Les réseaux d’accès FTTX

Par Nawfel Azami expert en fibre optique au Maroc

Les technologies de transmission ont évolué jusqu’à intégrer les technologies optiques même dans les réseaux d’accès, au plus près de l’abonné. En raison de sa capacité à se propager sur de longues distances sans régénération de signal, sa faible latence, et sa très large bande passante, les réseaux en fibre optique se sont imposés comme le support de transmission par excellence.

La fibre optique, initialement déployée dans les réseaux très longue distance et très fort débit tend aujourd’hui à se généraliser pour offrir des services plus consommateur en terme de bande passante. Il s’agit des technologies FTTH pour Fiber to the Home.

Avec l’explosion de l’Internet et la société multimédia ouverte et communicante, les services proposés par les fournisseurs sont de plus en plus multiples et variés, intégrant aussi bien la vidéo, l’image, que la parole. La tendance générale se traduit par la loi de Nielsen qui montre une augmentation annuelle de 50% du débit à l’accès. L’extrapolation de cette loi sur la prochaine décennie met à jour les forts débits qui seront utilisés, soit plusieurs centaine de Mégabits par seconde, voir le Gigabit par seconde.

Actuellement, les réseaux ADSL déployés sont incapables de répondre à de telles demandes de débits en raison des propriétés de transmission limitées inhérentes au support physique utilisé dans cette technologie, la paire de cuivre téléphonique.

Les Professionnels

Les entreprises disposent généralement d’un LAN (Local Area Network) pour l’interconnexion des ordinateurs et des différents périphériques. Les télécommunications téléphoniques sont traditionnellement gérées  par un PABX. L’accès à l’internet est traité à travers le réseau LAN par un serveur connecté avec le ou les réseaux extérieurs. Une pratique tout aussi répandue est le WAN (Wide Area Network) qui va permettre une couverture plus large permettant la mise en place d’applications telles que l’intranet ou l’extranet ainsi que l’interconnexion avec les télétravailleurs distants. Le WAN se base sur la location à un opérateur de lignes spécialisées. Le besoin de la majorité des entreprises va en s’accroissant et tend à devenir symétrique entre les voies descendante et montante en raison du nombre croissant de collaborateurs nomades.

Les particuliers

Pour les usagers résidentiels, le principal objectif est d’être capable d’avoir une infrastructure qui puisse supporter le service « Triple-Play », qui comprend les services de vidéo, gourmands en bande passante, de téléphonie et d’accès internet. Les besoins associés à chaque logement sont relativement bien dessinés et leur demande en bande passante évolue de jour en jour avec l’arrivée dans les foyers des téléviseurs 3D et des programmes de plus en plus massifs d’applications dédiés à l’usager (médecine personnalisé, activités financières…). Il est ainsi nécessaire de préciser que le caractère asymétrique qui prévoit actuellement dans les transferts de données s’estompera rapidement en raison de l’importance grandissante des applications nécessitant la mise en œuvre de débits plus élevés dans le sens montant. En effet, le cloud computing encourage le transfert des données et des applications dans des centres d’hébergement raccordés à internet.

Cette brève introduction met en exergue toute l’importance des technologies fibres optiques dans le réseau d’accès. Même si l’ensemble de la communauté est convaincu de la nécessité de voir la fibre optique massivement implémentée jusqu’à l’abonné, les aspects économiques d’investissement freine son déploiement. Les experts s’accordent à dire que la fibre optique n’est pas en soi le gros de l’investissement, mais que la partie génie civil est bien importante que celle des composants optiques. Aussi, la « Fiber to the Home » (FTTH) se voit hybridée pour réduire les coûts, sachant que, d’aucun ne doute que le réseau le plus à même de répondre aux besoins à venir ne saurait reposer sur autre chose que la fibre de bout en bout.

 Les différentes configurations FTTx

La FTTx est une topologie de réseau d’accès en fibre optique où la fibre n’arrive pas jusqu’à chez l’abonné. Dans la plupart des pays, l’évolution du réseau ADSL se fait principalement sur la base de ces topologies pour des raisons de coût. Toutefois, les opérateurs et les fournisseurs de services savent pertinemment qu’ils restent dans la même philosophie que l’ADSL où des technologies sont développées pour repousser à plus loin le jour où la fibre optique devra faire son entrée dans les foyers et les bureaux. En effet, le maitre mot du développement de l’ADSL a été de continuer à développer des techniques de modulation et de multiplexage pour être capable d’aborder et de gérer de manière intelligente le câble de cuivre et de l’utiliser d’une manière efficace en découpant la bande passante en plusieurs canaux gérés individuellement pour faire passer un débit. Le bruit est d’autant plus grand que la distance entre l’abonné et l’opérateur, réduisant la qualité de transmission.

