A interligação de várias redes de telecomunicação ampliou a cobertura, mas tornou a operabilidade entre elas complexa, principalmente por causa da arquitetura resultante, formada por várias camadas. Estas camadas lidam com protocolos e taxas de transmissão diferentes e com sinais elétricos e ópticos. Diante desse cenário, a alternativa usual de expandir os recursos proporcionalmente ao crescimento da demanda é inviável devido ao elevado custo. Assim, soluções eficientes que agregam os benefícios das tecnologias ópticas e eletrônicas na arquitetura de nós e no gerenciamento de tráfego tornaram-se uma necessidade importante no projeto, expansão e gerenciamento de redes de telecomunicação. Os nós que permitem a comutação de tráfego na camada óptica e eletrônica e a agregação de tráfego em várias granularidades têm sido empregados para fazer o melhor uso possível dos recursos disponíveis nas redes. Esses nós são conhecidos na literatura como MG-OXCs. Nessa pesquisa, foi proposta uma abordagem dos nós MG-OXCs de uma e três camadas com a inclusão de recursos como conversão de comprimento de onda e agregação de tráfego. Também foi proposto um método de cálculo do custo desses nós baseado no volume de utilização das portas. Posteriormente foram inseridos fatores de degradação do sinal óptico para a análise da camada física de redes com os nós MGOXCs. Adicionalmente, para o gerenciamento de tráfego, foi proposto um esquema de escolha de comprimentos de onda chamado de canal específico e um esquema de monitoramento baseado na intensidade de tráfego. A meta principal é a redução da probabilidade de bloqueio de solicitação de conexão. Em redes ópticas, os modelos de nós propostos conseguem diminuir o número de portas dos nós comutadores tradicionais além de realizar a comutação de tráfego de conexões de diferentes valores de largura de banda. O esquema do canal específico consegue melhorar a utilização da largura de banda dos comprimentos de onda e diminui a probabilidade de bloqueio e o esquema do monitoramento diminui o número de conexões bloqueadas devido ao aumento dos recursos. Resultados numéricos apresentados demonstram a potencialidade dos algoritmos propostos para gerenciar recursos e rotear o tráfego das redes de telecomunicação. / Integrating telecommunication networks has enlarged the coverage, but has made operations more complex, mainly because of the architecture, formed by various layers. These layers deal with different protocols and transmission rates, as well as electrical and optical signals. The usual alternative of expanding the resources proportionally to the demand is impractical due to the high cost. Therefore, efficient solutions which add to the benefits of optical and electronic technology in node architecture and traffic management are essential in the design, expansion and management of telecommunications networks. The nodes that enable traffic switching in the optical and electronic layer and traffic grooming have been used to make the best use of the available resources in the networks. These nodes are known as MG-OXCs. In this research, an approach based on MG-OXCs was proposed with one and three layers, which include the wavelength conversion and traffic grooming. Additionally, a method to calculate the node costs based on their use of ports was proposed. The work also considered optical signal impairments in order to analyze the network physical layer with MG-OXCs nodes. For the purpose of traffic management, a scheme which sets specific wavelengths for different bandwidths and a scheme which monitors the flow of traffic were proposed. The main aim is to reduce the blocking probability of connection requests. In optical networks, the node models proposed are able to reduce the number of ports used in usual optical cross connects and switch the traffic connections using different bandwidths. The scheme of setting specific wavelengths for different bandwidths improves the bandwidth use and the blocking probability. The scheme which monitors the flow of traffic achieves blocking probability reduction due to the increase in resources. The numerical results presented show the feasibility of the proposed algorithms to manage resources and switch traffic in telecommunication networks.

