Depuis la fin des ann\u00e9es 1980, le d\u00e9bit des r\u00e9seaux de t\u00e9l\u00e9communication et celui d\u2019Internet (apr\u00e8s 1993) d\u00e9pend \u00e9troitement des technologies de transport \u00e0 base de fibres optiques. Elles seules sont capables de transporter de gros volumes de donn\u00e9es et sur de longues distances.<\/p>\n
Dans les routes de l\u2019Internet, il faut distinguer :<\/p>\n
- \n
- Les autoroutes<\/strong> qui sont les liaisons longue distance reliant les continents entre eux via des c\u00e2bles sous-marins comprenant en g\u00e9n\u00e9ral huit paires de fibres optiques. Ils se poursuivent sur terre dans des c\u00e2bles enterr\u00e9s qui relient les grandes agglom\u00e9rations. Ces r\u00e9seaux relient les op\u00e9rateurs t\u00e9l\u00e9coms entre eux \u00e0 l\u2019\u00e9chelle mondiale. Aux USA, ce sont les RBOC (Regional Bell Operating Companies) issues du d\u00e9mant\u00e8lement d\u2019AT&T en 1982) qui relient le pays au reste du monde, et \u00e9videmment via les c\u00f4tes Ouest et Est des USA. Les d\u00e9bits de ces autoroutes peut \u00eatre de plusieurs Tera-bits\/s pour les liaisons les plus r\u00e9centes.<\/li>\n
- Les\u00a0nationales<\/strong>, avec, dans chaque pays, les liaisons et infrastructures de communication des op\u00e9rateurs t\u00e9l\u00e9coms, aussi \u00e0 base de fibres optiques. Elles relient entre eux les centraux t\u00e9l\u00e9coms des op\u00e9rateurs, notamment dans les centraux de France T\u00e9l\u00e9com qui h\u00e9bergent les NRA (N\u0153uds de Raccordements d\u2019Abonn\u00e9s) et les NRO (N\u0153uds de Raccordements Optiques). C\u2019est l\u00e0 qu\u2019aboutissent d\u2019un c\u00f4t\u00e9 les r\u00e9seaux IP internes des op\u00e9rateurs et de l\u2019autre les terminaisons des utilisateurs. Les nationales sont bien moins rapides que les autoroutes en France : les liaisons se font avec des tuyaux qui d\u00e9marrent \u00e0 10 Gbits\/s et peuvent aller jusqu\u2019\u00e0 plusieurs Tera-bits selon l\u2019importance des n\u0153uds de r\u00e9seaux des op\u00e9rateurs. <\/li>\n
- Les \u00e9changeurs<\/strong>, avec l\u2019interconnexion entre op\u00e9rateurs, reli\u00e9s entre eux pour assurer leur interop\u00e9rabilit\u00e9 et un bon \u00e9coulement du trafic. On appelle cela le \u201cpeering\u201d ou appairage. Il existe une vingtaine d\u2019acteurs du peering en France, \u00e9tablis souvent en associations comme France IX<\/a> ou SFINX<\/a> qui est un service op\u00e9r\u00e9 par le r\u00e9seau universitaire Renater. Les gros op\u00e9rateurs t\u00e9l\u00e9coms ont des points de peering \u00e0 Paris et dans quelques grandes villes de France comme Lyon et Marseille. Les d\u00e9bits du peering varient de 1 \u00e0 plusieurs centaines de Gbits\/s.<\/li>\n
- Les d\u00e9partementales<\/strong>, avec des infrastructures d\u00e9port\u00e9es sur le terrain des centraux t\u00e9l\u00e9coms, comme des r\u00e9partiteurs et autres DSLAM. En ville, un DSLAM typique pour l\u2019ADSL va \u00eatre connect\u00e9 d\u2019un c\u00f4t\u00e9 \u00e0 1008 abonn\u00e9s et de l\u2019autre par une liaison de 10 Gbits\/s au r\u00e9seau. Ce qui donne un d\u00e9bit moyen disponible de 10 Mbits\/s par abonn\u00e9 ce qui est th\u00e9oriquement bien dimensionn\u00e9 pour que tout les foyers connect\u00e9s puissent regarder un flux TV HD non-lin\u00e9aire par foyer (6 Mbits\/s) en m\u00eame temps.<\/li>\n
