueur d'onde distincte de la première longueur d'onde, et le noeud d'accès au réseau optique comprend des moyens permettant d'assurer la communication entre le récepteur optique et ledit émetteur optique. Le but ci-dessus mentionné de l'invention, les autres buts ainsi que les caractéristiques et avantages de celle-ci ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode préféré de réalisation de cette dernière en référence aux dessins d'accompagnement dans lesquels : La FIGURE 1 illustre l'art antérieur avec un anneau optique de type SONET ou SDH incluant des Multiplexeurs Insertion/Extraction ou MIE. Les FIGURES 2A et 2B représentent des coupleurs optiques nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention. La FIGURE 3 illustre le principe général de réalisation d'un réseau en anneau selon l'invention. La FIGURE 4 décrit plus en détail la mise en oeuvre d'un réseau selon l'invention. La FIGURE 4A illustre les détails de connexion d'une station sur les fibres optiques. La figure 2 montre un dispositif optique passif qui peut être utilisé dans un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention. Il s'agit d'un coupleur optique, peu onéreux, disponible dans le commerce et dont il existe de nombreux modèles avec des caractéristiques variées en fonction de leur application. Une première utilisation de ce dispositif est de séparer l'ensemble des signaux optiques (205) reçus sur une fibre unique (200) par le coupleur 204, avec des longueurs d'ondes différentes notées à Â. n, vers au moins deux fibres optiques (210,220). En fonction des caractéristiques du coupleur, la séparation peut se faire d'une façon égale ou, au contraire, un des chemins peut être favorisé au détriment de l'autre chemin ou des autres chemins s'il en existe plus de deux. Les applications de ce type de dispositif sont nombreuses comme par exemple de dériver une faible partie de la puissance de l'ensemble des longueurs d'ondes Al à An circulant sur une fibre en vue d'en mesurer les caractéristiques. Dans le cas fréquent de coupleurs 1 vers 2, qui est l'exemple de la figure 2, et où l'énergie des ondes incidentes est séparée également entre les deux branches donc divisée par deux, la pénalité (atténuation) nominale en puissance est ainsi de 3 dB ce qui est relativement peu sachant que les récepteurs optiques sont capables d'opérer dans une grande gamme d'atténuation d'au moins 10 dB et souvent plus. Dans ce type d'application un coupleur est souvent appelé'séparateur'pour des raisons évidentes. Dans le cas général un coupleur de ce type est donc un séparateur 1 vers N. L'autre utilisation d'un coupleur est bien sûr l'inverse de celle décrite cidessus puisqu'elle consiste à combiner les signaux optiques en provenance de deux fibres optiques (230, 240)), sur une seule fibre optique (250). En général cela est utilisé pour combiner des longueurs d'ondes différentes, par exemple deux longueurs d'ondes, notées S1 et S2, de façon à ce que les ondes incidentes n'interfèrent pas, obtenant ainsi leur multiplexage (WDM) dans un même milieu de transmission. En pratique les coupleurs sont souvent réalisés par la fusion de plusieurs fibres optiques (260), trois dans les exemples de la figure 2. La figure 3 est une vue générale d'un réseau en anneau selon l'invention. L'anneau (300) est constitué d'au moins une fibre optique mais en comporte deux de préférence pour pouvoir assurer la continuité du service aux utilisateurs en cas de dysfonctionnement des appareillages connectés à une fibre ou d'une rupture de transmission sur la fibre elle-même. L'anneau est en effet relié luimême en général à au moins un autre réseau fédérateur (310) ou'backbone'à travers au moins un noeud d'accès ou point de présence (POP or'Point Of Présence') employant un équipement de type'hub'ou concentrateur (320) opérant encore essentiellement au niveau électrique et notamment parce qu'il doit toujours être équipé de moyens d'emmagasinage suffisants, sous forme de mémoires électroniques, pour pouvoir mémoriser temporairement le trafic. Le noeud d'accès est aussi équipé des dispositifs appropriés de conversion O/E/O (Optique Electrique Optique) (330) de façon à pouvoir intercepter la totalité du trafic circulant sur l'anneau (300). Les stations des utilisateurs (340-1,340-2, 340-3) sont connectées quant à elles sur l'anneau optique à l'aide de coupleurs du type de ceux illustrés dans la figure 2. Elles sont donc à même de dériver et de recevoir, en mode optique, le trafic qui leur est destiné et aussi d'injecter leur propre