Добірка наукової літератури з теми "Multiplexage par division de longueur d'onde (WDM) systèmes"

Les systèmes ultra-large bande(UWB) sont considérés comme une stratégie rentable pour augmenter le débit par fibre dans les communications optiques en repoussant les limites de la bande passante opérationnelle au-delà de la bande C. Des expériences récente sont présenté des résultats prometteurs avec des transmissions à haute capacité UWB fonctionnant à travers les bandes S+C+L, et même au-delà. Ces avancées soulèvent la question des avoir si cette technologie peut être efficacement mise à l'échelle pour répondre aux demandes croissantes de trafic de données. Cette thèse fournit une étude approfondie sur les opportunités et les défis des systèmes UWB. À travers l'analyse de modèles qui tiennent compte des dégradations dépendant de la longueur d'onde, le cœur de cette thèse consiste en le développement et la validation de techniques d'optimisation de puissance basées sur ces modèles, conçues pour améliorer la performance des systèmes UWB. L'étude réalisée comprend des évaluations numériques et expérimentales des systèmes S+C+L. De plus, la précision des prédictions obtenues dans cette étude offre des aperçus précieux sur la qualité de transmission, parmi lesquels une analyse des implications associées à d'éventuelles défaillances du système UWB. Enfin, cette thèse envisage une vision pour l'avenir de cette technologie, discutant de la faisabilité de l'adoption des systèmes UWB par rapport au déploiement de systèmes parallèles en fibre
Ultra-wideband systems (UWB)are considered a cost-effective strategy to boostthe per-fiber through put in optical communications by pushing the boundaries of operational bandwidth beyond the conventional C-band. Recent experiments have showcased promising results with UWB high-capacity transmissions operating across the S+C+L bands, and evenfurther. These advancements raise the question of whether this technology can be effectively used to meet the growing demands for data traffic.This thesis provides an extensive investigation in to the opportunities and challenges ofUWB systems. Through the analysis of models that address the challenging wavelength dependent impairments, the core of this thesis consists in the development and validation of model-based power optimization techniques designed to enhance UWB system performance. The investigation is performed in numerical and experimental assessments in S+C+L systems. Moreover, the accurate model-based predictions obtained in this study offer invaluable insightsinto the transmission quality. These include ananalysis of the implications associated with potential UWB system failures. Finally, this thesis casts a vision for the future of this technology,discussing the feasibility of adopting UWBsystems over the deployment of parallel fibersystems

Un défi majeur dans les réseaux d’aujourd’hui est de combler l’écart entre la haute vitesse de la transmission optique et la vitesse plus limitée du traitement électronique des données. Une option est de commuter les données directement dansle domaine optique. Dans cette thèse, nous proposons plusieurs solutions permettant la commutation dans le domaine optique à une granularité plus fine que la longueur d’onde, technique que nous appelons commutation sous-longueurd’onde. Pour montrer la pertinence des solutions proposées, nous analysons leur performance en termes de capacité de trafic, de débit et de délai. La performance est évaluée à la fois par des simulations et en utilisant des modèles de filesd’attente appropriés. Nous considérons d’abord le cas des réseaux métropolitains (Metropolitan Area Networks, MAN) et nous étudions la performance d’un anneau optique avec multiplexage en longueur d’onde (Wavelength Division Multiplexing, WDM) dans lequel la communication entre les noeuds du réseau se fait par insertion/extraction de données dans des créneaux temporels. Nous présentons un protocole entièrement distribué conçu pour assurer l’équité dansce réseau. Nous proposons également un mécanisme d’assemblage de paquets capable d’assurer des délais faibles ainsi que des taux de remplissage élevés. Nous proposons ensuite des solutions de commutation sous-longueur d’onde qui peuvent être appliquées dans le cas plus général des réseaux asynchrones. D’abord, nous proposons de résoudre le problème des collisions de la commutation optique par rafale (Optical Burst Switching, OBS) par la mise en oeuvre d’un mécanisme de réservation. Afin de maximiser l’utilisation des ressources, nous proposons d’adapter la taille de la rafale optique à la charge du réseau.Ensuite, nous proposons une solution alternative pour construire un réseau coeur tout-optique. A cette architecture, nous associons un protocole d’accès ainsi qu’un algorithme d’allocation dynamique de bande passante et nous analysons les performances de la solution proposée. Par le biais d’une étude de cas, nousmontrons que notre solution est capable de réduire considérablement la consommation énergétique par rapport aux architectures actuelles basées sur des routeurs IP. Enfin, nous proposons un nouveau dispositif optique capable derésoudre la contention directement dans le domaine optique. Nous montrons que ce dispositif simple peut être utilisé pour construire des réseaux optiques dynamiques à courte portée tels que les réseaux d’accès ou les centres de traitement de données
