Thèse de doctorat--Électronique et communications--Paris--ENST, 2007. / Bibliogr. p. 171-204. Glossaire. Résumés en anglais et en français.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1998. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

L'explosion du trafic IP et les demandes en bande passante de plus en plus croissantes au cours des dernières années ont dirigé la recherche vers l'élaboration de nouvelles architectures et protocoles réseaux. La satisfaction des besoins en bande passante et en qualité de service passera par l'adoption des réseaux « tout-optique » (IP sur WDM) et des techniques de commutation efficaces. Trois techniques de commutation ont largement été étudiées. La commutation de circuit aussi connue sous le nom de routage de longueur d'onde n'utilise la largeur de bande de façon efficace que si la durée de la transmission est beaucoup plus longue que la période d'établissement des circuits. La commutation de paquet optique est plus flexible et offre une meilleure utilisation de la bande passante. Toutefois, les technologies de mise en mémoire (utilisation des tampons) et de traitement des paquets dans le domaine optique ne sont pas assez mûres pour la commercialisation. Dans ce contexte, la commutation de rafale optique (OBS) est devenue un nouveau paradigme de commutation. Elle est censée fournir un transport de données à haut débit, de manière flexible, efficace et réalisable. OBS est une technique hybride de la commutation de circuit optique et de la commutation de paquet optique, qui combine leurs avantages tout en surmontant certaines de leurs limites. La commutation de rafale optique exige moins de complexité technologique que celle de la commutation de paquet optique. Toutefois, contrairement aux réseaux optiques à commutation de circuit, les réseaux OBS souffrent des pertes des données. Ces pertes sont non seulement dues aux contentions et à l'insuffisance de l' « offset-time » mais également à l'échec de transmission des informations de routage. Dans ce mémoire, nous étudions les pertes dues à la non transmission des informations de contrôle. Les résultats obtenus montrent que les techniques proposées offrent de meilleures performances. Le bon choix du nombre de canaux de contrôle/canaux de données permet de réduire le taux de perte dû à la congestion dans les canaux de contrôle. Après le bon choix effectué, la technique de construction des rafales basée sur la disponibilité des canaux de contrôle permet de réduire les pertes dues aux contentions à l'entrée des canaux de contrôle. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Contention, Commutation de rafale optique (OBS), Canal de contrôle, Canal de données, Paquet de contrôle, Rafale.

Dans ce mémoire, nous démontrons expérimentalement une alternative aux traitements complexes associés à l'échange des étiquettes dans les réseaux GMPLS. En se basant sur un multiplexage temporel d'étiquettes muIti-longueurs d'onde de poids-2, nous étudions une structure de réseaux permettant un routage optique des paquets. Nous adoptons donc une solution optique simple, à bas prix et pratique tout en assurant un débit binaire élevé et une bonne fiabilité. Nous exploitons une technique de reconnaIssance des étiquettes multi-Iongueurs d'onde M-À de poids-2 en utilisant l'allocation de mélange à quatre ondes (FWM) et un filtrage optique sélectif. Au niveau des noeuds de transmission, les étiquettes sont séparées en utilisant un réseau de Bragg (FBG) avec une réflexion élevée. Quant aux produits de FWM, ils sont générés en utilisant un amplificateur optique à semi-conducteur (SOA) fortement non-linéaire. Ainsi, avec ce montage, on a pu montrer la fiabilité de la structure proposée en réalisant une transmission réussie et sans erreur de paquets contenant deux étiquettes M-À de poids-2 à travers un réseau à deux noeuds. En effet, la pénalité .en puissance est moins de 1.5 dB pour assurer la transmission sans erreur du payload (BER < 101°) à travers tout le réseau.