trafic à destination d'autres stations situées sur l'anneau via le hub si la station réceptrice n'est pas équipée de récepteurs capables d'écouter au moins une longueur d'onde montante commune à ces deux bases, ou directement si la station est équipée de tels récepteurs ou à destination du noeud d'accès vers d'autres réseaux. L'anneau selon l'invention n'oblige donc pas que dans chacune des stations il soit nécessaire de convertir tout le trafic en mode électrique avant traitement. La figure 4 reprend plus en détail l'anneau décrit dans la figure précédente. Notamment cette figure montre les longueurs d'ondes différentes (400) circulant sur la ou les fibres formant l'anneau. Cinq longueurs d'ondes différentes sont ici illustrées. Deux longueurs d'onde (412) et XR2 (414) sont, dans cet exemple particulier de mise en oeuvre de l'invention, utilisées pour l'écoute par la partie réceptrice (330-2) du'hub' (320). Cette dernière reçoit les signaux optiques injectés à partir des stations. Il est à noter que les stations sont elles-mêmes en mesure d'intercepter les signaux optiques émis par les autres stations si nécessaire même si le trafic entre stations se fait de préférence sous le contrôle du'hub' (320), pouvant agir comme maître du réseau, et capable de réguler l'ensemble du trafic circulant sur ce dernier. Par ailleurs trois longueurs d'ondes différentes, X 2 et 43 sont ici utilisées pour transmettre à partir de la partie émettrice du'hub' (330-1). L'émission se fait en direction des stations qui peuvent ainsi recevoir le trafic qui leur est propre, sur une (ou plusieurs) longueur d'onde particulière, mais aussi écouter sur une (ou plusieurs) longueur d'onde commune et prélever parmi les paquets multiplexés temporellement sur cette longueur d'onde ceux qui lui sont destinés. Par exemple le trafic dit'multicast'ou'broadcast'c'est dire destiné respectivement à un groupe particulier de stations ou à l'ensemble des stations peut ainsi être reçu par plus d'une station et même par toutes si nécessaire. En particulier le'hub'qui est au centre du réseau dans un mode de réalisation préféré de l'invention, pourra utiliser une longueur d'onde commune à toutes les stations pour transmettre, par exemple, des commandes de configuration réseau ou être l'un des moyens de mise en place d'une couche de gestion de l'anneau, de type MAC (Media Access Control), dont le rôle est de contrôler le partage de l'accès au milieu de transmission en particulier, pour l'attribution des longueurs d'ondes à utiliser par les stations, lesquelles pourront employer suivant différents modes de réalisation de l'invention : - un ou plusieurs émetteurs et/ou récepteurs optiques avec dans ce cas, des longueurs d'onde fixes mais différentes pour les émetteurs - un ou plusieurs émetteur (s) et/ou récepteurs optiques comportant des moyens pour ajuster la longueur d'onde rapidement entre deux transferts/réceptions ou séries de transferts/réceptions. Ainsi, on aura noté que l'invention organise le transfert des données à partir de deux groupes de longueurs d'ondes ou bus optique, l'un descendant, dans le sens émission à partir du'hub'ou concentrateur vers les stations et constitué, dans cet exemple servant à illustrer l'invention, du groupe des trois longueurs d'ondes Îvr (420), et l'autre montant, dans le sens émission à partir des stations vers le'hub'ou concentrateur et constitué ici du groupe des deux longueurs d'ondes'R (410). On peut noter également que ces bus optiques ne préjugent en rien de leur répartition physique et qu'en particulier les différentes longueurs d'ondes constituant un bus peuvent circuler sur des fibres optiques différentes si nécessaire avec cependant une terminaison adéquate, par exemple (455), en fin de bus pour éviter de perturber les transmissions. Par ailleurs l'invention ne suppose pas que le trafic montant et le trafic descendant soit nécessairement de même importance. En fonction des applications, le trafic descendant pourra être, par exemple, plus important voire beaucoup important que le trafic montant. Ce serait le cas dans un system de vidéo distribution. On notera également que invention prévoît spécifiquement que plus d'une fibre optique pourra être utilisée pour pouvoir assurer la continuité de trafic en cas de panne de certains composants ou fonctions. Ainsi, il est possible selon l'invention de commuter le trafic d'une fibre optique ou d'un groupe de fibres optiques à une autre fibre optique ou groupe de fibres optiques, en mode optique, c'est à dire sans avoir à