Les réseaux optiques sont une technologie qui utilise la lumière pour transmettre des données entre appareils. Il offre une bande passante élevée et une faible latence et constitue depuis de nombreuses années la norme de facto pour les communications de données longue distance. La fibre optique est utilisée pour la plupart des communications voix et données longue distance dans le monde.
Les réseaux optiques sont importants car ils permettent la transmission de données à haut débit sur de longues distances. Par exemple, le réseau optique garantit que les utilisateurs de New York peuvent accéder aux serveurs de Nairobi aussi rapidement que le permettent les lois de la physique.
La technologie derrière les réseaux optiques est basée sur le principe de réflexion interne totale. Lorsque la lumière frappe la surface d’un support tel qu’un câble à fibre optique, une partie de la lumière est réfléchie par la surface. L'angle sous lequel la lumière est réfléchie dépend des propriétés du milieu et de l'angle d'incidence (l'angle sous lequel la lumière atteint la surface).
Si l’angle d’incidence est supérieur à l’angle critique, alors toute la lumière est réfléchie ; c'est ce qu'on appelle la réflexion interne totale. La réflexion interne totale peut être utilisée pour fabriquer des fibres optiques, un type de verre ou de plastique qui guide la lumière sur toute sa longueur.
Lorsque la lumière traverse la fibre, elle subit de multiples réflexions internes totales, la faisant rebondir sur la paroi de la fibre. Cet effet de rebond fait que la lumière se propage le long de la fibre selon un motif en zigzag.
En contrôlant soigneusement les propriétés de la fibre, les ingénieurs peuvent contrôler la quantité de lumière réfléchie et la distance qu'elle parcourt avant d'être à nouveau réfléchie. Cela leur a permis de concevoir des fibres optiques capables de transmettre des données sur de longues distances sans perdre aucune information.
Les réseaux optiques se composent de plusieurs composants : fibres optiques, émetteurs-récepteurs, amplificateurs, multiplexeurs et commutateurs optiques.
Fibre Optique
La fibre optique est le support qui transporte le signal optique. Il est composé de divers matériaux, notamment :
①Noyau : Le centre qui transporte la lumière.
②Clad : Un matériau qui entoure le noyau et aide à maintenir le signal optique contenu.
③Revêtement tampon : un matériau qui protège la fibre optique des dommages.
Le noyau et le revêtement sont généralement en verre, tandis que le revêtement tampon est généralement en plastique.
Émetteur-récepteur
Les émetteurs-récepteurs sont des dispositifs qui convertissent les signaux électriques en signaux optiques et vice versa, généralement mis en œuvre dans le dernier kilomètre d'une connexion. C'est l'interface entre un réseau optique et les appareils électroniques qui l'utilisent, comme les ordinateurs et les routeurs.
Amplificateur
Comme son nom l’indique, un amplificateur est un appareil qui amplifie les signaux lumineux afin qu’ils puissent parcourir de longues distances sans perdre en puissance. Des amplificateurs sont placés le long de la fibre à intervalles réguliers pour amplifier le signal.
Multiplexeur
Un multiplexeur est simplement un appareil qui prend plusieurs signaux et les combine en un seul signal. Cela se fait en attribuant à chaque signal une longueur d'onde de lumière différente, permettant au multiplexeur d'envoyer plusieurs signaux simultanément le long d'une seule fibre sans interférence.
Interrupteur d'éclairage
Un commutateur optique est un dispositif qui achemine les signaux optiques d'une fibre à une autre. Les commutateurs optiques sont utilisés pour contrôler le trafic dans les réseaux optiques et sont généralement utilisés dans les réseaux haute capacité.
Histoire des réseaux optiques
L'histoire des réseaux optiques a commencé dans les années 1790 lorsque l'inventeur français Claude Chappe a inventé le télégraphe à signal optique, l'un des premiers exemples de système de communication optique.
Près d'un siècle plus tard, en 1880, Alexander Graham Bell fait breveter le téléphone électro-optique, un système téléphonique optique. Alors que le Photophone était révolutionnaire, l'invention antérieure du téléphone par Bell était plus pratique et prenait une forme tangible. Photophone n’a donc jamais quitté le stade expérimental.
Jusque dans les années 1920, John Logie Baird en Angleterre et Clarence W. Hansell ont seulement breveté l'idée d'utiliser un ensemble de tubes creux ou de tiges transparentes pour transmettre des images destinées aux systèmes de télévision ou de télécopie.