Dans cette thèse, la performance du système CDMA à chevauchement optique (OVCDMA) au niveau de la couche de contrôle d'accès au support (MAC) et l'allocation des ressources au niveau de la couche physique (PRY) sont étudiées. Notre but est d'apporter des améliorations pour des applications à débits multiples en répondant aux exigences de délai minimum tout en garantissant la qualité de service (QoS). Nous proposons de combiner les couches PRY et MAC par une nouvelle approche d'optimisation de performance qui consolide l'efficacité potentielle des réseaux optiques. Pour atteindre notre objectif, nous réalisons plusieurs étapes d'analyse. Tout d 'abord, nous suggérons le protocole S-ALOHA/OV-CDMA optique pour sa simplicité de contrôler les transmissions optiques au niveau de la couche liaison. Le débit du réseau, la latence de transmission et la stabilité du protocole sont ensuite évalués. L'évaluation prend en considération les caractéristiques physiques du système OY-CDMA, représentées par la probabilité de paquets bien reçus. Le système classique à traitement variable du gain (YPG) du CDMA, ciblé pour les applications à débits multiples, et le protocole MAC ±round-robin¿ récepteur/émetteur (R31), initialement proposé pour les réseaux par paquets en CDMA optique sont également pris en compte. L'objectif est d ' évaluer comparativement la performance du S-ALOHA/OY-CDMA en termes de l'immunité contre l'interférence d'accès lTIultiple (MAI) et les variations des charges du trafic. Les résultats montrent que les performances peuvent varier en ce qui concerne le choix du taux de transmission et la puissance de transmission optique au niveau de la couche PRY. Ainsi, nous proposons un schéma de répartition optimale des ressources pour allouer des taux de transmission à chevauchement optique et de puissance optique de transmission dans le système OY-CDMA comme des ressources devant être optimalement et équitablement réparties entre les utilisateurs qui sont regroupés dans des classes de différentes qualités de service. La condition d'optimalité est basée sur la maximisation de la capacité par utilisateur de la couche PHY. De ce fait, un choix optimal des ressources physiques est maintenant possible, mais il n'est pas équitable entre les classes. Par conséquent, pour améliorer la performance de la couche liaison tout en éliminant le problème d'absence d'équité, nous proposons comme une approche unifiée un schéma équitable et optimal pour l'allocation des ressources fondé sur la qualité de service pour des multiplexages temporels des réseaux par paquets en CDMA à chevauchement optique. Enfin, nous combinons cette dernière approche avec le protocole MAC dans un problème d'optimisation d'allocation équitable des ressources à contrainte de délai afin de mieux améliorer le débit du réseau et le délai au niveau de la couche liaison avec allocation équitable et optimale des ressources au niveau de la couche PHY.

Les réseaux informatiques avec une grande capacité nécessitent des liaisons de transmission de données rapides et fiables pour prendre en charge les applications web en pleine croissance. Comme le nombre de serveurs interconnectés et la capacité de stockage des médias ne cessent daugmenter, les communications optiques et les technologies de routage sont devenues intéressantes grâce au taux binaire élevé et à lencombrement minimum offert par la fibre optique. Les réseaux optiques à commutation de paquets (OPSNs) offrent une flexibilité accrue dans la gestion de réseau. OPSNs exploitent les convertisseurs de longueur donde accordables (WC) pour minimiser la probabilité de blocage et fournir une allocation dynamique des longueurs donde. Les émetteurs optiques basés sur des sources multi-longueurs donde se présentent comme une solution intéressante en termes de coût, dencombrement et defficacité énergétique par rapport aux autres types de lasers. Les convertisseurs de longueurs donde doivent permettre des taux binaires élevés et une transparence à une grande variété de formats de modulation, tout en offrant une réponse rapide, des niveaux de puissance modérés et un rapport de signal à bruit optique (OSNR) acceptable à la sortie. Plusieurs technologies de conversion de longueur donde ont été proposées dans la littérature. Lutilisation du mélange à quatre ondes (FWM) dans les amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA) permet lutilisation de faibles niveaux de puissance dentrée et offre une bonne efficacité de conversion ainsi que la possibilité dintégration photonique. Les SOAs offrent donc un excellent compromis par rapport aux autres