A key challenge in today’s networks is to bridge the gap between high-speed optical transmission and limited electronic processing. This can be achieved by enabling payload to be switched directly in the optical domain.A simple solutionto provide optical switching is by allocating one wavelength channel to each source-destination pair, a technique called Optical Circuit Switching (OCS). Due to lack of sharing, OCS suffers from limited scalability. To overcome this issue,the capacity of each wavelength channel must be dynamically shared among different source-destination pairs. This requires data to be switched at subwavelength granularity by means of subwavelength switching. In this thesis, wepropose several solutions which enable subwavelength switching in optical networks. To show the relevance of the proposed solutions, we analyse their performance in terms of traffic capacity, flow throughput and packet delay. Performance is evaluated both through simulations and by means of appropriate queueing models. We first consider the case of Metropolitan Area Networks (MAN) and we study the performance of synchronous time-slotted Wavelength DivisionMultiplexing (WDM) ring in which network nodes communicate by inserting and extracting data from time-slots. We present a fully distributedMedia Access Control (MAC) protocol designed to ensure fairness. We also propose a burst assembly mechanism able to ensure low assembly delays and high fill rates of the optical time-slots. We then propose subwavelength switching solutions which can be applied in the more general case of asynchronous wide area networks. We first propose to solve the contention problems of conventional Optical Burst Switching (OBS) and the low utilization issue of wavelength-routed OBS byimplementing a two-way reservation OBS scheme in which the size of the opticalburst increases proportionally with the network load so as to maximize resourceutilization. Next, we propose a solution for building an all-optical wide area network based on multipoint-to-multipoint lightpath sharing. We also design an associated MAC protocol and a dynamic bandwidth allocation algorithm and analyse the performance of the proposed solution. By means of a case study, we show that the proposed solution has the potential to considerably reduce power consumption with respect to current router-based architectures. Finally, we propose a novel optical device able to solve contention directly in the optical domain withoutrequiring any optical buffering, electronic signalling or header processing. We show that thissimple device can be used as a building block for dynamic and power efficient short-range optical networks such as access networks or data centers

Un défi majeur dans les réseaux d'aujourd'hui est de combler l'écart entre la haute vitesse de la transmission optique et la vitesse plus limitée du traitement électronique des données. Une option est de commuter les données directement dansle domaine optique. Dans cette thèse, nous proposons plusieurs solutions permettant la commutation dans le domaine optique à une granularité plus fine que la longueur d'onde, technique que nous appelons commutation sous-longueurd'onde. Pour montrer la pertinence des solutions proposées, nous analysons leur performance en termes de capacité de trafic, de débit et de délai. La performance est évaluée à la fois par des simulations et en utilisant des modèles de filesd'attente appropriés. Nous considérons d'abord le cas des réseaux métropolitains (Metropolitan Area Networks, MAN) et nous étudions la performance d'un anneau optique avec multiplexage en longueur d'onde (Wavelength Division Multiplexing, WDM) dans lequel la communication entre les noeuds du réseau se fait par insertion/extraction de données dans des créneaux temporels. Nous présentons un protocole entièrement distribué conçu pour assurer l'équité dansce réseau. Nous proposons également un mécanisme d'assemblage de paquets capable d'assurer des délais faibles ainsi que des taux de remplissage élevés. Nous proposons ensuite des solutions de commutation sous-longueur d'onde qui peuvent être appliquées dans le cas plus général des réseaux asynchrones. D'abord, nous proposons de résoudre le problème des collisions de la commutation optique par rafale (Optical Burst Switching, OBS) par la mise en oeuvre d'un mécanisme de réservation. Afin de maximiser l'utilisation des ressources, nous proposons d'adapter la taille de la rafale optique à la charge du réseau.Ensuite, nous proposons une solution alternative pour construire un réseau coeur tout-optique. A cette architecture, nous associons un protocole d'accès ainsi qu'un algorithme d'allocation dynamique de bande passante et nous analysons les performances de la solution proposée. Par le biais d'une étude de cas, nousmontrons que notre solution est capable de réduire considérablement la consommation énergétique par rapport aux architectures actuelles basées sur des routeurs IP. Enfin, nous proposons un nouveau dispositif optique capable derésoudre la contention directement dans le domaine optique. Nous montrons que ce dispositif simple peut être utilisé pour construire des réseaux optiques dynamiques à courte portée tels que les réseaux d'accès ou les centres de traitement de données.

La photonique sur silicium est une solution de remplacement de l’électronique pour les communications demandant des débits extrêmement élevés, intégré avec une haute densité au sein des serveurs, des cartes voire des puces. Pour atteindre de hauts débits (400G, 800G et au-delà), il est intéressant de multiplexer l’information et désagréger les ressources. Cela amène la nécessité de penser des switches capables de gérer de hauts débits et un grand nombre de ports. Dans un premier temps, le choix d’utiliser des liens à base d’anneaux a été justifié notamment en termes de compacité, de flexibilité du réseau qu’ils apportent et de faibles pertes optiques. Ces structures résonantes sont cependant très sensibles et il est important de bien comprendre les phénomènes physiques en jeu. Nous décrivons alors plusieurs modèles de résonance de l’anneau pour ensuite créer un modèle à la fois solvable analytiquement et suffisamment précis pour rendre compte des phénomènes mis en jeu. La validation de ce modèle est réalisée à l’aide de plusieurs tests faisant intervenir l’optique et l’électrique. Ce travail a permis de mieux appréhender l’anneau et ses paramètres constitutifs pour parvenir à minimiser son impact sur un lien WDM. Ensuite, nous avons soumis des idées d’améliorations possibles de ces résonateurs pour pallier à leurs défauts. Ainsi, des disques et des résonateurs utilisant la plateforme en nitrure de silicium ont été simulés, fabriquées puis testés pour finalement les comparer aux résonateurs en anneaux de référence. L’une de ces améliorations est topologique, il s’agit de cascader plusieurs résonateurs pour modifier la résonance finale. Cette modification topologique implique des modifications de l’architecture qui n’est pas forcément adaptée. Une réflexion sur les architectures WDM basées sur des simples et doubles anneaux est alors présentée. Pour limiter les diaphonies thermiques, des commutations groupées par longueur d’onde sont proposées tout en garantissant une table de vérité simple d’usage. La manière de piloter chaque anneau est très importante dans les switches et nous avons démontré un moyen transparent et non invasif de parvenir à faire la détection lumineuse nécessaire à une boucle de rétroaction. Enfin, nous proposons une réponse à la question de la taille maximale d’un switch avec des anneaux. A partir d’hypothèses maitrisées, nous estimons le cout final d’une architecture WDM en fonction du débit, du nombre de ports et de liens WDM. Ces résultats viennent ensuite confirmer ou contredire les hypothèses prises en compte pour l’élaboration de l’architecture du switch
Silicon photonics stands as a promising solution to replace copper interconnections for communication requirements highly integrated inside data centers, inter and intra chip links. To achieve high data rate, one can use multiplexing on optical links combined with disaggregated resources. In such architectures, an optical switch being able to cope with high size and data rate is a core element to be designed. In this study, we focused on intrachip interconnections on a photonic interposer, based on wavelength multiplexed links around the 1310nm communication channel. Integration of laser sources, modulation of the data and reception of the signal is not addressed here. Our goal is the optical switching. At first, the choice to use ring resonators based links has been justified in terms of compactness, network flexibility and low optical losses. Those structures are though very sensitive to environment and geometry fluctuations: it is important to understand well physical effects at stake. We thus describe different ring resonance models to then create a model both analytic and enough accurate to describe peak shifts. The validation of this model is performed with optical and electrical tests. This work allowed a better understanding of the ring parameters in order to minimize its impact on a WDM link. We then propose ideas of possible improvements for those resonators. Disks and resonators using the silicon nitride layer have been simulated, fabricated and tested to compare their performances to the reference design. One of those improvements is topologic. One resonator is replaced by two coupled rings, to achieve a higher order of resonance. Since most of the switching architecture are not adapted to the use of double rings, we developed a new approach on that topic. To limit thermal crosstalk in WDM switches while keeping low footprint, resonators are grouped with respect to their wavelength. The scalability is preserved with a truth table kept to a fair level of simplicity for any number of wavelength multiplexed. The way to drive every resonator is a core topic in switching architectures, especially the detection of the resonance to perform a feedback loop. We demonstrated in this work a transparent and non-invasive way to detect light in a ring waveguide, based on the doped junction already used to drive the ring. Finally, we tackle the question of the switch scalability (without use of active amplifiers). Starting from reasonable hypothesis, we estimate the total switch bandwidth of a classical architecture taking into account data rate, number of ports and the wavelength multiplexing. Those system results confirm or invalidate some of the hypothesis taken in the architecture part

La prochaine génération d'infrastructures de communication par fibre optique comprendra des systèmes de transmission longue distance avec du multiplexage en longueur d'onde (WDM) à 40 et 100 Gb/s, et sera très probablement basée sur la détection cohérente. Le travail de thèse décrit dans ce manuscrit étudie ces systèmes. Nous démontrons d'abord leur tolérance inégalée à des effets physiques linéaires de propagation, grâce au traitement numérique du signal réalisé dans le récepteur. Néanmoins, les systèmes optiques peuvent être limités aussi par des effets non-linéaires de propagation. Cette thèse explore le comportement non-linéaire des signaux détectés avec un récepteur cohérent, spécialement quand ils sont multiplexés en polarisation. Nous avons particulièrement étudié l'évolution d el'impact des non-linéarités quand le débit augmente de 40 et 100 Gb/s, en démontrant que l'augmentation du débit accroît la tolérance à certaines non-linéarités. Cette thèse examine également l'interaction entre la dispersion modale de polarisation (PMD) et les non-linéarités. Contrairement aux systèmes existants, nous avons prouvé que, lorsque la PDM est distribuée, elle s'avère souvent être bénéfique en réduisant les pénalités causées par les non-linéarités. Au contraire, quand la PMD est localisée, elle peut augmenter la dégradation causée par les dites non-linéarités
The next generation of fibre-optic internet infrastructure will involve long-haul transmission systems with wavelength-division-multiplexed (WDM) channels at 40 and 100 Gb/s, and will be most likely based on coherent detection. This thesis focuses on these systems. We first demonstrate their unparallaled tolerance to linear fibre impairments, thanks to digital signal processing in the receiver, making them compatible with the legacy fibre infrastructure. Nevertheless, on top of linear fibre effects, optical systems may be limited by nonlinear fibre effects. This thesis gives insights on the nonlinear behaviour of signals detected with a coherent receiver, especially when multiplexed in polarisation. We show that the two polarisation components interact nonlinearly, which limits the system reach, even if a single channel is used. We particularly investigate the evolution of the impact of nonlinearities when increasing the bit rate from 40 to 100 Gb/s. We demonstrate that moving to higher symbol rates increases the tolerance to cross nonlinearities. This thesis also gives further insight on the interaction between polarisation mode dispersion (PMD) and nonlinearities. Unlike legacy systems, we have proved that, when distributed, PDM often turns out to be beneficial by reducing these nonlinear-induced penalities. On the contrary, when lumped, PDM may further increase the detrimental impact of nonlinearities. Finally, as a proof of the carriers' interest in 100 Gb/s technologies, this thesis reports the results of a field trial we have recently conducted on Telefónica's network in Spain showing the potential of coherent technologies to upgrade already deplyed networks

La prochaine génération d'infrastructures de communication par fibre optique comprendra des systèmes de transmission longue distance avec du multiplexage en longueur d'onde (WDM) à 40 et 100 Gb / s, et sera très probablement basée sur la détection cohérente. Le travail de thèse décrit dans ce manuscrit étudie ces systèmes. Nous démontrons d'abord leur tolérance inégalée à des effets physiques linéaires de propagation, grâce au traitement numérique du signal réalisé dans le récepteur. Néanmoins, les systèmes optiques peuvent être limités aussi par des effets non-linéaires de propagation. Cette thèse explore le comportement non-linéaire des signaux détectés avec un récepteur cohérent, spécialement quand ils sont multiplexés en polarisation. Nous avons particulièrement étudié l'évolution de l'impact des non-linéarités quand le débit augmente de 40 à 100 Gb/s, en démontrant que l'augmentation du débit accroît la tolérance à certaines non-linéarités. Cette thèse examine également l'interaction entre la dispersion modale de polarisation (PMD) et les non-linéarités. Contrairement aux systèmes existants, nous avons prouvé que, lorsque la PDM est distribuée, elle s'avère souvent être bénéfique en réduisant les pénalités causées par les non-linéarités. Au contraire, quand la PMD est localisée, elle peut augmenter la dégradation causée par lesdites non-linéarités. Finalement, comme une preuve de l'intérêt porté par les opérateurs aux technologies à 100 Gb/s, ce manuscrit présente les résultats d'un essai de terrain que nous avons mené récemment sur le réseau de Telefónica en Espagne montrant le potentiel des technologies cohérente pour moderniser les réseaux existants.

La croissance continue du trafic Internet implique une augmentation de la consommation d'énergie en raison des nombreuses conversions optique à électronique(OEO) requises par les routeurs et les commutateurs. L'utilisation de réseaux transparents pourraient freiner cette croissance incontrôlée, mais le maintien des données dans le domaine optique a deux conséquences néfastes: une accumulation du bruit et des non-linéarités de l'amplification qui dégrade fortement les performances au niveau de la couche physique. et la contrainte de continuité de longueur d'onde (WCC) reflétant la conservation de la longueur d'onde du signal optique dans les réseaux optiques multiplexés en longueur d'onde (WDM) qui dégradent les performances du réseau, notamment sa probabilité de blocage. Les convertisseurs de longueur d'onde (WC) peuvent pallier la contrainte WCC, mais les seuls dispositifs suffisamment matures disponibles dans le commerce sont les WC basés sur OEO (OEO-WC). Cependant, leur coût augmente avec les débits binaires. D'autre part, des convertisseurs de longueur d'onde tout optique (AO-WC) ont été démontrés dans des laboratoires de recherche, avec toutefois une plage de conversion limitée et une dégradation du signal converti.Dans cette thèse, nous concevons la couche de transmission en utilisant deux ensembles de formats de modulation différents avec des plages de débits différentes; et par conséquent différents modèles d'estimation de performance. Au niveau du réseau, nos analyses montrent que la contribution des WC dépend des demandes de trafic servant à l’ordre dans un scénario de planification du réseau; qu'en utilisant des algorithmes fixed-alternate-routing (FAR) ou least-loaded-routing (LLR) et un algorithme d'affectation de longueur d'onde first-fit (FF), les AO-WCs offrent les mêmes améliorations de performances que les OEO-WC. De plus, nous identifions une plage de conversion et une cascadabilité optimale d’AO-WC qui montre que le LLR nécessite un nombre de conversions par canal inférieur au FAR
The continuous growth of Internet traffic implies an increased power consumption due to the many optical-to-electronic (OEO) conversions required by routers and switches. Transparent networks could curb this uncontrolled growth, but keeping the data in the optical domain has two adverse consequences: physical layer impairments accumulation which strongly degrades the performance due to amplication noise and non-linearities; and the wavelength continuity constraint (WCC) to keep the opticalsignal's wavelength unchanged in wavelength-division-multiplexed (WDM) optical networks which degrades network blocking performance. Wavelength converters (WCs) can alleviate the WCC constraint, but the only commercially available devices are the OEO-based WCs (OEO-WCs), however, their cost increases with bit-rates. On the other hand, all-optical wavelength converters (AO-WCs) have been demonstrated in research laboratories albeit with a limited conversion range and a performance that degrades converted signal's quality.In this thesis, we design the transmission layer using two different modulation formats sets with different bit-rates ranges; and consequently different performance estimation models. At the network level, our analyses show that WCs' contribution depends on traffic demands serving ordering in the online traffic assumption; that using xed-alternate routing (FAR) or least-loaded routing (LLR) algorithms and first-fit (FF) wavelength assignment algorithm, AO-WCs give the same performance enhancement as OEO-WCs. Moreover, we identify an optimum AO-WC conversion range and cascadability which shows that LLR requires lower number of conversions per channel compared to FAR

La croissance continue du trafic Internet implique une augmentation de la consommation d'énergie en raison des nombreuses conversions optique à électronique(OEO) requises par les routeurs et les commutateurs. L'utilisation de réseaux transparents pourraient freiner cette croissance incontrôlée, mais le maintien des données dans le domaine optique a deux conséquences néfastes: une accumulation du bruit et des non-linéarités de l'amplification qui dégrade fortement les performances au niveau de la couche physique. et la contrainte de continuité de longueur d'onde (WCC) reflétant la conservation de la longueur d'onde du signal optique dans les réseaux optiques multiplexés en longueur d'onde (WDM) qui dégradent les performances du réseau, notamment sa probabilité de blocage. Les convertisseurs de longueur d'onde (WC) peuvent pallier la contrainte WCC, mais les seuls dispositifs suffisamment matures disponibles dans le commerce sont les WC basés sur OEO (OEO-WC). Cependant, leur coût augmente avec les débits binaires. D'autre part, des convertisseurs de longueur d'onde tout optique (AO-WC) ont été démontrés dans des laboratoires de recherche, avec toutefois une plage de conversion limitée et une dégradation du signal converti.Dans cette thèse, nous concevons la couche de transmission en utilisant deux ensembles de formats de modulation différents avec des plages de débits différentes; et par conséquent différents modèles d'estimation de performance. Au niveau du réseau, nos analyses montrent que la contribution des WC dépend des demandes de trafic servant à l’ordre dans un scénario de planification du réseau; qu'en utilisant des algorithmes fixed-alternate-routing (FAR) ou least-loaded-routing (LLR) et un algorithme d'affectation de longueur d'onde first-fit (FF), les AO-WCs offrent les mêmes améliorations de performances que les OEO-WC. De plus, nous identifions une plage de conversion et une cascadabilité optimale d’AO-WC qui montre que le LLR nécessite un nombre de conversions par canal inférieur au FAR
The continuous growth of Internet traffic implies an increased power consumption due to the many optical-to-electronic (OEO) conversions required by routers and switches. Transparent networks could curb this uncontrolled growth, but keeping the data in the optical domain has two adverse consequences: physical layer impairments accumulation which strongly degrades the performance due to amplication noise and non-linearities; and the wavelength continuity constraint (WCC) to keep the opticalsignal's wavelength unchanged in wavelength-division-multiplexed (WDM) optical networks which degrades network blocking performance. Wavelength converters (WCs) can alleviate the WCC constraint, but the only commercially available devices are the OEO-based WCs (OEO-WCs), however, their cost increases with bit-rates. On the other hand, all-optical wavelength converters (AO-WCs) have been demonstrated in research laboratories albeit with a limited conversion range and a performance that degrades converted signal's quality.In this thesis, we design the transmission layer using two different modulation formats sets with different bit-rates ranges; and consequently different performance estimation models. At the network level, our analyses show that WCs' contribution depends on traffic demands serving ordering in the online traffic assumption; that using xed-alternate routing (FAR) or least-loaded routing (LLR) algorithms and first-fit (FF) wavelength assignment algorithm, AO-WCs give the same performance enhancement as OEO-WCs. Moreover, we identify an optimum AO-WC conversion range and cascadability which shows that LLR requires lower number of conversions per channel compared to FAR