Brevet FR2852185A1 — publié le 20040910

i MODULE DE SELECTION POUR COMMUTATEUR DE SIGNAUX OPTIQUES ET COMMUTATEUR DE SIGNAUX OPTIQUES La présente invention concerne un module de sélection pour commutateur de signaux optiques. Les télécommunications connaissent un développement important. De plus en plus d'utilisateurs (particuliers et entreprises) transmettent un nombre croissant de messages dans les réseaux de télécommunication. En outre, ces messages comportent une quantité de plus en plus élevée d'informations, par exemple lors de l'envoi d'images. Pour répondre à cette 10 demande grandissante en débit d'informations, les opérateurs des réseaux de télécommunication utilisent la transmission optique des signaux. Cette transmission utilise la modulation, suivant l'information à transmettre, de signaux optiques, en général produits par des lasers, puis la propagation de ces signaux modulés dans un réseau à conducteurs ou fibres optiques. La transmission optique des signaux comporte plusieurs avantages. En particulier, les atténuations du signal lors de la transmission sont moindres que dans le cas de signaux électriques et les fibres optiques ont une résistance mécanique plus élevée pour un poids plus faible que leurs équivalents électriques. Mais les principaux avantages sont la large bande 20 passante des fibres optiques et la possibilité de faire transiter simultanément plusieurs porteuses de longueurs d'onde distinctes dans une même fibre. Cette dernière technique, dite du multiplexage en longueur d'onde, permet d'atteindre des débits d'information de l'ordre du Gigabits/s et même du Térabits/s. Parallèlement au multiplexage en longueur d'onde, le multiplexage temporel permet la transmission simultanée de plusieurs communications sur une même porteuse. En effet, dans ce mode de transmission, chaque porteuse transmet des paquets relatifs à divers messages dont les informations ont été découpées en paquets envoyés dans le réseau avec un 30 en-tête indiquant leur destination. Lorsque le paquet traverse un dispositif de commutation, celui-ci bloque ses ressources durant l'intervalle de temps nécessaire à l'acheminement du paquet vers la sortie demandée. Ensuite ses ressources physiques deviennent libres pour la commutation d'un autre paquet. Puisque les paquets ont une durée temporelle limitée, de l'ordre de la microseconde, de nombreuses communications peuvent être transmises 5 en un court intervalle de temps. Cette politique de routage est actuellement utilisée par le plus important des réseaux Internet. La multitude de signaux transmis par les réseaux nécessite d'introduire des commutateurs pour diriger les signaux reçus sur une pluralité d'entrées correspondant à un premier ensemble de fibres optiques vers une 10 pluralité de sorties correspondant à un deuxième ensemble de fibres optiques. Certains commutateurs permettent, par une commande appropriée, de diffuser un signal provenant d'une entrée et de sélectionner la sortie du commutateur sur laquelle ce signal doit être envoyé. On parle de commutateur de diffusion et sélection (" broadcast and select " en anglais). 15 Un tel commutateur 10 est représenté en figure 1. Le commutateur 10 comporte: - Pe ports d'entrée reliés chacun à une fibre optique d'entrée Ij (j variant de 1 à Pe), - Pe démultiplexeurs Dl1 à Dlpe, - LxCe régénérateurs optiques Rli (i variant de 1 à LxCe), - L multiplexeurs Ml1 à MiL, - L amplificateurs A1 à AL, - L coupleurs D1 à DL, - CxP, modules de sélection S1 à Scsxps, - CxP, régénérateurs optiques ROk (k variant de 1 à CxPs), - P, multiplexeurs MO1 à MOps, - P, ports de sorties reliés chacun à une fibre optique de sortie Om (m variant de 1 à Ps). Chaque port d'entrée reçoit sur une des fibres d'entrées Ij un signal 30 WDM (multiplexé en longueur d'onde ou " wavelength-division multiplexing " en anglais). Ces signaux sont démultiplexés par les Pe démultiplexeurs Dl1 à