As redes ópticas têm evoluído de forma contínua dentro de um paradigma de aumento das taxas de transmissão e extensão dos enlaces, devido à demanda crescente de banda em função do crescimento do tráfego da Internet. Além disso, atualmente, diversas propostas vêm sendo implementadas visando torná-las mais dinâmicas e flexíveis. Uma destas propostas que atualmente está no âmbito de pesquisa e desenvolvimento refere-se às redes ópticas definidas por software (Software Defined Optical Network, SDON). Nas SDONs, o plano de controle é desacoplado do plano de encaminhamento de dados possibilitando que controladores remotos configurem em tempo real diversos parâmetros dos canais ópticos, tais como a taxa de transmissão, o formato de modulação, a largura do espectro, entre outros. Nestas redes, o sistema de controle torna-se bastante complexo, uma vez que diversos parâmetros têm que ser ajustados de forma dinâmica e autônoma, ou seja, com a mínima intervenção humana. O emprego de técnicas de inteligência computacional em tal controle possibilita a configuração autônoma dos parâmetros dos equipamentos com base em dados coletados por monitores de rede e o aprendizado, a partir de eventos passados, visando a otimização do desempenho da rede. Esta arquitetura de controle constitui um novo paradigma na evolução das redes ópticas, as denominadas Redes Ópticas Cognitivas. A escolha de uma técnica de inteligência computacional adequada para tomada de decisão em redes ópticas é importante para se obter vantagens no uso da cognição. Esta técnica deve possibilitar o aprendizado e ainda minimizar a complexidade computacional, uma vez que a configuração dos parâmetros da rede deve ocorrer em tempo real. Neste contexto, esta tese investiga o uso do algoritmo de agrupamento Fuzzy C-Means (FCM) para aprendizado e tomada de decisão em redes ópticas flexíveis de próxima geração. FCM possibilita a geração automática de regras com base na experiência adquirida no meio de operação (aprendizado) e a tomada de decisão a partir destas regras. Uma comparação de desempenho entre os algoritmos FCM e CBR (Case-Based Reasoning) é apresentada. O algoritmo CBR foi escolhido para esta comparação devido a ter sido utilizado recentemente, com sucesso, em redes ópticas cognitivas. Por fim, um conceito de rede óptica cognitiva é apresentado. / Optical networks have evolved continuously increasing the transmission rate and the extension of links due to the increased bandwidth consuming. Moreover, currently, several proposals are under development to make the next generation optical network more dynamic and flexible. The term \"flexible\" refers to the ability of dynamically adjust the parameters of the optical network such as modulation format, transmission rate, optical bandwidth and others, according with the quality of transmission of each lightpath. In this scenario, a Software Defined Optical Network (SDON) emerges as a new optical network paradigm, where the control plane is decoupled from the data plane, enabling remote controllers to configure network equipment from different hardware vendors, which allows a degree of software programmability to the network. In SDON, the control plane needs to include functionalities to operate autonomously, i.e, with minimal human intervention. The use of the computational intelligence techniques in such control plane enables the autonomous operation and learning based on past events, in order to optimize the network performance. This architecture represents a new paradigm in the evolution of optical networks, resulting in so-called Cognitive Optical Networks. The choice of a computational intelligence technique for learning and decisionmaking in such optical networks is essential to bring advantages with the use of cognition. This technique should minimize the computational complexity, since the configuration of the network parameters must occur in real time.In this context, this thesis investigates the use of Fuzzy C-Means clustering algorithm (FCM) for learning and decision-making in the software defined optical networks context. FCM enables the automatic generation of rules, based on the experience gained during the network operation. Then, these rules are used by the control plane to take decisions about the lightpaths\' configuration. A comparison of performance between the FCM and the CBR (Case-Based Reasoning) algorithm. CBR algorithm was chosen because it has been successfully used in cognitive optical networks. Finally, we propose a concept for optical cognitive network.

Nas topologias de redes WDM-PON (Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network) baseadas em transmissores colorless, isto é, transmissores que possam operar em uma grande gama de comprimentos de onda, que empreguem técnica de auto-alimentação e reuso de comprimento de onda, tem despertado grande interesse devido a sua comprovada eficiência, granularidade e custo reduzido em relação às alternativas. Entretanto, o alcance destas redes é limitado pelo emprego de remodulação, devido a dependência existente com a qualidade dos sinais a serem remodulados. Neste cenário, mantendo-se uma melhor relação custo-benefício, taxas de operação típicas são da ordem de 1,25, e 2,5 Gb/s (20 quilômetros). Neste trabalho é investigada uma nova topologia que combina as técnicas de auto-alimentação e reuso de comprimento de onda, bem como, utiliza um circuito de dupla cavidade óptica, possibilitando um reforço no apagamento óptico e manutenção do estado da polarização no percurso de recirculação da cavidade externa, objetivando uma melhora na qualidade dos sinais a serem remodulados, possibilitando altas taxas de transmissão e um maior