mettre en jeu des moyens de protection coûteux en cas de panne qui ont été développés par exemple dans le cadre des réseaux SONET (APS) au niveau électrique. Ici des dispositifs passifs tels que ceux discutés dans la figure 2 ou d'autres tels que de simples commutateurs optiques à commande électrique sont disposés notamment à J'émission côté 'hub' (450) afin que l'on puisse orienter le trafic optique différemment si nécessaire. La figure 4A représente une station du type de celles illustrées sur la figure 4. Les parties émission et réception se connectent en mode optique, à l'aide de coupleurs (461) (462) sur les fibres optiques correspondantes pour recevoir les signaux qui leur sont destinés ou émettre sur la longueur d'onde qui leur a été affectée. Ici aussi on notera que les stations doivent pouvoir choisir de commuter sur une autre fibre optique ou d'autres fibres optiques en cas de panne et de réorientation du trafic à la source. En résumé, le système dévoilé par l'invention permet d'organiser un réseau autour d'un bus optique double, chacune des deux parties du bus pouvant véhiculer une ou plusieurs longueurs d'ondes spécifiques pour permettre l'échange de données entre un'hub'et des stations connectées sur ce bus. La réalisation se fait à faible coût car elle ne nécessite pas que la totalité du trafic circulant sur l'anneau soit converti en mode électrique à chaque station. En effet la connexion des stations se fait par l'intermédiaire de dispositifs optiques passifs, simples, appelés coupleurs capables de dériver une fraction de l'énergie des longueurs d'ondes circulant sur l'anneau ou au contraire de permettre l'insertion d'autres longueurs d'ondes. L'observation par une station sur la partie descendante du bus optique double, d'une longueur d'onde ou de longueurs d'ondes spécifiques lui permet d'extraire le trafic qui lui est destiné. Le trafic généré à partir de chaque station est inséré quant à lui sur la partie montante du bus, avec une autre ou d'autres longueurs d'ondes spécifiques, complétant la réalisation de la fonction insertion/extraction indispensable à chaque station connectée sur le réseau pour ses échanges de données avec d'autres stations ou avec le nceud d'accès au réseau. REVENDICATIONS 1. Réseau optique en anneau comprenant au moins une fibre optique (300) et au moins une station (340) couplée sur ladite fibre optique au moyen de coupleurs optiques (461,462), les deux extrémités de ladite fibre optique étant reliées à un point de présence ou noeud d'accès (330) audit réseau optique ; ledit réseau optique étant caractérisé en ce que ledit point de présence comprend au moins un émetteur optique (330-1) émettant un signal optique descendant ayant au moins une première longueur d'onde (420) en direction d'une extrémité de la dite fibre (455), et au moins un récepteur optique (330-2) recevant un signal optique montant ayant au moins une deuxième longueur d'onde distincte de ladite première longueur d'onde ; et en ce que ledit noeud d'accès audit réseau optique comprend des moyens (320) permettant d'assurer la communication entre ledit récepteur optique (330-2) et ledit émetteur optique (330-1). 2. Réseau optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les émetteurs et/ou récepteurs optiques des stations (340) comprennent des moyens permettant l'ajustement des longueurs d'onde utilisées. 3. Réseau optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une fibre optique active et une fibre optique de secours (300). 4. Réseau optique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il inclut des moyens optiques (450) de commutation entre ladite fibre active et ladite fibre de secours en vue d'assurer la protection du trafic. 5. Réseau optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les stations sont couplées sur ladite fibre active et sur ladite fibre de secours. 6. Réseau optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit signal optique descendant et ledit signal optique montant transportent des quantités très différentes d'information. 7. Réseau optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit signal optique descendant inclut au moins une longueur d'onde commune reçue par l'ensemble desdites stations (340). 8. Réseau optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite longueur d'onde commune est utilisée pour la gestion du réseau. 9. Réseau optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite longueur d'onde commune est utilisée pour distribuer des données identiques à moins deux stations (340).