Dîpe. Ces signaux démultiplexés sont ensuite chacun régénérés par les régénérateurs optiques Rl qui réamplifient et réémettent en forme les 5 impulsions optiques des signaux. Les régénérateurs optiques RI1 peuvent également modifier la longueur d'onde associée à chacun des signaux. Les signaux régénérés sont ensuite multiplexés par les L multiplexeurs Ml1 à MIL, chaque multiplexeur ayant Ce entrées et fournissant en sortie un signal Ft (t variant de 1 à L). Ft est un signal que l'on peut assimiler à un peigne WDM comportant Ce canaux associés chacun à une longueur d'onde. Chacun des signaux Ft est amplifié par l'amplificateur At qui est par exemple un amplificateur à fibres dopées à l'Erbium puis est diffusé par les L coupleurs D1 à DL, vers une entrée de chacun des CxPs modules de 15 sélection S, à Scsxps, chaque module de sélection ayant L entrées et une sortie. Un module de sélection S tel qu'utilisé dans le commutateur représenté en figure 1 est représenté en figure 2. Le module de sélection S comporte: 20 - un sélecteur spatial SE1, - un sélecteur spectral SE2. Le sélecteur spatial SE1 comporte - L entrées reliées chacune à une porte optique Gt (t variant de 1 à L), - un coupleur optique CL:1 permettant de raccorder L entrées à une 25 sortie. Chaque porte optique Gt est un interrupteur optique tel qu'un amplificateur optique à semiconducteur activé uniquement lorsqu'il doit transmettre un signal. Chacune des L entrées reçoit un signal WDM comportant une 30 pluralité de canaux associés chacun à une longueur d'onde. Ainsi, le sélecteur spatial SE1 permet d'envoyer sur sa sortie un seul des L signaux reçus. Le sélecteur spectral SE2.permet de sélectionner un canal parmi la pluralité canaux compris dans le signal sélectionné par le sélecteur spatial SE1. Le sélecteur spectral SE2 peut par exemple comporter: - un démultiplexeur comportant une entrée recevant le signal sélectionné par le sélecteur spatial et une pluralité de sorties, - un multiplexeur comportant une pluralité d'entrées et une sortie fournissant le signal associé au canal sélectionné parmi la pluralité de canaux du signal sélectionné par le sélecteur spatial, - une pluralité d'interrupteurs optiques tels que des amplificateurs optiques à semiconducteur ayant chacun une entrée reliée à une sortie du démultiplexeur et une sortie reliée à une entrée du multiplexeur. En référence à la figure 1, chacun des CsxP, modules de sélection 15 S, à Scsxps va sélectionner un signal Ft particulier et extraire de ce signal un canal particulier qui est envoyé sur un des CxP, régénérateurs optiques ROk. Les canaux destinés à une fibre de sortie Om (m variant de 1 à P,) sont d'abord multiplexés par un des P, multiplexeurs MO1 à MOp, ayant 20 chacun CO entrées et une sortie reliée à un des P. ports de sorties. Un tel commutateur présente cependant certaines difficultés. Ainsi, ce commutateur comporte encore un trop grand nombre de portes optiques nécessaires à la réalisation des modules de sélection. Chacun des ports de sorties CsxPs avant multiplexage vers les fibres de 25 sortie nécessite en effet exactement un module de sélection comportant un sélecteur spatial et un sélecteur spectral permettant de sélectionner un canal, ces deux sélecteurs comportant un grand nombre d'interrupteurs optiques. Ce nombre trop élevé d'interrupteurs optiques implique non seulement un coût élevé mais également une consommation d'énergie 30 accrue ainsi qu'une taille important pour le commutateur. La présente invention vise à fournir un module de sélection pour commutateur de signaux optiques permettant de réduire le nombre de portes optiques utilisées dans ledit commutateur et de diminuer de ce fait la consommation globale et la taille du commutateur. La présente invention propose à cet effet un module de sélection pour commutateur de signaux optiques comportant un sélecteur spatial comprenant: - une pluralité d'entrées