- Les rues<\/strong>, avec les terminaisons de boucle locale qui aboutissent dans les immeubles, maisons et entreprises. Les entreprises louent parfois des \u201cfibres noires\u201d pour relier entre eux plusieurs sites, mais sans passer par le r\u00e9seau ouvert de l\u2019Internet. Elles ont donc leur \u201crue\u201d privatis\u00e9e. Ces boucles locales sont en paire de cuivre torsad\u00e9e (la ligne de t\u00e9l\u00e9phone classique, pour la voix analogique et l\u2019ADSL) ou en fibre (pour le FTTH, la fibre qui va jusqu\u2019aux abonn\u00e9s). Il y a aussi le coaxial en cuivre du c\u00e2ble mais qui ne passe g\u00e9n\u00e9ralement pas par les infrastructures de France T\u00e9l\u00e9com. Le c\u00e2ble est aussi reli\u00e9 \u00e0 de la fibre dans les infrastructures des c\u00e2blo-op\u00e9rateurs.<\/li>\n
- Les stations service<\/strong>, pour poursuivre l\u2019analogie routi\u00e8re, que sont les CDN, Content Delivery Network, qui bufferisent les contenus lourds comme les vid\u00e9os pour en acc\u00e9l\u00e9rer l\u2019acc\u00e8s aux consommateurs. Ils sont t\u00e9l\u00e9charg\u00e9s une fois pour toute sur des serveurs proches des consommateurs \u00e0 l\u2019\u00e9chelle r\u00e9gionale voire d\u00e9partementale pour ce qui est de la France. Cela limite le trafic sur les nationales et les autoroutes.\n
- <\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
- De la polarisation<\/strong> de la lumi\u00e8re avec deux polarisations, une verticale et une horizontale, qui double le d\u00e9bit. Cette technique prend l\u2019appellation de DP pour \u201cDual Polarization\u201d.\n
- <\/ul>\n<\/li>\n
- De la modulation de phase<\/strong>, qui permet aussi de doubler la capacit\u00e9. En gros, on d\u00e9cale ou pas un signal d\u2019une demi longueur d\u2019onde pour les bits de deux flux. On double ainsi la capacit\u00e9 avec cette technique dite QPSK<\/strong> pour \u201cquadrature-phase-shift keying\u201d. Combin\u00e9e \u00e0 de la polarisation, cela donne le DP-QPSK.<\/li>\n<\/ul>\n
![\"QPSK\"](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/Alcatel_D8EF\/QPSK_thumb.jpg\" "\\"QPSK\\"")
<\/a><\/p>\n- \n
- De la modulation d\u2019amplitude <\/strong>multi-niveaux de la lumi\u00e8re, qui permet de doubler voire de quadrupler la capacit\u00e9. Elle est combin\u00e9e \u00e0 la modulation de phase. On appelle cela le QAM pour \u201cquadrature amplitude modulation\u201d. Une modulation QAM64 combine quatre niveaux de luminosit\u00e9 et deux phases. On repr\u00e9sente alors les 64 combinaisons de 4 bits dans le diagramme suivant en nombre complexe (le X et le Y repr\u00e9sentent deux phases d\u00e9cal\u00e9es d\u2019une demi-longueur d\u2019onde). A noter que le QAM est aussi utilis\u00e9 dans l\u2019encodage d\u2019ondes \u00e9lectromagn\u00e9tiques, comme dans le Wi-Fi, dans la 3G et la 4G. Dans le spectre-\u00e9lectromagn\u00e9tique, on peut aller jusqu\u2019\u00e0 du QAM256, comme dans le c\u00e2ble coaxial, encodant ainsi 8 bits sur un Hertz au lieu de 4 dans le cas de la fibre optique.<\/li>\n<\/ul>\n
![\"qam64\"](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/Alcatel_D8EF\/qam64_thumb.png\" "\\"qam64\\"")
<\/a><\/p>\n- \n
- Enfin, l\u2019usage de plusieurs longueurs d\u2019ondes diff\u00e9rentes avec le WDM<\/strong> (Wavelenght Division Multiplexing). Les liaisons longue distance s\u2019appuient sur une longueur d\u2019onde autour de 1,55 microns avec une largeur de spectre disponible d\u2019environ 10 THz. La bande de fr\u00e9quences autour de 1,55\u00a0 \u00b5m est d\u00e9nomm\u00e9 “bande C”.\u00a0C\u2019est celle qui g\u00e9n\u00e8re le moins d\u2019att\u00e9nuation sur la distance. Elle est d\u2019environ 0,2 dB par kilom\u00e8tre. C\u2019est ce qui fait la diff\u00e9rence avec la transmission sur cuivre qui g\u00e9n\u00e8re une att\u00e9nuation de plus de 10 db par km dans le cas de l\u2019ADSL ! A raison de 25 GHz par canal, cela donne une capacit\u00e9 th\u00e9orique maximale de 400 ondes par fibre. Mais il faut laisser une marge de s\u00e9curit\u00e9 pour \u00e9viter les effets de bord entre chaque bande de fr\u00e9quence. En pratique, on peut faire passer jusqu\u2019\u00e0 deux cent longueurs d\u2019ondes diff\u00e9rentes dans une fibre optique. C\u2019est une technique tr\u00e8s puissante mais couteuse car elle n\u00e9cessite beaucoup de filtres en amont et en aval de la fibre.<\/li>\n<\/ul>\n
- <\/ul>\n
- De la modulation d\u2019amplitude <\/strong>multi-niveaux de la lumi\u00e8re, qui permet de doubler voire de quadrupler la capacit\u00e9. Elle est combin\u00e9e \u00e0 la modulation de phase. On appelle cela le QAM pour \u201cquadrature amplitude modulation\u201d. Une modulation QAM64 combine quatre niveaux de luminosit\u00e9 et deux phases. On repr\u00e9sente alors les 64 combinaisons de 4 bits dans le diagramme suivant en nombre complexe (le X et le Y repr\u00e9sentent deux phases d\u00e9cal\u00e9es d\u2019une demi-longueur d\u2019onde). A noter que le QAM est aussi utilis\u00e9 dans l\u2019encodage d\u2019ondes \u00e9lectromagn\u00e9tiques, comme dans le Wi-Fi, dans la 3G et la 4G. Dans le spectre-\u00e9lectromagn\u00e9tique, on peut aller jusqu\u2019\u00e0 du QAM256, comme dans le c\u00e2ble coaxial, encodant ainsi 8 bits sur un Hertz au lieu de 4 dans le cas de la fibre optique.<\/li>\n<\/ul>\n
- De la modulation de phase<\/strong>, qui permet aussi de doubler la capacit\u00e9. En gros, on d\u00e9cale ou pas un signal d\u2019une demi longueur d\u2019onde pour les bits de deux flux. On double ainsi la capacit\u00e9 avec cette technique dite QPSK<\/strong> pour \u201cquadrature-phase-shift keying\u201d. Combin\u00e9e \u00e0 de la polarisation, cela donne le DP-QPSK.<\/li>\n<\/ul>\n
![\"Submarine](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/Alcatel_D8EF\/Submarine-Cables-Map-2012_thumb.jpg\" "\\"Submarine")
<\/a><\/p>\nLes c\u00e2bles sous-marins<\/strong><\/p>\n