alcance da rede. Nesta topologia, amplificadores ópticos semicondutores refletivos são utilizados como transmissores colorless, por meio da emissão espontânea amplificada, garantido assim uma redução no custo da rede óptica de acesso. Como metodologia adotada, inicialmente foram realizadas caracterizações ópticas no ambiente de simulação, validação da palheta configurada no simulador com resultados experimentais e avaliações da topologia em taxas simétricas de 1,25 Gb/s. Ademais, são conduzidas análises comparativas entre a topologia proposta frente a topologias disponíveis na literatura no estado da arte. Com os resultados obtidos, acredita-se que essa proposta atende aos requisitos de capacidade agregada e custo reduzido, podendo alcançar taxas de transmissão de até 10 Gb/s utilizando transmissores de baixa complexidade, características essenciais para impulsionar a implementação de redes de acesso óptico. / WDM-PON topologies based on colorless transmitters employing self-seeding and wavelength-reuse techniques have attracted a great deal of interest because of its well known efficiency, granularity and reduced cost, when compared to other alternatives in the literature. Nevertheless, the network reach is limited by the use of remodulation scheme. Maintaining an adequate cost-benefit relation requires typical operating rates of the order of 1.25 Gb/s to 2.5 Gb/s over 20 km of SSMF. In the above framework, we investigate a new topology which combines self-seeding and wavelength-reuse techniques, but also employs a scheme to reinforce the data erasure in the optical carrier, simultaneously providing state of polarization (SOP) maintenance in the external cavity recirculation path. The proposed configuration improves the quality of the signals to be remodulated, thus allowing high rate and broader reach. Specifically, in our work, reflective semiconductor optical amplifiers are employed as colorless transmitters, by using their own amplified spontaneous emission as a seed to provide the optical carrier. Optical analysis were performed in a simulation environment, including self-seeding layout validation by comparison to experimental results at the symmetric transmission rate of 1.25 Gb/s. Next, comparative analysis are conducted between the topology proposed in this work and topologies in the state of the art, found in the literature. According to the results, we believed that the proposal meets the requirements of aggregate capacity and reduced cost, being able to reach transmission rates of up to 10 Gb/s by using transmitters of low complexity, essential features to drive optical access networks implementation.

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:47Z (GMT). No. of bitstreams: 4 Erik Aceiro Antonio1.pdf: 1548083 bytes, checksum: 089690da04ba664ec23f802cb3975826 (MD5) Erik Aceiro Antonio2.pdf: 1618157 bytes, checksum: efefcd4d6d658d457615e8757d4175d8 (MD5) Erik Aceiro Antonio3.pdf: 2722615 bytes, checksum: a3f70f5fd3c8b07408a62f1d5a6cfbc2 (MD5) Erik Aceiro Antonio4.pdf: 1214557 bytes, checksum: 8bf6858d70baeb72941ce7c5cc104437 (MD5) Previous issue date: 2008-06-30 / The advent of the Internet and the development of Information and Communication Technologies (ICT s)generated new spaces for communication and collaboration between groups of people in geographically distinct regions. The association of Web technology with instrument automation and control by computer has made possible the development of the so called Remote Laboratories or WebLabs - distributed environments that allow to access and control experiments remotely through a network or the Internet in real time and with the sensation of presence. In this work, a WebLab was developed for the study and caracterization of a WDM (Wave Division Multiplexing) system, aiming to support and complement activities in faceto-face and distance courses on Optical Communications. Drivers and graphic user interfaces (GUI s) were developed with the software LabVIEW for control and data acquisition of instruments used in a remote experiment to measure the basic features of a WDM system. An application was also developed with the software VPI for the numerical simulation of Bit Error Rate (BER) measurements. This work is part of the activities related to the participation of the Mackenzie Photonics Laboratory in the KyaTera Project of FAPESP s TIDIA Program. / O advento da Internet e o desenvolvimento das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC s) geraram novos espaços para a comunicação e colaboração entre grupos de pessoas localizadas em regiões geograficamente distintas. A associação da tecnologiaWeb com a automação e controle de instrumentos por computador tornou possível o desenvolvimento dos chamados Laboratórios Remotos ou WebLabs - ambientes distribuídos que permitem o acesso e controle remoto de experimentos através de uma rede de comunicação ou da Internet em tempo real e com sensação de presença. Neste trabalho, foi desenvolvido um WebLab para estudo e caracterização de um sistema WDM (Wave Division Multiplexing), destinado a apoiar e complementar atividades em cursos de Comunicações Ópticas presenciais e a distância. Foram desenvolvidos drivers e interfaces gráficas de usuário (GUI s) com o software LabVIEW para o controle e aquisição de dados dos instrumentos utilizados em um experimento remoto de medida das características básicas de um sistema WDM. Também foi desenvolvido um aplicativo com o software VPI que permite simular a medida da Taxa de Erro de Bit (BER) do sistema. Este trabalho é parte das atividades relacionadas à participação do Laboratório de Fotônica Mackenzie no Projeto KyaTera do Programa TIDIA da FAPESP.

[pt] Este trabalho apresenta um sistema de interrogação de sensores a rede de Bragg em fibras ópticas, baseado em reflectometria no domínio do tempo e filtros fixos a rede de Bragg. Utilizando uma fonte de luz pulsada, a posição espectral do sensor é relacionada à razão da intensidade dos pulsos, tornando a detecção independente de variações de intensidade. São abordados aspectos teóricos e experimentais referentes aos princípios de funcionamento desta técnica. Uma vez que a filtragem é feita com redes de Bragg, apenas um circuito de fotodetecção é utilizado e um número reduzido de acopladores/circuladores ópticos é necessário, o sistema possibilita reduzir consideravelmente o custo para a interrogação de um conjunto de sensores. A utilização de apenas um circuito de fotodetecção apresenta a vantagem de manter as mesmas características para todos os pulsos, minimizando influências externas neste circuito como, por exemplo, variações da temperatura ambiente. Foi montada uma bancada de testes para a interrogação de seis sensores. Comparações entre os resultados experimentais e simulados mostram boa concordância. Extrapolações indicam que seria possível interrogar sensores com uma variação espectral de 2 nanômetros, com incertezas menores que 10 picometros, o que é adequado para sensores de temperatura. Análises de interferência entre dois canais adjacentes mostram pouca influência entre eles e são apresentadas opções para diminuir essa interferência. / [en] This work presents a system for the interrogation of fiber- optic Bragg grating sensors based on time domain reflectometry and Bragg grating fixed filters. Using a pulsed light source, the spectral position of the sensor is related to the ratio of two pulses intensities, making detection independent of intensity variations. Theoretical and experimental aspects regarding the working principles of this technique are discussed. Since filtering is accomplished with Bragg grating so that only one photodetection circuit is used and a reduced number of optic couplers/circulators are needed, the system provides a considerable reduction in the cost of interrogation for a set of sensors. Using only one photodetection circuit also has the advantage of maintaining the same characteristics for all pulses, thus minimizing external influences in this circuit, such as variations in the environment temperature. A test stand was assembled for the interrogation of six sensors. Comparisons between experimental and simulated results show a good agreement. Extrapolations indicate that it would be possible to interrogate sensors with a spectral variation of 2 nanometers, with uncertainties lower than 10 pm, which is adequate for temperature sensors. Cross talk analyses between two adjacent channels show small influence between them, and approaches to reduce this interference are presented.

The work deals with optical access networks, passive optical networks, especially WDM-PON. Features a modern solution to connect users to the optical access network using optical FTTx connections. Describes the different types of FTTx connections, their parameters and construction technology. Practical work is a practical application of theory for the development of various design and simulation of WDM-PON networks. Each proposal includes the construction of technical solutions optical access networks, the technology used and the balance of the reduced pricing WDM-PON network. The penultimate part of the work consists of design models simulated WDM-PON networks by the simulation program OptSim. The conclusion deals with the evaluation of individual design and simulation of WDM-PON networks.

International Telemetering Conference Proceedings / October 25-28, 1999 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / Current ground-based tracking systems at the DoD test and training ranges require transmission of a variety of signals from rotating platform to fixed control and process center. Implementation of commercial off the shelf (COTS) solution for transmitting high-speed, multiple-channel data signals over a rotational platform prompt the development of an advanced electro-optic hybrid rotating-to-fixed information transmission technology. Based on current demand, an Air Force-sponsored Small Business Innovative Research (SBIR) contract has been awarded to Physical Optics Corporation (POC) to modify existing tracking mounts with a unique electro-optic hybrid rotary joint (EOHRJ). The EOHRJ under current development is expected to provide the following features: 1) include a specially designed electrical slip-ring, which is able to accommodate hundreds of transmission channels, including electrical power, control, feedback, and low-speed data signals; 2) include an optical fiber slip-ring which, by incorporating with electrical time division mulitplexing (TDM) and optical wavelength division multiplexing (WDM) technologies, is able to provide multiple channel, high data rate (over gigabits per second), and bi-directional signal transmission; and 3) is designed to be reliable for harsh environmental operation, adaptive to stringent size requirement, and accommodating to existing electrical and mechanical interfaces. Besides the military use, other possible commercial applications include on board monitoring of satellite spinners, surveillance systems, instrumentation and multi spectral vision systems, emergency/medical instruments, remote sensing, and robotics.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des systèmes d'accès optiques haut débit où la bande passante de la fibre est partagée entre plusieurs utilisateurs. Principalement, nous considérons les sytèmes de comunication à accès multiple par répartition de codes optique (OCDMA: Optical Code Division Multiple Access). Cependant, ces systemes ont pour inconvénients d'être limitée en termes de capacité de multiplexage et de subir des interférences dues aux utilisateurs non désirés. Afin d'augmenter le nombre d'utilisateurs de ces systèmes, nous proposons deux architectures systèmes OCDMA. La première est une architecture système hybride WDM/OCDMA à encodage temporel integrant une source large bande découpée spectralment afin de multiplier le nombre d'utilisateurs multiplexés OCDMA par le nombre de canaux WDM générés. La seconde est une architecture système OCDMA à encodage spectral en phase qui permet d'implémenter des codes bipolaires. De même, nous avons réduit les interférences d'accès multiple (MAI : Multiple Access Interference) rencontrées dans ces systèmes OCDMA du fait des utilisateurs interférents, en utilisant un absorbant saturable après décodage des données de l'utilisateur désiré. Dans le cadre du projet ANR SUPERCODE, nous avons étudié la génération d'une source continuum optique et l'implémentation d'un absorbant saturable, basées sur l'exploitation d'effets d'optique non-linéaire dans des fibres spéciales ; conçu et implémenté des codeurs et décodeurs tout-optique via des réseaux de Bragg photo-inscrits dans des fibres optiques; puis réalisé l'intégration système des architectures proposées, ainsi que l'étude et l'evaluation des performances obtenues.

Ces travaux de thèse portent sur l'étude de résonateurs cyclique (à symétrie de révolution) dans lesquels existent des modes confinés de très haute surtension, appelés « modes de galerie ». Dans ces modes, la lumières est guidée dans le diélectrique constituant le résonateur le long d'un cercle équatorial par une succession de réflexion totales internes à l'interface diélectrique/air et les résonances correspondent à une condition de retour en phase. Les résonances sont très fines ce qui permet d'envisager des applications aussi biens passives (filtrage, insertion/extraction) qu'active (laser faible seuil, fonction non-linéaire).<br />Ce manuscrit de thèse est constitué de deux parties distinctes :<br />La première partie, qui concerne les fonctions passives à base de micro-résonateur planaire, présente différents outils (numérique et analytique) qui permettent de modéliser le comportement de ces structures et démontre la complémentarité de ces outils.<br />La deuxième partie concerne les lasers micro-sphériques (dopés Erbium) et plus précisément le problème de l'interaction entre les modes d'une micro-sphère et un miroir métallique.

Ces dernières décennies, la fibre optique est devenue le support privilégié pour le transport de données numériques entre villes, régions ou pays sur des distances allant de quelques kilomètres à une dizaine de milliers de kilomètres. Les systèmes de transmissions optiques de recherche aussi bien que commerciaux offrent aujourd'hui des capacités de transport multi-Terabit/s sur des distances de plus de 1000km pour répondre à l'augmentation vertigineuse du trafic de données, et sont basés sur l'utilisation en parallèle de canaux modulés à 10, 40 ou 100Gb/s. Pour autant, la conception efficace de systèmes de transmissions ou de réseaux optiques à capacité toujours plus grande et à coût maitrisé n'est pas chose aisée. En effet, cette activité requiert une très fine connaissance de l'interaction entre de multiples phénomènes physiques linéaires et non-linéaires et de leur impact sur la propagation de signaux optiques modulés. En outre, l'infrastructure d'un réseau optique terrestre est la plupart du temps très fortement hétérogène en raison de contraintes géographiques ou topologiques, ou encore en raison du poids très fort de la réutilisation d'infrastructures préexistantes. Enfin, lors de la construction d'un nouveau réseau ou la mise à niveau d'un réseau existant, cette étape de conception doit tenir compte du caractère partiel de la connaissance des paramètres physiques de l'infrastructure déployée. Pour maîtriser une telle complexité en un temps raisonnable et acquérir une vision globale du système, il est indispensable de s'appuyer sur des outils issus de la physique et de l'observation. Dans cette optique, ce manuscrit s'appuie sur des études menées entre 2000 et 2010 pour comprendre et quantifier l'accumulation des effets non-linéaires de type Kerr sur les systèmes de transmission modulés à 10, 40 et 100Gb/s. Nous introduisons ici de nouveaux outils permettant de prédire rapidement et avec précision la qualité de transmission de réseaux optiques terrestres hétérogènes affectés par de multiples effets de propagation ainsi que des outils permettant d'optimiser le réglage de la ligne de transmission (gestion de la dispersion, réglage des amplificateurs et des puissances d'entrée dans les fibres).