Study of the mechanisms associated with the preventive network restoration in fiber optic core networks - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Study of the mechanisms associated with the preventive network restoration in fiber optic core networks

Etudes des mécanismes réseaux associés à la restauration préventive dans le réseau coeur à fibres optiques

Résumé

Fiber optics has become the core of todays telecommunications and data networking infrastructures. Thanks to its advantageous properties like low attenuation, huge bandwidth and immunity against electromagnetic interference fiber cables are replacing existing copper cables. They have been widely deployed to realize high-speed links that may carry either a single wavelength channel or multiple wavelength channels by means of wavelength division multiplexing (WDM). The rapid evolution of technology, coupled with the insatiable demand for bandwidth resulted with the existence of two generations of fiber optic networks. Existing recovery mechanisms make optical networks fault-tolerant. Fault tolerance refers to the ability of the network to reconfigure and reestablish communication upon a failure. Usual recovery mechanisms that deal with network failures can be divided into protection and restoration. The protection mechanism activates in advance backup resource that will be used in case of failure, while the restoration mechanism takes over backup resource upon a failure; that is why protection mechanisms can recover quickly but are more demanding in terms of resource. Restoration mechanisms are less demanding when it comes to resource and therefore may be less costly than protection mechanisms in term of initial investments, but they generate longer service disruption. The goal of the work conducted during this thesis was to find a solution for technical implementation of the proactive fault detection and fast recovery in the core optical network. This dissertation outlines the different solutions and their evaluation from the point of view of the network telecommunications operator. First chapter of this thesis is devoted to reviewing the existing recovery methods in the optical networks. In order to understand this thesis it is necessary to establish the vocabulary and basic elements of telecommunications and in particular fiber-optic communications. Chapter II addresses the existing methods of prediction. This part covers the area of machine learning. Once the reader has been introduced to the typical methods for prediction, an enhanced system design is proposed. Chapter III consolidates all the previous review work to an estimation of the most promising technique for proactive fault detection. An experimental test bed using fiber as a sensor was set up and used to quantify exactly the performance of the selected solution. This requires building an advanced representation of data that was used as input data for machine learning software. The relative importance of some effects is discussed. Once a deeper understanding of the potential of this technique has been achieved with an experimental test bed, theoretical investigations through the development of analytical models are conducted to validate and generalize them. Chapter IV describes the advantages and drawbacks of this kind of detection. Simulations were made that prove the knowledge obtained using the test-bed. Later on, a case study concerning the phase of recovery in the transport network is presented.
L'augmentation continuelle du trafic dans le coeur de réseau à fibres optiques amène les opérateurs à utiliser des techniques capables de supporter cette croissance : augmentation de la capacité de transport, soit par l'augmentation du débit par canal, soit par l'augmentation du nombre de canaux ou les deux. Ces nouveaux systèmes de transmission sont très couteux et dans des réseaux de taille européenne voire même plus grands, la question se pose également sur la performance de ces systèmes pour éviter de multiplier des interfaces coûteuses entre l'optique et l'électronique. C'est dans ce contexte que se sont développées des technologies optiques transparentes de brassage de longueur d'onde. On ne parle plus alors du coeur du réseau comme d'une juxtaposition de gros tuyaux mais bien d'un réseau optique transparent et maillé. Outre les gains économiques attendus, cette nouvelle fonction de brassage au niveau optique rend ce réseau flexible, et capable de délivrer de la bande passante à la demande en échange d'une complexité croissante du point de vue de la gestion et de la commande de ces réseaux. L'augmentation des débits a par ailleurs une conséquence importante : désormais la moindre coupure sur une longueur d'onde a une conséquence majeure compte tenu de la quantité de données transportées. Rendre les réseaux robustes vis à vis des interruptions est donc devenu encore plus important et cependant de plus en plus complexe. Cependant les contraintes appliquées à la couche optique sont restées très conservatrices : "l'optique" doit fournir un service de qualité maximum aux couches supérieures, c'est-à-dire garantir une transmission parfaite et sans perte des données. Pratiquement cela se traduit par l'obligation pour tous les canaux d'une liaison WDM (Wavelength Division Multiplexing) donnée de fonctionner sans erreur (le plancher est fixé à 10-12 erreurs par seconde pour les systèmes optiques terrestres) et sans coupure pour la durée de son exploitation (qui, en général, est de 8 à 10 ans sur les systèmes terrestre). Garantir le fonctionnement d'un canal dans un contexte de réseaux optiques maillés est encore plus complexe que dans le contexte d'une liaison "point à point". Les règles universellement adoptée pour la mise en service des systèmes de transmission "point à point" consistent à "sur-dimensionner" les systèmes, c'est-à-dire à installer des systèmes dont la plupart des canaux sont capables de supporter plus de dégradations que ce que prévoit le fonctionnement moyen, cela pour permettre à tous les canaux de la liaison WDM de fonctionner en permanence de façon satisfaisante. Cela signifie que le fonctionnement est prévu pour supporter le "pire" des cas en terme de dégradation, même si ce cas est très peu probable. Appliquer une règle similaire pour la conception des réseaux optiques maillés reviendrait à dimensionner les systèmes de transmission pour qu'ils supportent le "pire" des chemins, sans savoir si ce chemin sera effectivement mis en service. Cette solution tendancielle a bien sûr l'avantage de garantir la qualité de transmission. Cependant elle a l'inconvénient de coûter cher puisque l'opérateur paye pour des performances dont il n'a pas besoin.
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  • HAL Id : tel-00776946 , version 1

Citer

Jelena Pesic. Study of the mechanisms associated with the preventive network restoration in fiber optic core networks. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom Bretagne, Université de Bretagne-Sud, 2012. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00776946⟩
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