Ce sont les plus grosses art\u00e8res de l\u2019Internet. Les c\u00e2bles sous-marins font transiter le d\u00e9bit Internet entre continents et pays. Il est colossal m\u00eame si une bonne part du trafic est local dans chaque pays. Au quotidien, nous utilisons souvent des services en ligne h\u00e9berg\u00e9s \u00e0 l\u2019\u00e9tranger. De France, les points d\u2019acc\u00e8s les plus proches de Google Search ou YouTube sont ainsi en Irlande ou en Belgique. Autre exemple, les serveurs 1&1 de ce blog sont en Allemagne et on transite par la Hollande pour y parvenir.<\/p>\n
Il y a environ un millier de points de d\u00e9parts et d\u2019arriv\u00e9e de c\u00e2bles sous-marins dans le monde. Ils sont inventori\u00e9s ici<\/a>. En France, nous avons notamment Ajaccio et l\u2019Ile Rousse en Corse, Basse-Terre et Pointe \u00e0 Pitre en Guadeloupe, Saint Barth\u00e9l\u00e9my et la Guyane. En m\u00e9tropole, nous avons Penmarch et Lannion en Bretagne, Cayeux sur Mer, Saint Valery en Caux et Dieppe en Normandie, Dunkerque et Sangate dans le Nord et Cannes, Marseille et Martigues dans le Sud-Est. En tout, ce sont plusieurs T\u00e9ra-bits\/s qui nous relient aux autres pays.<\/p>\n
![\"Cablier](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/Alcatel_D8EF\/Cablier-Alcatel-Lucent-photo-Alcatel-Lucent_thumb.png\" "\\"Cablier")
<\/a><\/p>\nLes c\u00e2bles sont pos\u00e9s en mer par des navires c\u00e2bliers. Il y en a environ 35 dans le monde dont 4 d\u2019Alcatel-Lucent<\/a> et 4 de France T\u00e9l\u00e9com Marine (des rumeurs courent depuis quelques temps sur le rachat de l\u2019activit\u00e9 d\u2019Alcatel-Lucent par France T\u00e9l\u00e9com). Ils sont compl\u00e9t\u00e9s par des navire sp\u00e9cialis\u00e9s dans la r\u00e9paration des c\u00e2bles – qui sont 3 pour Alcatel-Lucent (ci-dessus le Lodbrog) – mais certains sont \u00e0 la fois adapt\u00e9s \u00e0 la pose et \u00e0 la r\u00e9paration des c\u00e2bles. Les trois principaux c\u00e2bliers d\u2019Alcatel-Lucent sont Ile de Brehat, Ile de Sein et Ile de Batz. Ils font 140 m de long, 23 m de large et 8 m de tirant d\u2019eau. Construits en 2002, ils contiennent deux cuves de 1500 m3 de c\u00e2bles.<\/p>\n
Les c\u00e2bliers utilisent un syst\u00e8me tract\u00e9 de 25 tonnes et 10,4 m de long pour l\u2019enterrement des c\u00e2bles sur fonds marins \u00e0 3m en dessous du fond de la mer (ci-dessous<\/em>, photo Alcatel-Lucent). Ces syst\u00e8mes d\u2019enfouissement fonctionnent jusqu\u2019\u00e0 1500m de profondeur. En dessous, les c\u00e2bles sont simplement pos\u00e9s sur le fond de la mer, jusqu\u2019\u00e0 8000m de profondeur ce qui permet de bien couvrir la plupart des routes sauf les fosses les plus profondes comme celles des Mariannes.<\/p>\n
![\"Systeme](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/Alcatel_D8EF\/Systeme-enfoissement-de-cable-sous-marin_thumb.jpg\" "\\"Systeme")
<\/a><\/p>\nL\u2019enterrement des c\u00e2bles r\u00e9duit d\u2019un facteur 12 les d\u00e9g\u00e2ts non naturels provoqu\u00e9s notamment par les chaluts de p\u00eacheurs. Dans les navires c\u00e2blier, les cales de stockage font 7 m de haut et 19 m de diam\u00e8tre et peuvent chacune contenir environ 3 000 km de c\u00e2ble, donc 6000 Km au total, ce qui permet de couvrir une bonne partie des routes sans revenir au port. Ce d\u2019autant plus que faire le plein des c\u00e2bliers est un travail tr\u00e8s minutieux. C\u2019est un test de patience pour les ouvriers puisqu\u2019il dure environ un mois ! Les c\u00e2bliers font \u00e9videmment le plein \u00e0 proximit\u00e9 des usines de fabrication de c\u00e2bles, sur les c\u00f4tes comme dans celle de Calais. La cadence de chargement est de 14 km de c\u00e2ble par heure, qui soigneusement enroul\u00e9 (voir cette vid\u00e9o<\/a>)<\/p>\n
Pour les longues distances, les c\u00e2bles pos\u00e9s sont dot\u00e9s de r\u00e9p\u00e9teurs tous les 40 \u00e0 100 km selon la technologie utilis\u00e9e. Pour les courtes distances et les trajets le long des c\u00f4tes comme en Afrique, les c\u00e2bles peuvent ne pas avoir de r\u00e9p\u00e9teurs.<\/p>\n
Les r\u00e9p\u00e9teurs fonctionnent \u00e0 base d\u2019amplificateurs optiques aliment\u00e9s par un courant \u00e9lectrique qui parcourt tout le c\u00e2ble sous-marin. Ces amplificateurs sont \u00e0 base de lasers utilisant des fibres en verre dop\u00e9es \u00e0 l\u2019Erbium. Un c\u00e2ble sous-marin moderne est dot\u00e9 de huit paires de fibres. Les fibres sont en effet unidirectionnelles.<\/p>\n
Comment r\u00e9pare-t-on les c\u00e2bles ? Tout d\u2019abord, il faut d\u00e9tecter o\u00f9 se situe la coupure ou l\u2019usure. Cela se fait \u00e0 terre avec des outils de mesure \u00e9lectrique qui utilisent la technique du SSTDR, pour \u201cspread-spectrum time-domain reflectometry<\/a>\u201d. En gros, cela consiste \u00e0 envoyer un signal optique dans un sens et \u00e0 mesurer celui revient et \u00e0 calculer sa distance en fonction du temps d\u2019aller et retour. Ensuite, on envoie un navire de r\u00e9paration qui va r\u00e9cup\u00e9rer le c\u00e2ble en le coupant \u00e0 l\u2019endroit approximatif de la panne. Les deux extr\u00e9mit\u00e9s sont sorties de l\u2019eau et on les relie par un bout de c\u00e2ble de plusieurs centaines de m\u00e8tres de long avec un syst\u00e8me d\u2019\u00e9pissure adapt\u00e9 aux fibres optiques. Puis on rebalance le tout en mer avec ou sans enterrement selon la profondeur.<\/p>\n
Les leaders de la pose de c\u00e2bles sous-marins sont l\u2019am\u00e9ricain Tyco, le japonais NEC et Alcatel-Lucent. Mais en plus de France T\u00e9l\u00e9com, une vingtaine de soci\u00e9t\u00e9s sont pr\u00e9sentes sur ce march\u00e9, dont Mitsubishi, Ericsson, Nokia, Hitachi, Siemens, Pirelli et Nexans.<\/p>\n
Ces c\u00e2bles sous-marins aboutissent \u00e0 terre dans des salles techniques qui font jusqu\u2019\u00e0 2000 m2. Elles sont dot\u00e9es de tous les \u00e9quipements \u00e9lectroniques et optroniques pour d\u00e9multiplexer les signaux num\u00e9riques transmis et les envoyer dans les r\u00e9seaux terrestres et les \u201cnationales\u201d.<\/p>\n
Comment augmente-t-on le d\u00e9bit sur la fibre optique ?<\/strong><\/p>\n
Quand on sait que les processeurs en technologie silicium CMOS les plus rapides ne d\u00e9passent pas 4 GHz, on peut se demander comment on arriver \u00e0 g\u00e9rer des bandes passantes de plusieurs T\u00e9ra-bits\/s dans les fibres optiques.<\/p>\n
Cela repose sur deux composantes technologiques cl\u00e9s qu\u2019Alcatel-Lucent maitrise particuli\u00e8rement bien :<\/p>\n
D\u2019un c\u00f4t\u00e9, des composants \u00e9lectroniques utilisant des semi-conducteurs dits III-V<\/strong>, qui combinent des \u00e9l\u00e9ments des groupes 13 et 15 du tableau des \u00e9l\u00e9ments de Mendele\u00efev (en pointill\u00e9 rouge ci-dessous), correspondant aux groupes III-A et V-A dans l\u2019ancienne num\u00e9rotation romaine du tableau p\u00e9riodique des \u00e9l\u00e9ments. On y trouve notamment l\u2019aluminium, le Gallium, le Phosphore et l\u2019Arsenic qui se combinent par paire III+V avec par exemple de l\u2019ars\u00e9niure de gallium. Ces composants pr\u00e9sentent la caract\u00e9ristique de pouvoir tourner \u00e0 tr\u00e8s haute fr\u00e9quence, jusqu\u2019\u00e0 environ 50 GHz. Nous y reviendrons plus tard. Ces composants servent \u00e0 g\u00e9n\u00e9rer le signal \u00e9lectrique avec des 0 et des 1 qui sera ensuite converti avec des diodes laser en lumi\u00e8re \u00e0 faire transiter par les fibres. Mais on ne peut pas aller au-del\u00e0 de 40 GBits\/s avec cette technologie. Le laboratoire de Marcoussis d\u2019Alcatel-Lucent qui est commun avec Thal\u00e8s et le CEA-LETI est d\u00e9di\u00e9 \u00e0 la recherche et \u00e0 la fabrication en petites quantit\u00e9s de semi-conducteurs pour ces applications d\u2019optronique permettant de g\u00e9rer des d\u00e9bits \u00e9normes dans les fibres optiques.<\/p>\n
![\"Periodic](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/Alcatel_D8EF\/Periodic-elements-and-III-V_thumb.jpg\" "\\"Periodic")
<\/a><\/p>\nDe l\u2019autre, nous avons des techniques de multiplexage<\/strong> consistant \u00e0 faire passer plusieurs ondes lumineuses distinctes dans la m\u00eame fibre optique. Ce sont des voies (lanes) de donn\u00e9es ind\u00e9pendantes des autres dans les fibres optiques. En s\u2019alignant sur une fr\u00e9quence g\u00e9rable par \u00e9lectronique (genre 25 GHz), on envoie plusieurs bits en simultan\u00e9 sur une m\u00eame fibre optique avec plusieurs types de multiplexage qui sont exploit\u00e9s simultan\u00e9ment :<\/p>\n
- \n
- Les\u00a0nationales<\/strong>, avec, dans chaque pays, les liaisons et infrastructures de communication des op\u00e9rateurs t\u00e9l\u00e9coms, aussi \u00e0 base de fibres optiques. Elles relient entre eux les centraux t\u00e9l\u00e9coms des op\u00e9rateurs, notamment dans les centraux de France T\u00e9l\u00e9com qui h\u00e9bergent les NRA (N\u0153uds de Raccordements d\u2019Abonn\u00e9s) et les NRO (N\u0153uds de Raccordements Optiques). C\u2019est l\u00e0 qu\u2019aboutissent d\u2019un c\u00f4t\u00e9 les r\u00e9seaux IP internes des op\u00e9rateurs et de l\u2019autre les terminaisons des utilisateurs. Les nationales sont bien moins rapides que les autoroutes en France : les liaisons se font avec des tuyaux qui d\u00e9marrent \u00e0 10 Gbits\/s et peuvent aller jusqu\u2019\u00e0 plusieurs Tera-bits selon l\u2019importance des n\u0153uds de r\u00e9seaux des op\u00e9rateurs. <\/li>\n
![\"Fibre](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/Alcatel_D8EF\/Fibre-optique-frequence-et-perte-en-ligne_thumb.jpg\" "\\"Fibre")
<\/a><\/p>\n