solutions. Pour couvrir une plus large bande de conversion, nous utilisons le schéma exploitant le FWM avec doubles pompes dans les SOAs. Pour la stabilité de phase, les pompes viennent d’un laser en mode bloqué (QDMLL) qui sert comme source multi-longueurs donde. Deux modes du QDMLL sont sélectionnés par un filtrage accordable et servent comme doubles pompes. Un filtre accordable placé à la sortie du SOA sert à sélectionner le produit du FWM pour le signal final. Nous étudions le convertisseur de longueur donde proposé et comparons sa performance pour différents formats de modulation (modulation dintensité et de phase) et à différents débits binaires (10 et 40 Gbit/s). Le taux derreur binaire, lefficacité de conversion et la mesure de lOSNR sont présentés. Nous démontrons aussi la possibilité de simultanément convertir en longueurs donde les données et l’étiquette. Les données à haut débit et l’étiquette à faible débit se retrouvent dans une seule bande de longueurs d’onde, et ils sont convertis ensemble avec une bonne efficacité. Notre démonstration se concentre sur les performances de conversion, donc les données et létiquette sont des signaux continus plutôt que de paquets optiques. Des mesures de taux derreur binaire ont été effectuées à la fois pour les données et pour létiquette. Nous proposons aussi lutilisation de QDMLL comme source de transmetteurs WDM pour deux applications différentes: unicast et multicast. Nous démontrons aussi sa compatibilité avec le format de transmission DQPSK à haut débit binaire. Nous évaluons la performance du DQPSK en terme de taux derreur binaire et comparons sa performance à celle dune source laser à cavité externe. / Large scale computer networks require fast and reliable data links in order to support growing web applications. As the number of interconnected servers and storage media increases, optical communications and routing technologies become interesting because of the high speed and small footprint of optical fiber links. Furthermore, optical packet switched networks (OPSN) provide increased flexibility in network management. Future networks are envisaged to be wavelength dependent routing, therefore OPSN will exploit tunable wavelength converters (WC) to enable contention resolution, reduce wavelength blocking in wavelength routing and switching, and provide dynamic wavelength assignment. Optical transmitters based on multi-wavelength sources are presented as an attrative solution compared to a set of single distributed feedback lasers in terms of cost, footprint and power consumption. Wavelength converters should support high bit rates and a variety of signal formats, have fast setup time, moderate input power levels and high optical signal-to-noise ratio at the output. Several wavelength conversion technologies have been demonstrated. The use of four wave mixing (FWM) in semiconductor optical amplifiers (SOAs) provides low input power levels, acceptable conversion efficiency and the possibility of photonic integration. SOAs therefore offer excellent trade-offs compared to other solutions. To achieve wide wavelength coverage and integrability, we use a dual pump scheme exploiting four-wave mixing in semiconductor optical amplifiers. For phase stability, we use a quantum-dash mode-locked laser (QD-MLL) as a multi-wavelength source for the dual pumps, with tunability provided by the frequency selective filter. We investigate the proposed wavelength converter and compare its performance of wavelength conversion for different non-return-to-zero (NRZ) intensity and phase modulation formats at different bit rates (10 and 40 Gbit/s). Bit error rate, conversion efficiency and optical signal-to-noise ratio measurements are reported. We demonstrate the possibility of tightly packed payload and label wavelength conversion at very high data baud rate over wide tuning range with good conversion efficiency. Our demonstration concentrates on conversion performance, hence continuous payload and label signals were used without gating into packets. Bit error measurements for both payload and label were performed. We propose the use of QD-MLL as multi-wavelength source for WDM unicast and multicast applications and we investigated its compatibility with DQPSK transmission at high bit rate. We quantify DQPSK performance via bit error rate measurements and compare performance to that of an external cavity laser (ECL) source.

Th. doct.--Informatique--Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, 1997. / Bibliogr. p. 138-144. Résumé en français et en anglais. 1997 d'après la déclaration de dépôt légal.

