Brevet FR2905214A1 — publié le 20080229

PROCEDE DE DETERMINATION D'UN CHEMIN OPTIMAL DANS UN RESEAU DE TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES. 5 Le domaine de l'invention est celui des réseaux de télécommunications par fibres optiques. Un réseau de télécommunications est classiquement constitué de noeuds d'émission et de réception de signaux 10 optiques et de liaisons par fibres optiques reliant les différents noeuds encore appelées span en terminologie anglaise. Pour transférer un signal d'un noeud à un autre d'un réseau de télécommunications, il peut exister plusieurs chemins possibles. Ainsi sur la figure 1, il est possible de relier le noeud A au noeud B soit en passant par le chemin Cl, soit par le chemin C2, 15 soit le chemin C3, chaque chemin comportant des noeuds N, et des liaisons Si. Le choix du meilleur chemin possible est important. Il va en effet conditionner le nombre et le type de régénérateurs optiques à mettre en place et les performances ultimes de la liaison. Un chemin est défini par trois caractéristiques principales qui 20 sont : • le nombre de liaisons ou de spans ; • le type de fibre constituant chaque liaison ; • l'atténuation de chaque liaison exprimée en dB. L'atténuation de la fibre et la longueur de la liaison conditionne le 25 niveau de pertes optiques LI de la liaison. Ce niveau de pertes est généralement exprimée en déciBel. Le type de fibre conditionne également la puissance maximale admissible d'entrée IP dans la fibre optique. Pour qu'un signal émis par un noeud puisse parvenir au noeud suivant tout en restant à des niveaux de puissance acceptables, on dispose 30 au niveau du noeud d'amplificateurs optiques A,. Une des principales caractéristiques d'un amplificateur optique est sa puissance maximale de sortie PA que l'on exprime généralement en dBm. Comme représenté en figure 2, une liaison span S, comprend donc principalement une fibre optique FI, un dispositif d'atténuation variable 35 AT, et un amplificateur optique A,. Les signaux optiques circulant dans la liaison sont représentées par des flèches sur cette figure. A l'entrée de la 2905214 2 fibre optique, la puissance du signal vaut Pä et à l'entrée de l'amplificateur optique, la puissance du signal vaut PA,,. Lorsqu'il existe plusieurs chemins possibles permettant de relier deux noeuds entre eux, il est nécessaire de déterminer un critère permettant de choisir le meilleur d'entre eux. II est possible d'utiliser des critères élémentaires simples comme, par exemple, le chemin le plus court ou le nombre minimal de liaisons reliant les deux noeuds. Ces critères rudimentaires ne permettent cependant pas de faire un choix judicieux entre les différents chemins possibles. En particulier, si un chemin retenu comporte une liaison comportant une grande longueur de fibres optiques, il est possible que le signal ne puisse être transmis sans atténuations excessives. Un bon critère est de déterminer le rapport signal/bruit, encore appelé OSNR, acronyme anglais signifiant Optical Signal Noise Ratio sur les différents chemins possible reliant deux noeuds et de retenir le chemin possédant le meilleur OSNR. Cependant, pour un certain nombre de raisons tenant essentiellement à l'historique du réseau, tous les paramètres du réseau ne sont pas nécessairement connus. Aussi, le procédé de détermination d'un chemin de connections entre deux points dans un réseau optique selon l'invention repose sur plusieurs hypothèses possibles, fonctions de la plus ou moins grande connaissance des différents paramètres du réseau. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de détermination d'un chemin de connections entre deux points dans un réseau optique comportant plusieurs chemins pour relier lesdits deux points, chaque chemin comprenant des liaisons par fibres optiques et des amplificateurs de puissance, ledit procédé étant tel que: a) Si seules les pertes optiques LI dans les liaisons par fibres 30 optiques sont connues, alors le procédé comporte les 3 étapes suivantes : • Calcul des pertes d'intégration pour au moins un premier et un second chemin joignant lesdits deux points ; • Comparaison desdites pertes ; • Choix du chemin minimisant lesdites pertes ; 2905214 3 b) Si seules les pertes optiques L, dans les liaisons par fibres optiques ainsi que la puissance maximale d'entrée admissible IP dans lesdites liaisons sont connues, alors le procédé comporte les 3 étapes suivantes : 5 • Calcul du rapport signal sur bruit OSNR pour au moins un premier et un second chemins joignant lesdits deux points en supposant que la puissance injectée dans chaque liaison correspond à la puissance maximale d'entrée admissible ; • Comparaison desdits rapports signal/bruit ; 10 • Choix du chemin maximisant lesdits rapports signal/bruit ; c) Si seules les pertes optiques L, dans les liaisons par fibres optiques, la puissance maximale admissible d'entrée IP dans lesdites liaisons et la puissance maximale de sortie PA des amplificateurs sont connues, alors le procédé comporte les 4 15 étapes suivantes : • Calcul de la puissance admissible réelle dans les liaisons ; • Calcul du rapport signal sur bruit pour au moins un premier et un second chemins joignant lesdits deux points en supposant que la puissance injectée dans chaque liaison correspond à la 20 puissance maximale admissible réelle ; • Comparaison desdits rapports signal/bruit ; • Choix du chemin maximisant lesdits rapports signal/bruit . Avantageusement, dans le cas a), un chemin étant composé de N liaisons à fibres optiques, chaque liaison ayant une perte optique P, exprimée 25 en dB, les pertes d'intégration IL en dB pour ledit chemin sont calculées selon l'expression : IL =10.Log10 N10Li 10 Avantageusement, dans le cas b), • un chemin étant composé de N liaisons à fibres optiques, chaque liaison ayant une perte optique L, exprimée en dB, les pertes d'intégration IL en dB pour ledit chemin sont calculées selon l'expression : IL =10.Log10 N110Li/10 1 • la puissance maximale admissible d'entrée IP dans une fibre optique étant exprimée en dBm, la puissance maximale PI dans le chemin optique est calculée selon l'expression : P, = IP -10.LogN ; 35 2905214 4 En appelant NF la figure de bruit exprimée en dB d'un amplificateur de puissance et le rapport signal sur bruit OSNR étant exprimé en dB par 0,1 nm, alors ledit rapport OSNR est calculé selon l'expression : OSNR = P, -IL - NF + K , K étant une constante exprimée en dBm, la 5 constante K valant environ 58. Avantageusement, dans le cas c), • un chemin étant composé de N liaisons à fibres optiques, chaque liaison ayant une perte optique L, exprimée en dB, les pertes d'intégration IL en dB pour ledit chemin sont calculées 10 selon l'expression : IL =10.Log,o N 10U/10). • La puissance maximale admissible d'entrée IP dans une fibre optique étant exprimée et la puissance maximale de sortie des amplificateurs PA en dBm et si C est le nombre de canaux multiplexés transitant à travers le chemin, la puissance 15 maximale PIFC dans le chemin optique est égale au minimum des deux expressions suivantes : IP -l0.LogN ou PA -10.LogC ; En appelant NF la figure de bruit exprimée en dB d'un amplificateur de puissance et le rapport signal sur bruit OSNR étant exprimé 20 en dB par 0,1 nm, alors ledit rapport OSNR est calculé selon l'expression : OSNR = PL - IL - NF + K , la constante K valant environ 58. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non 25 limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : • La figure 1 représente une partie de réseau optique comportant des noeuds et des liaisons ; • La figure 2 représente une liaison reliant deux noeuds avec l'indication des différents éléments composant cette liaison ; 30 • La figure 3 représente l'organigramme du procédé selon l'invention. Comme il a été dit, le paramètre important caractérisant le chemin entre deux noeuds est le rapport signal sur bruit ou OSNR. Pour une liaison S,, I'OSNR, est donné par l'amplificateur optique A, de la liaison. Le rapport 2905214 5 signal/bruit est classiquement calculé pour une bande spectrale Bf d'une largeur de 0,1 nanomètre. Cette largeur spectrale correspond, à la longueur d'onde de 1550 nanomètres, à une largeur fréquentielle de 12,5 GHz. L'OSNR, est calculé en dB. Son expression vaut : 5 Equation 1 : OSNR, (dB/nm) = PAä (dBm) û NFA, (dB) + K avec PAä : Puissance d'entrée de l'amplificateur optique A, NFAI : Figure de bruit de l'amplificateur optique AI K : constante égale à -10.Log(h.v. B f) avec h : Constante de Planck et v : fréquence optique du signal. 10 Pour les applications en télécommunications optiques fonctionnant à une longueur d'onde de 1550 nanomètres, K vaut environ 58. Les pertes optiques de la liaison optique étant LI, la puissance d'entrée PAä de l'amplificateur optique A, est égale à : 15 Equation 2 : PAä (dBm) = Pä (dBm)û L, (dB) avec Pä : Puissance d'entrée dans la liaison L, Par conséquent, l'OSNR, vaut également, en remplaçant dans l'équation 1, l'expression de la puissance d'entrée PAU donnée par l'équation 20 2: Equation 3 : OSNR, (dB/nm) = Pä (dBm) û L1(dB)û NFA, (dB) + K Dans les équations suivantes, pour simplifier l'écriture, les différentes unités ne seront plus indiquées étant entendu que les puissances 25 sont toutes exprimées en dBm et les atténuations en dB. Le rapport signal sur bruit OSNR d'un chemin comportant N liaisons SI ayant chacune un rapport signal sur bruit OSNR, vaut : 1/OSNR = EN1/OSNR, 30 que l'on peut encore écrire sous la forme : Equation 4 : OSNR =10.Log,o 1 10(F'' -c; -NFA, +x)/'o ) A partir de cette expression, en fonction de la connaissance du réseau de télécommunications optiques, il est possible de faire plusieurs hypothèses permettant de simplifier le calcul de l'OSNR d'un chemin optique. 35 2905214 6 Hypothèse A : Seules les pertes optiques L, dans les liaisons par fibres optiques sont connues. Dans ce cas, on peut considérer que : • les puissances d'entrée Pä dans chaque liaison S, sont 5 identiques et égales à P, ; • les figures de bruit NFAI des amplificateurs optiques A, sont identiques et égales à NFA. On peut alors écrire l'équation 4: Equation 5 : OSNR = -NFA+K-10.Log,0 NIl0U'/10) 10 que l'on peut mettre sous la forme : OSNR =KA-IL avec KA constante indépendante du chemin choisi et IL = l0.Log10 ~N110``"o) dépendant du chemin choisi et qui est égal aux pertes d'intégration du chemin. 15 Par conséquent, dans l'hypothèse A, pour optimiser le rapport signal sur bruit, il faut choisir le chemin présentant les pertes d'intégration IL les plus faibles, lesdites pertes étant calculées selon l'expression de l'équation 5. 20 Hypothèse B : Les pertes optiques L, dans les liaisons par fibres optiques sont connues ainsi que la puissance maximale d'entrée admissible IP dans lesdites liaisons. Dans ce cas, on peut écrire : Equation 6 : P, = IP - lOLogN 25 En remplaçant l'expression de P, de l'équation 6 dans l'équation 5, on obtient : Equation 7 : OSNR =IP-10.LogN-NFA+K-10.Log10~N11e/10) Par conséquent, dans l'hypothèse B, il faut choisir le chemin présentant l'OSNR le plus important, ledit OSNR étant calculé selon 30 l'expression de l'équation 7. Hypothèse C : Les pertes optiques L, dans les liaisons par fibres optiques sont connues, la puissance maximale d'entrée admissible IP dans 2905214 lesdites liaisons ainsi que la puissance maximale de sortie PA des amplificateurs sont également connues. Dans ce cas, la puissance d'entrée dans les fibres optiques peut être limitée : 5 • Soit, comme dans le cas de l'hypothèse B, par la puissance maximale d'entrée admissible IP ; • Soit par la puissance maximale de sortie PA des amplificateurs. Dans le premier cas, la puissance d'entrée dans les fibres 10 optiques vaut : Equation 6 : P, = IP -10LogN Dans le second cas, la puissance d'entrée dans les fibres optiques vaut : Equation 8 : P, = PA -1OLogC 15 Avec C : Nombre de canaux multiplexés circulant dans la fibre optique. En effet, dans les liaisons par fibres optiques, les signaux sont généralement multiplexés soit temporellement soit spectralement de façon à augmenter le débit de la liaison. La puissance fournie par un amplificateur se répartit donc sur les C canaux transmis par la fibre optique. 20 Pour chaque chemin, il faut donc déterminer : • Dans un premier temps, la puissance d'entrée correspondant au minimum des expressions données par les équations 6 et 8 ; • Dans un second temps, ce minimum étant connu, le 25 rapport signal sur bruit correspondant en utilisant l'équation 5. Les 3 hypothèses du procédé selon l'invention sont résumées dans l'organigramme de la figure 3. L'implantation de ce procédé dans un 30 calculateur ou dans un ordinateur à des fins de détermination automatique du meilleur chemin possible ne pose, bien entendu, aucun problème technique particulier. Ce procédé présente l'avantage d'utiliser au mieux les informations techniques concernant un réseau de télécommunications et 2905214 8 d'affiner au mieux le choix d'un chemin en fonction de la connaissance de ces informations. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination d'un chemin de connections entre deux points dans un réseau optique comportant plusieurs chemins pour relier lesdits deux points, chaque chemin comprenant des liaisons par fibres optiques et des amplificateurs de puissance, ledit procédé étant tel que: a) Si seules les pertes optiques L, dans les liaisons par fibres optiques sont connues, alors le procédé comporte les 3 étapes suivantes : • Calcul des pertes d'intégration pour au moins un premier et un second chemin joignant lesdits deux points ; • Comparaison desdites pertes ; • Choix du chemin minimisant lesdites pertes ; b) Si seules les pertes optiques L, dans les liaisons par fibres optiques ainsi que la puissance maximale d'entrée admissible IP dans lesdites liaisons sont connues, alors le procédé comporte les 3 étapes suivantes : • Calcul du rapport signal sur bruit OSNR pour au moins un premier et un second chemins joignant lesdits deux points en supposant que la puissance injectée dans chaque liaison correspond à la puissance maximale d'entrée admissible ; • Comparaison desdits rapports signal/bruit ; • Choix du chemin maximisant lesdits rapports signal/bruit ; c) Si les pertes optiques LI dans les liaisons par fibres optiques, la puissance maximale admissible d'entrée IP dans lesdites liaisons et la puissance maximale de sortie PA des amplificateurs sont connues, alors le procédé comporte les 4 étapes suivantes : • Calcul de la puissance admissible réelle dans les liaisons ; • Calcul du rapport signal sur bruit pour au moins un premier et un second chemins joignant lesdits deux points en supposant que la puissance injectée dans chaque liaison correspond à la puissance maximale admissible réelle ; • Comparaison desdits rapports signal/bruit ; • Choix du chemin maximisant lesdits rapports signal/bruit . 2905214 10 2. Procédé de détermination d'un chemin de connections selon le cas a) de la revendication 1, caractérisé en ce qu'un chemin étant composé de N liaisons à fibres optiques, chaque liaison ayant une perte optique P, 5 exprimée en dB, les pertes d'intégration IL en dB pour ledit chemin sont calculées selon l'expression : IL =10.Log10 N 10""0 3. Procédé de détermination d'un chemin de connections selon le cas b) de la revendication 1, caractérisé en ce que : 10 • un chemin étant composé de N liaisons à fibres optiques, chaque liaison ayant une perte optique LI exprimée en dB, les pertes d'intégration IL en dB pour ledit chemin sont calculées N selon l'expression : I L =10.Log10 10""0 • la puissance maximale admissible d'entrée IP dans une fibre 15 optique étant exprimée en dBm, la puissance maximale P, dans le chemin optique est calculée selon l'expression : P, = IP -10.LogN ; • En appelant NF la figure de bruit exprimée en dB d'un amplificateur de puissance et le rapport signal sur bruit OSNR 20 étant exprimé en dB par 0,1 nm, alors ledit rapport OSNR est calculé selon l'expression : OSNR = ù IL ù NF + K , K étant une constante exprimée en dBm. 6. Procédé de détermination d'un chemin de connections selon la 25 revendication 3, caractérisé en ce que la constante K vaut environ 58. 7. Procédé de détermination d'un chemin de connections selon le cas c) de la revendication 1, caractérisé en ce que le : • un chemin étant composé de N liaisons à fibres optiques, 30 chaque liaison ayant une perte optique P, exprimée en dB, les pertes d'intégration IL en dB pour ledit chemin sont calculées selon l'expression : IL = 10.Log10 tN110`"l'• La puissance maximale admissible d'entrée IP dans une fibre optique étant exprimée et la puissance maximale de sortie des 5 10 2905214 11 amplificateurs PA en dBm et si C est le nombre de canaux multiplexés transitant à travers le chemin, la puissance maximale PIF dans le chemin optique est égale au minimum des deux expressions suivantes : IP-10.LogN ou PA -10.LogC ; • En appelant NF la figure de bruit exprimée en dB d'un amplificateur de puissance et le rapport signal sur bruit OSNR étant exprimé en dB par 0,1 nm, alors ledit rapport OSNR est calculé selon l'expression : OSNR = P, ù IL ù NF + K . 6. Procédé de détermination d'un chemin de connections selon la revendication 5, caractérisé en ce que la constante K vaut environ 58.