recevant chacune un signal optique multiplexé en longueur d'onde comportant une pluralité de canaux associés chacun à une longueur d'onde, - une sortie recevant un signal sélectionné parmi ladite pluralité de 10 signaux multiplexés en longueur d'onde distincte, ledit module étant caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de sélecteurs spectraux, chacun des desdits sélecteurs spectraux réalisant la sélection d'un canal parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial. L'invention nous permet de tirer avantage du fait que, sur une fibre d'entrée donnée et pendant un même intervalle de temps, plusieurs paquets optiques peuvent être adressés à la même fibre de sortie. Le module selon l'invention permet de réaliser une étape de sélection de plusieurs canaux (correspondant chacun à un paquet optique) destinés en même temps à une 20 même fibre de sortie. Plusieurs sélecteurs spectraux partagent ainsi un même sélecteur spatial; un tel partage permet d'économiser un grand nombre de portes optiques dont le dénombrement sera précisé par la suite. Avantageusement, le module selon l'invention comporte un coupleur optique ayant une entrée reliée à ladite sortie dudit sélecteur spatial et une 25 pluralité de sorties, chacune desdites sorties étant reliée à une entrée d'un desdits sélecteurs spectraux. Avantageusement, ledit sélecteur spatial comporte: - un coupleur optique ayant un nombre d'entrées égal au nombre d'entrées dudit sélecteur spatial et une sortie, - une pluralité d'interrupteurs optiques associés chacun à une desdites entrées dudit coupleur optique. Avantageusement, lesdits interrupteurs optiques dudit sélecteur spatial sont des amplificateurs optiques à semiconducteur. De manière avantageuse, chacun desdits sélecteurs spectraux comporte: - un démultiplexeur comportant une entrée recevant ledit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial et une pluralité de sorties, - un multiplexeur comportant une pluralité d'entrées et une sortie fournissant le signal associé au canal sélectionné parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial - une pluralité d'interrupteurs optiques ayant chacun une entrée reliée à une sortie dudit démultiplexeur et une sortie reliée à une entrée dudit multiplexeur. Avantageusement, lesdits interrupteurs optiques dudit sélecteur spectral sont des amplificateurs optiques à semiconducteur. De manière avantageuse, le module de sélection selon l'invention comporte un amplificateur optique ayant une entrée reliée à la sortie dudit sélecteur spatial et produisant en sortie une amplification dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial. La présente invention a également pour objet un commutateur de 20 signaux optiques ayant Pe ports d'entrée recevant des signaux WDM et P, ports de sortie fournissant des signaux WDM, chaque signal de sortie comportant une pluralité C, de canaux associés chacun à une longueur d'onde, ledit commutateur comportant: - un étage d'entrée comportant lesdits Pe ports d'entrées et L sorties 25 fournissant une pluralité L de signaux WDM, chacun desdits L signaux comportant une pluralité Ce de canaux associés chacun à une longueur d'onde, - un étage de diffusion comportant L coupleurs optiques, chacun desdits L coupleurs optiques recevant en entrée un desdits L signaux 30 multiplexés et diffusant ledit signal vers une pluralité de sortie, - un étage de sélection comportant: o CxP, sorties, o une pluralité de modules de sélection ayant chacun L entrées, ladite pluralité de modules de sélection comportant des moyens pour sélectionner sur une desdites CsxPs sorties un desdits Ce canaux associés à un desdits L signaux multiplexés, ledit commutateur étant caractérisé en ce que ledit étage de sélection comporte au moins un module de sélection selon l'invention. De manière avantageuse, ledit au moins un module de sélection comporte n sorties réalisant chacune la sélection d'un canal parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial, n étant un 10 nombre entier strictement supérieur à 1 et strictement inférieur à Ce/Ps +1. Ainsi, on peut montrer qu'il y a toujours un ensemble de n canaux appartenant au même signal d'entrée qui va être adressés à la même fibre de sortie, n étant strictement inférieur à Ce/Ps +1. Ces n canaux peuvent donc partager le même sélecteur spatial. De manière particulièrement avantageuse, uk modules sont associés à chacun des P, ports de sortie, chacun desdits uk modules comportant k sorties réalisant chacune la sélection d'un canal parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial, Ce étant un multiple entier de P5 supérieur à 1, k variant de 1 à Ce/Ps et Uk étant défini par la relation CS - v -P.(k- 1) U k= E k e+ (C S -vk - Pe.(k - 1)) modulo[k] avecvk vk+ +k.uk etvC =0, Ps l'opérateur E() désignant la fonction partie entière et les uk modules étant des modules selon l'invention pour k variant de 2 à Ce/Ps. Ainsi, pour une fibre de sortie donnée, il existe, parmi tous les ports d'entrée du commutateur associés aux fibres d'entrée, au moins uk 25 ensembles de k canaux provenant du même port d'entrée et adressés à cette fibre de sortie donnée. Autrement dit, on aura un nombre de sélecteurs ce Ps spatiaux égal à E k PS au lieu de CxP, sélecteurs spatiaux comme dans le commutateur représenté en figure 1. Avantageusement, le commutateur comporte Ps multiplexeurs ayant chacun C, entrées et une sortie reliée à un desdits P, ports de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif et nullement limitatif. Dans les figures suivantes - La figure 1 représente un commutateur optique selon l'art antérieur, - La figure 2 représente un module de sélection pour commutateur optique selon l'art antérieur, - La figure 3 représente un module de sélection pour commutateur optique selon l'invention. Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites en relation avec l'état de la 15 technique. La figure 3 représente un module de sélection Mk selon l'invention. Le module Mk comporte: - un sélecteur spatial SE1, - un amplificateur A2, 20 - un coupleur Cl:k, - k sélecteurs spectraux SE21 à SE2k. Le sélecteur spatial SE1 comporte: - L entrées reliées chacune à une porte optique Gt (t variant de 1 à L), - un coupleur optique CL: permettant de raccorder L entrées à une 25 sortie. Chaque porte optique Gt est un interrupteur optique tel qu'un amplificateur optique à semiconducteur activé uniquement lorsqu'il doit transmettre un signal. Chacune des L entrées reçoit un signal WDM comportant une pluralité de canaux associés chacun à une longueur d'onde. Ainsi, le sélecteur spatial SE1 permet d'envoyer sur sa sortie un seul des L signaux reçus. Le signal sélectionné spatialement est ensuite amplifié par l'amplificateur A2 puis diffusé vers les sélecteurs spectraux SE21 à SE2k via le coupleur C1:kLe coupleur C1Uk comporte une entrée reliée à la sortie du sélecteur spatial et k sorties, chacune desdites sorties étant reliée à une entrée d'un 10 desdits sélecteurs spectraux SE21 à SE2k. Chacun des sélecteurs spectraux SE21 à SE2k permet alors de sélectionner un canal parmi la pluralité canaux compris dans le signal sélectionné par le sélecteur spatial SE1. Le module Mk permet donc de sélectionner spatialement un signal 15 WDM parmi L signaux WDM puis d'extraire de ce signal sélectionné spatialement k canaux correspondant chacun à une longueur différente. Chacun des sélecteurs spectraux SE21 à SE2k peut par exemple comporter: un démultiplexeur comportant une entrée recevant le signal 20 sélectionné par le sélecteur spatial et une pluralité de sorties, - un multiplexeur comportant une pluralité d'entrées et une sortie fournissant le signal associé au canal sélectionné parmi la pluralité de canaux du signal sélectionné par le sélecteur spatial, - une pluralité d'interrupteurs optiques tels que