La fibre optique demeure le support de transmission le plus utilisé, portant le trafic à une énergie par bit relativement faible. Cependant, à cause de l’absence de mémoire toutoptique pratique, la commutation de paquets est toujours exécutée électriquement. Les conversions Optiques Électriques Optiques (O-E-O) nécessaires font de la commutation l’un des domaines les plus consommateurs d’énergie. Ce problème est de plus en plus important spécialement avec la croissance exponentielle du trafic dans les réseaux optiques. Un défi majeur à prendre en considération dans la conception de futurs réseaux optiques est la restriction de leur consommation énergétique. De ce fait, dans le cadre de cette thèse, nous étudions un commutateur hybride opto-électronique qui consiste en une matrice de commutation optique complétée par une mémoire électronique partagée. L’analyse de performance prenant en compte différentes classes de service, distributions de paquets et méthodes de connectivité du commutateur (canaux WDMet/ou SDM), montre que, grâce aux stratégies de commutation établies, le commutateur hybride répond aux besoins de toutes les classes de service en termes de taux de perte de paquets, la charge durable du système et la latence. De plus, il réduit significativement les conversions O-E-O par rapport aux commutateurs électriques commercialisés, puisqu’ils n’auront lieu que pour les paquets mis en mémoire d’attente. Nous défendons que le commutateur de paquets hybride opto-électronique satisfait les exigences en qualité de service et pourrait être une solution prometteuse pour réduire la consommation d’énergie des réseaux optiques. / Most transmission systems are based on optical fibers, carrying the traffic at a relatively low energy per bit. However, due to the lack of mature optical buffers, packet switching is still performed electrically. The required Optical-Electrical-Optical (O-E-O) conversions make the switching one of the areas with the fastest-growing energy consumption. A major challenge that must be met in designing future optical networks is curbing their energy consumption. Therefore, within this thesis, we investigate a hybrid optoelectronic switch which consists of an optical switching matrix supplemented with a shared electronic buffer. Performance analysis taking into account different classes of service, packet classifications and switch connectivity methods (WDM and/or SDM channels), shows that, thanks to the established switching strategies, the hybrid switch satisfies the requirements of all the different classes of service in terms of Packet Loss Rate, sustainable system load and latency. Moreover, it significantly reduces the O-E-O conversions compared to commercial off-the-shelf electrical switches, since they occur only for buffered packets. We defend that the hybrid opto-electronic packet switch meets the requirements on quality of service and could be a promising solution to reduce the energy consumption of optical networks.

La consommation d'énergie des centres de données est un enjeu majeur. Leurs communications internes représentent près du quart de cette consommation. Les technologies de commutation optique ont en principe une meilleure efficacité énergétique que les solutions actuelles. Ce travail porte sur les réseaux optiques en mode paquet pour des centres de données de petite et moyenne taille. Il s'est déroulé dans le cadre du projet EPOC (Energy Proportional and Opportunistic Computing) qui s'intéresse à la réduction de la consommation d'énergie d'un centre de données alimenté partiellement par des sources renouvelables. Une hypothèse clé est l'absence d'un réseau de stockage dédié réduisant ainsi la consommation des interconnexions. Par contre, afin de pouvoir éteindre certains serveurs selon la charge de travail et l'énergie disponible, le débit doit être de l'ordre de 100 Gbit/s. Après un état de l'art des réseaux optiques pour centre de données nous choisissons une solution reposant sur une infrastructure entièrement passive et des émetteurs rapidement accordables en longueur d'onde, proposée récemment dans la littérature (POPI).Nous étudions les limitations dues aux composants (pertes d'insertion, plage d'accord et espacement des canaux). Nous proposons une extension (E-POPI) qui permet d'augmenter le nombre de serveurs connectés en utilisant plusieurs plages de longueurs d'onde. Pour les centres de données de plus grande taille nous proposons un réseau à deux étages (intra- et inter-racks) opérant respectivement dans les bandes C et L, POPI+. La connexion entre étages se fait via une passerelle transparente dans un sens et opaque dans l'autre. Différentes solutions de contrôle des deux étages sont détaillées.Un des éléments essentiels de faisabilité de ces architectures est de concilier la montée en débit avec les pertes du réseau passif d'interconnexion. Les techniques cohérentes des transmissions longue distance ne sont pas actuellement envisageables pour un centre de données. Nous