En 1954, le scientifique néerlandais Abraham Van Heel et le scientifique britannique Harold H. Hopkins ont chacun publié des articles scientifiques sur la tractographie. Hopkins s'est concentré sur les fibres non gainées, tandis que Van Heel s'est concentré uniquement sur de simples faisceaux de fibres gainées, une gaine transparente avec un indice de réfraction plus faible autour de la fibre nue.
Cela protège la surface réfléchissante des fibres des déformations externes et réduit considérablement les interférences entre les fibres. Le développement des faisceaux d’imagerie a constitué une étape importante dans le développement des fibres optiques. La protection de la surface de la fibre contre les interférences externes permet une transmission plus précise des signaux optiques à travers la fibre.
En 1960, les fibres gainées de verre présentaient des pertes d'environ 1 décibel (dB) par mètre, ce qui était adapté à l'imagerie médicale, mais trop élevé pour les communications. En 1961, Elias Snitzer de l'Optical Company of America a publié une description théorique d'une fibre optique dotée d'un minuscule noyau capable de transmettre la lumière via un seul mode de guide d'ondes.
En 1964, le Dr Kao proposait une perte lumineuse de 10 ou 20 dB par kilomètre. Cette norme contribue à améliorer la portée et la fiabilité des systèmes de télécommunication. En plus de ses travaux sur les taux de perte, le Dr Gao a démontré la nécessité d'un verre plus pur pour aider à réduire la perte de lumière.
Au cours de l'été 1970, un groupe de chercheurs de Corning Glass Works a commencé à expérimenter un nouveau matériau appelé silice fondue. Cette substance est connue pour sa pureté extrêmement élevée, son point de fusion élevé et son faible indice de réfraction.
L'équipe, composée de Robert Maurer, Donald Keck et Peter Schultz, s'est vite rendu compte que la silice fondue pouvait être utilisée pour fabriquer un nouveau type de fil appelé « fibre de guide d'onde optique ». Ce fil à fibre optique peut transporter 65 000 fois plus d'informations qu'un fil de cuivre traditionnel. De plus, les ondes lumineuses utilisées pour transporter les informations peuvent être décodées à des destinations situées même à des milliers de kilomètres.
Cette invention a révolutionné les communications longue distance et a ouvert la voie à la technologie actuelle de la fibre optique. L'équipe a résolu le problème de perte de décibels défini par le Dr Gao et, en 1973, John MacChesney des Laboratoires Bell a amélioré le processus de dépôt chimique en phase vapeur pour la production de fibres. La production commerciale de câbles à fibres optiques est ainsi devenue possible.
En avril 1977, General Telephone and Electronics Co. a utilisé pour la première fois le réseau à fibre optique pour des communications téléphoniques en temps réel à Long Beach, en Californie. En mai 1977, les Bell Labs ont rapidement emboîté le pas en construisant un système de communication téléphonique optique s'étendant sur 2,4 kilomètres dans le centre-ville de Chicago. Chaque paire de fibres peut transmettre 672 canaux vocaux, équivalent à un circuit DS3.
Au début des années 1980, la deuxième génération de communications par fibre optique a été conçue pour un usage commercial, utilisant un laser à semi-conducteur InGaAsP de 1,3-micron. Ces systèmes fonctionnaient à des débits binaires allant jusqu'à 1,7 Gbit/s en 1987, avec des répéteurs espacés jusqu'à 50 kilomètres.
Les systèmes utilisés dans les réseaux de fibre optique de troisième génération fonctionnent à 1,55 microns et ont une perte d'environ 0,2 dB par kilomètre.
Les systèmes de communication par fibre optique de quatrième génération s'appuient sur l'amplification optique pour réduire le nombre de répéteurs requis et sur le multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) pour augmenter la capacité de données.
En 2006, un débit binaire de 14 térabits (Tb) par seconde a été atteint sur une ligne de 160- kilomètres à l'aide d'amplificateurs optiques. D'ici 2021, les scientifiques japonais seront capables de transmettre 319 Tbit/s sur 3,000 kilomètres à l'aide d'un câble à fibre optique à quatre conducteurs.
Bien que ces systèmes de communication par fibre optique de quatrième génération aient une capacité bien supérieure à celle des générations précédentes, le principe de base est le même : convertir les signaux électriques en impulsions optiques, les envoyer via la fibre optique, puis les reconvertir en signaux électriques au niveau de la réception. fin.
Cependant, les composants de chaque génération sont devenus plus petits, plus fiables et moins chers. En conséquence, les communications par fibre optique sont devenues un élément de plus en plus important de notre infrastructure de télécommunications mondiale.
Principales tendances des réseaux optiques
Concentrez-vous sur la périphérie du réseau
La périphérie du réseau optique est l’endroit où le trafic entre et sort du réseau. Pour répondre aux demandes des applications basées sur le cloud, les réseaux optiques se rapprochent des utilisateurs finaux. Cela permet une latence plus faible et des performances plus cohérentes.
Cryptage de couche
À mesure que les cyberattaques deviennent plus fréquentes, la protection des données en mouvement restera une préoccupation majeure. SASE (Secure Access Service Edge), l'utilisation de fonctionnalités de sécurité natives du cloud au niveau des points de terminaison de service, a récemment gagné du terrain. La protection des points finaux peut rendre inutiles les contrôles de sécurité sur les réseaux connectés.
Même si cela n’élimine pas le besoin de chiffrement, cela protégera les données et les applications sensibles. Sans contrôle de sécurité unique, la protection de couche 1 devient de plus en plus délicate.
Nous pouvons mieux protéger nos ressources en chiffrant le contrôle, la gestion et le trafic des utilisateurs. Cela rend presque impossible aux pirates informatiques de s’introduire dans le système, ce qui réduit considérablement les chances de réussite d’une cyberattaque. À mesure que les entreprises dépendent de plus en plus des données et de la connectivité, des solutions de sécurité robustes ne feront que devenir plus évidentes.
Réseau Optique Ouvert
Un réseau optique ouvert est un réseau optique qui utilise des interfaces standard ouvertes pour permettre l'intégration d'équipements de différents fournisseurs. Cela offre plus de choix et de flexibilité pour les composants de réseau optique. De plus, cela facilite l’ajout de nouvelles fonctionnalités et services dès qu’ils deviennent disponibles.
Croissance des services de spectre
À mesure que le trafic de données continue de croître, le besoin d’une bande passante et d’une capacité plus élevées augmente également. Les services spectraux assurent cet objectif en utilisant le spectre pour augmenter la capacité des réseaux de fibre optique existants. Ces services gagnent en popularité car ils constituent un moyen rentable de répondre à la demande croissante de données.
Plus de déploiements en extérieur
Les déploiements extérieurs dans des armoires de rue deviennent de plus en plus courants à mesure que la demande de bande passante et de capacité plus élevées augmente. La fibre extérieure peut fonctionner directement jusqu'à l'emplacement du client, offrant une connexion plus directe et une latence plus faible.
Compact et Modulateur
À mesure que les réseaux optiques continuent d’évoluer, le besoin de composants plus petits et plus compacts devient de plus en plus évident. En effet, l'espace dans un environnement de centre de données est souvent limité. Les optiques modulaires compactes offrent une approche peu encombrante tout en offrant des performances élevées.
L'avenir des réseaux optiques
Réseau optique intelligent
Les réseaux optiques intelligents sont des réseaux optiques qui utilisent l'intelligence artificielle (IA) pour optimiser les performances. L'intelligence artificielle peut être utilisée pour identifier et corriger automatiquement les problèmes du réseau. Cela permet un réseau plus efficace et plus fiable.
De plus, l’IA peut être utilisée pour prédire les tendances et les demandes futures en matière de trafic. Ces informations peuvent être utilisées pour provisionner la capacité à l’avance, garantissant ainsi que le réseau pourra répondre aux demandes futures.
Architecture de réseau flexible
Les architectures maillées flexibles deviennent de plus en plus populaires car elles permettent d'augmenter la capacité des fibres existantes. La grille flexible permet le multiplexage de différentes longueurs d'onde de lumière sur une seule fibre. Cela permet de transporter davantage de données sur chaque fibre, augmentant ainsi la capacité du réseau.
Multiplexage par répartition en longueur d'onde à la demande
Le multiplexage par répartition en longueur d'onde est une technique qui permet de transmettre plusieurs longueurs d'onde de lumière sur une seule fibre. Le WDM à la demande est un type de WDM qui permet une capacité à la demande. Cela signifie que la capacité peut être ajoutée selon les besoins sans installer de nouvelle fibre.
Les réseaux optiques dans un monde de plus en plus numérique
Les réseaux optiques ont parcouru un long chemin au cours de leur histoire relativement courte. Après des débuts modestes, il constitue désormais un élément essentiel de nombreuses grandes infrastructures de réseau. Il s’agit d’un pilier clé d’Internet, qui révolutionne notre façon de communiquer et ouvre la voie à une ère de progrès technologiques sans précédent.
À mesure que des tendances telles que la 5G arrivent à maturité, il semble que les réseaux optiques soient prêts à continuer à jouer un rôle important dans notre monde de plus en plus numérisé.