des amplificateurs 25 optiques à semiconducteur ayant chacun une entrée reliée à une sortie du démultiplexeur et une sortie reliée à une entrée du multiplexeur. De tels modules Mk peuvent être avantageusement utilisés dans un commutateur optique du type de celui représenté en figure 1. En effet, on montre qu'il y a toujours un ensemble de n canaux appartenant au même signal d'entrée qui va être adressé à la même fibre de sortie, n étant strictement inférieur à Ce/Ps +1. Ces n canaux peuvent donc partager le même sélecteur spatial. Plus précisément, pour une fibre de sortie donnée, il existe, parmi tous les ports d'entrée du commutateur associés aux fibres d'entrée, au 5 moins uk ensembles de k canaux provenant du même port d'entrée et adressés à cette fibre de sortie donnée, uk étant défini par la relation suivante: CS -Vk -P'(k-1) U k= + (C) -vk - P.(k - 1))modulo[k] avecvk = vk + k.uk etv ce0, k 1 *k Ce Ps avec k variant de 1 à Ce/Ps. On peut associer, à chacun des Ps ports de sortie, uk modules de Ce Ps sélection Mk avec k variant de 1 à Ce/Ps, soit un total de L u modules k I par port de sortie. Le module M1 désigne un module de sélection selon l'art antérieur tel que le module S représenté en figure 2. On aura ainsi, dans un commutateur comportant des modules de sélection selon l'invention, un nombre de sélecteurs spatiaux égal à Ce r k PjS au lieu de CsxPs sélecteurs spatiaux comme dans le commutateur représenté en figure 1. Prenons un exemple numérique illustrant le propos ci-dessus avec 20 Pe=Ps=8 et Ce=Cs=32; on considère ainsi un commutateur optique ayant huit fibres WDM d'entrée et huit fibres WDM de sortie. Chacune des fibres il d'entrée et de sortie a 32 canaux et tous les canaux sont modulés à 10 Gbit/s de sorte que la capacité globale du commutateur est de 2,56 Tbit/s. Dans ce cas, en appliquant la relation donnant Uk, on obtient u4=2, u3=4, u2-2 et u1=8. On a donc 2 modules M4, 4 modules M3 et 2 modules M2 pour chaque fibre optique de sortie, les 8 autres modules de sélection Ml étant des modules conformes à l'art antérieur. Pour l'ensemble des fibres de sortie, on a 128 modules de sélection alors qu'on aurait 256 modules de sélection pour le commutateur selon la figure 1. On a ainsi économisé 128 sélecteurs spatiaux; chacun des sélecteurs spatiaux comportant par exemple 8 interrupteurs optiques, on a donc réduit le nombre de portes optiques de 1024. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Notamment, les amplificateurs optiques à semiconducteurs utilisés dans les sélecteurs spectraux et spatiaux peuvent être remplacés par tout type d'interrupteurs optiques. REVENDICATIONS 1. Module de sélection (Mk) pour commutateur de signaux optiques comportant un sélecteur spatial (SE,) comprenant: - une pluralité d'entrées recevant chacune un signal optique multiplexé 5 en longueur d'onde comportant une pluralité de canaux associés chacun à une longueur d'onde distincte, - une sortie recevant un signal sélectionné parmi ladite pluralité de signaux multiplexés en longueur d'onde, ledit module étant caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de 10 sélecteurs spectraux (SE21,..., SE2k), chacun des desdits sélecteurs spectraux réalisant la sélection d'un canal parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial (SE,). 2. Module de sélection (Mk) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur optique (C1:k) ayant une entrée reliée 15 à ladite sortie dudit sélecteur spatial (SE,) et une pluralité de sorties, chacune desdites sorties étant reliée à une entrée d'un desdits sélecteurs spectraux (SE21,.., SE2k). 3. Module de sélection (Mk) pour commutateur de signaux optiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit 20 sélecteur spatial (SE,) comporte: - un coupleur optique (CLI) ayant un nombre d'entrées égal au nombre d'entrées dudit sélecteur spatial (SE,) et une sortie, - une pluralité d'interrupteurs optiques (G1,...,GL) associés chacun à une desdites entrées dudit coupleur optique (CL:1). 4. Module de sélection (Mk) pour commutateur de signaux optiques selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdits interrupteurs optiques (Gi,.. .,GL) dudit sélecteur spatial (SE,) sont des amplificateurs optiques à semiconducteur. 5. Module de sélection (Mk) pour commutateur de signaux optiques selon 30 l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chacun desdits sélecteurs spectraux (SE21,..., SE2k) comporte: - un démultiplexeur comportant une entrée recevant ledit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial et une pluralité de sorties, - un multiplexeur comportant une pluralité d'entrées et une sortie fournissant le signal associé au canal sélectionné parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial - une pluralité d'interrupteurs optiques ayant chacun une entrée reliée à une sortie dudit démultiplexeur et une sortie reliée à une entrée dudit multiplexeur. 6. Module de sélection (Mk) pour commutateur de signaux optiques selon 10 la revendication précédente caractérisé en ce que lesdits interrupteurs optiques dudit sélecteur spectral sont des amplificateurs optiques à semiconducteur. 7. Module de sélection (Mk) pour commutateur de signaux optiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte 15 un amplificateur optique (A2) ayant une entrée reliée à la sortie dudit sélecteur spatial (SE1) et produisant en sortie une amplification dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial (SE1). 8. Commutateur de signaux optiques ayant Pe ports d'entrée recevant des signaux WDM et Ps ports de sortie fournissant des signaux WDM, 20 chaque signal de sortie comportant une pluralité Cs de canaux associés chacun à une longueur d'onde, ledit commutateur comportant: - un étage d'entrée comportant lesdits Pe ports d'entrées et L sorties fournissant une pluralité L de signaux WDM, chacun desdits L signaux comportant une pluralité Ce de canaux associés chacun à une 25 longueur d'onde, - un étage de diffusion comportant L coupleurs optiques, chacun desdits L coupleurs optiques recevant en entrée un desdits L signaux multiplexés et diffusant ledit signal vers une pluralité de sortie, - un étage de sélection comportant: 30 o CxPs sorties, o une pluralité de modules de sélection ayant chacun L entrées, ladite pluralité de modules de sélection comportant des moyens pour sélectionner sur une desdites CsxPs sorties un desdits Ce canaux associés à un desdits L signaux multiplexés, ledit commutateur étant caractérisé en ce que ledit étage de sélection comporte au moins un module de sélection selon l'une des revendications 1 à7. 9. Commutateur de signaux optiques selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit au moins un module de sélection comporte n sorties réalisant chacune la sélection d'un canal parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial, n étant un 10 nombre entier strictement supérieur à 1 et strictement inférieur à Ce/Ps +1. 10. Commutateur de signaux optiques selon l'une des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que uk modules sont associés à chacun des Ps ports de sortie, chacun desdits uk modules comportant k sorties 15 réalisant chacune la sélection d'un canal parmi la pluralité de canaux dudit signal sélectionné par ledit sélecteur spatial, Ce étant un multiple entier de Ps supérieur à 1, k variant de 1 à Ce/Ps et uk étant défini par la relation: uS k =-P (kU = ek (C -v -Pe.(k- l))modulo[k] avecvk =vk + +k.uk et: 0, k l *k Ce Ps I'opérateur E() désignant la fonction partie entière et les Uk modules étant des modules selon l'une des revendications 1 à 6 pour k variant de 2 a Ce/Ps 11. Commutateur de signaux optiques selon l'une des revendications 8 à caractérisé en ce qu'il comporte Ps multiplexeurs ayant chacun Cs 25 entrées et une sortie reliée à un desdits Ps ports de sortie.