avons donc étudié les formats PAM 4 et 8, par simulation avec différents débits (jusqu'à 112 Gbit/s et récepteurs (PIN, APD et SOA-PIN) et aussi, expérimentalement, à 12 et 18 Gbit/s. Nous avons développé une méthode de compensation des distorsions générées par les différents composants qui procure un compromis entre précision de correction et temps de calcul.Ces résultats nous permettent de déterminer les pertes d'insertion tolérables. Nous les combinons avec les limitations liées à la plage d'accord des émetteurs et à l'encombrement spectral des canaux occupant des fenêtres multiples de 12,5 GHz pour dimensionner les différentes architectures. Les réseaux POPI, E-POPI et POPI+ permettent respectivement la connexion de 48, 99 et 2352 entités à 112 Gbit/s. Nos évaluations tiennent compte d'une possible dispersion des caractéristiques des principaux composants. / Data-center energy consumption is nowadays a major issue. Intra-data-center networking accounts almost for a quarter of the data-center total power consumption. Optical switching technologies could provide higher power efficiency than current solutions based on electrical-packet switching. This work focuses on optical-packet-switched networks for small- and medium-size data centers. It takes part of the EPOC (Energy-Proportional and Opportunistic Computing) project, which main interest consists on reducing the overall power consumption of a data center partially powered by renewable sources. A key assumption is that our data center does not rely on a dedicated storage network, in order to reduce the consumption of those interconnections. In addition, with the aim of being able to turn off some servers according to the workload and the available energy, the bit rate must be close to 100 Gbit/s. We have chosen, after studying the state of the art of data-center interconnects, a purely passive network architecture based on fast-wavelength-tunable transmitters under the name of POPI.We study POPI's limitations due to its components (insertion loss, tuning range and channel spacing). We then propose an extension called E-POPI that allows to increase the number of connected servers by using several transmission bands. For larger data centers, we propose POPI+, a two-stage infrastructure for intra- and inter-rack communications operating in the C and L bands, respectively. The connection between both stages is done via a transparent gateway in one direction and an opaque one in the other. We discuss different control solutions for both stages.The feasibility of these architectures depends on, among other factors, dealing with bit-rate increasing and power losses of a passive interconnect. Coherent long-distance-transmission techniques are not currently suited to data centers. We therefore studied PAM 4 and 8 modulation formats with direct detection. On one hand, by simulation, with different bit rates (up to 112 Gbit/s) and receivers (PIN, APD and SOA-PIN) and, on the other hand, experimentally, at 12 and 18 Gbit/s. We have developed a method for compensating the distortions generated by the different network components. Our method takes into account a good tradeoff between correction accuracy and computation time.Simulation results allow us to determine the amount of insertion loss that may be supported. We then combine these results with the limitations of transmitters-tuning range and channel spacing using multiple of 12.5 GHz slots for dimensioning the proposed architectures. POPI, E-POPI and POPI+ interconnects allow the connection of 48, 99 and 2352 entities, respectively, at 112 Gbit/s. Our assessments take into account a potential dispersion of the characteristics of the main architecture components.

In this thesis we provide a model for a bufferless optical burst switching (OBS) and an optical packet switching (OPS) network. The thesis is divided in three parts. <p><p>In the first part we introduce the basic functionality and structure of OBS and OPS networks. We identify the blocking probability as the main performance parameter of interest. <p><p>In the second part we study the statistical properties of the traffic that will likely run through these networks. We use for this purpose a set of traffic traces obtained from the Universidad Politécnica de Catalunya. Our conclusion is that traffic entering the optical domain in future OBS/OPS networks will be long-range dependent (LRD). <p><p>In the third part we present the model for bufferless OBS/OPS networks. This model takes into account the results from the second part of the thesis concerning the LRD nature of traffic. It also takes into account specific issues concerning the functionality of a typical bufferless packet-switching network. The resulting model presents scalability problems, so we propose an approximative method to compute the blocking probability from it. We empirically evaluate the accuracy of this method, as well as its scalability. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished