Planification du réseau tenant compte des déficiences

Impairement Aware Network Planning

• Auteur / Autrice : Venkata Virajit Garbhapu
• Direction : Cédric Ware, Mounia Lourdiane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Information, communications, électronique
• Date : Soutenance le 18/07/2024
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....) - Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau, Essonne ; 1878-....)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Aupetit-Berthelemot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Aupetit-Berthelemot, Nicola Calabretta, Christine Tremblay, Massimo Tornatore, Nicolas Fabre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicola Calabretta, Christine Tremblay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse de réseau (planification)

Dispositifs optoélectroniques

Réseaux de diffraction

Mots clés libres

Réseaux optiques

Non-linéarités

OKD

Optical Networks

Non-Linearities

QKD

Résumé

Les réseaux optiques sont l’épine dorsale de la communication mondiale de données, essentiels pour répondre à la demande croissante de réseaux rapides et fiables. Cette thèse aborde deux défis principaux : le besoin de capacité accrue et l’intégration de nouvelles fonctionnalités optiques. La demande incessante de capacité a poussé les limites de l’infrastructure actuelle, et bien que des solutions telles que l’ajout de fibres, l’extension du spectre ou l’utilisation de transpondeurs flexibles soient possibles, elles entraînent des dépenses en capital importantes. Nous proposons des heuristiques à l’échelle du réseau qui modélisent les dégradations linéaires et non linéaires et suggèrent des allocations de puissance par canal pour maximiser le SNR à l’échelle du réseau, augmentant ainsi la capacité. Le deuxième défi concerne l’intégration de nouvelles fonctionnalités optiques, ce qui nécessite de prendre en compte les interactions au niveau du réseau et de la couche physique. Les outils SDN traditionnels négligent souvent la couche physique, c’est pourquoi nous avons développé un simulateur de réseau optique qui intègre l’impact de la couche physique dans la planification du réseau. Nous démontrons l’intégration d’une fonctionnalité optique, la distribution quantique de clés (QKD), qui améliore la sécurité grâce aux principes de la mécanique quantique. En optimisant le placement des longueurs d’onde pour minimiser le bruit Raman, nous proposons des heuristiques à l’échelle du réseau qui améliorent la coexistence des signaux QKD et classiques dans la même bande. Relever ces défis souligne l’importance de la planification des réseaux sensibilisée aux impairments, formant le cœur de la conception des futurs réseaux optiques pour répondre aux demandes croissantes avec une efficacité, une capacité et une sécurité accrues.

Optical networks are the backbone of global data communication, essential for meeting the ever-growing demand for high-speed, reliable networks. This thesis addresses two key challenges: the need for higher capacity and the integration of new optical functionalities. The relentless demand for capacity has pushed the limits of current infrastructure, and while solutions like additional fibers, extended spectrum, or new flex-rate transponders are possible, they come with significant capital expenditure. We propose network-wide heuristics that model linear and nonlinear impairments and suggest per-channel power allocations to maximize network-wide SNR, thus enhancing capacity. The second challenge involves integrating new optical functionalities, which requires consideration of both network-level and physical-layer interactions. Traditional SDN tools often overlook the physical layer, so we developed an optical network simulator that incorporates physical layer impairments into network planning. We demonstrate the integration of an example optical functionality Quantum Key Distribution (QKD), that enhances security through quantum mechanics principles. By optimizing wavelength placement to minimize Raman noise, we propose network-wide heuristics that improve the coexistence of QKD and classical signals in the same band. Addressing these challenges underscores the importance of impairment-aware network planning, forming the core of future optical network design to meet growing demands with enhanced efficiency, capacity, and security.