Les fibres optiques peuvent être déployées selon diverses topologies FTTx où la variable x décline le niveau plus ou moins profond de déploiement de la fibre optique vers l’usager final : FTTN (N pour Node) jusqu’à un nœud du réseau (équivalent à un sous répartiteur cuivre), FTTC (C pour Curb) ou FTTLA (LA pour Last Amplifier) jusqu’à quelque dizaine de mètres de l’abonné, FTTB/O (B pour Building ou O pour Office) en pied de l’immeuble, et FTTH (H pour Home) jusqu’à l’abonné.

Topologies intermédiaires à la FTTH (FTTx)

Les  topologies intermédiaires décrites auparavant, où la fibre optique n’arrive pas chez l’abonné, sont aujourd’hui préférées pour des raisons de transition, en termes de transition technique ou d’investissement.

Une première approche des réseaux FTTx est d’établir un lien en fibre optique pour le déport du nœud de raccordement d’abonnés (NRA), et ainsi réduire la distance entre l’abonné et le NRA. Le reste du réseau reste dans sa version traditionnelle, en paire de cuivre. La réduction de la distance entre l’abonné et le NRA, permet, en ingénierie ADSL, d’augmenter le rapport signal sur bruit chez l’abonné et de favoriser ainsi de meilleurs débits.

Les réseaux câblés HFC (FTTN ou FTTLA) constituent un second exemple où un câble coaxial est utilisé dans le dernier tronçon. Le multiplexage fréquentiel est utilisé dans ce cas. Si la distance le permet, le réseau coaxial peut être passif (sans amplificateur) et s’identifie à la FTTLA.

Le troisième exemple correspond aux architectures Ethernet avec terminaison cuivre. Les normes sont fondées sur la famille Ethernet 802.3.

Architecture FTTH

Le réseau FTTH à très haut débit est composé d’un certain nombre d’éléments qui peuvent être classés en trois catégories : l’Infrastructure (composée notamment des fourreaux, des chambres, des armoires de rue et des locaux techniques), l’optique passive (composants passifs du réseau et qui comportent notamment les fibres optiques, les boitiers d’épissurage et les baies de brassage) et l’optique active (composants consommateurs en courant électrique et qui comportent notamment les systèmes émetteurs et récepteurs).

Le réseau FTTH est constitué de trois sous réseaux : le réseau de transport, le réseau de distribution et le réseau de branchement.

Un dispositif de terminaison intérieure optique (DTIO) est placé à l’intérieur du logement (fig). Il constitue le point de terminaison du câblage optique. L’adaptateur de média sera branché au connecteur optique de ce boitier et assurera la conversion opto-électronique du signal. Le DTIO est câblé au point de branchement optique (PBO) qui est l’interface obligatoire pour les actions de raccordement des abonnés individuels à partir de câbles élémentaires. Dans le cas des immeubles collectifs, les câbles optiques appartenant au câblage vertical peuvent être regroupés en pied d’immeuble dans un boitier de transition qui assure la continuité avec le réseau déployé sur le domaine public. Dans les immeubles, le boitier d’étage est un PBO qui peut desservir plusieurs DTIO situés sur plusieurs étages.

Des dispositifs intermédiaires peuvent exister entre le répartiteur optique du nœud de raccordement d’abonnés et les PBO. Ces points intermédiaires sont nécessaires pour la mise en œuvre des obligations réglementaires liés à la mutualisation.

Architecture la plus en vogue: Architecture PON « Passive Optical Network »

L’architecture FTTH généralement retenue par les opérateurs est une architecture PON (Passive Optical Network). Le PON est une architecture point à multipoints basée sur les éléments suivants :

– une infrastructure en fibres optiques partagée. L’utilisation de coupleurs optiques dans le réseau est à la base de l’architecture et de l’ingénierie de déploiement. Les coupleurs sont utilisés pour desservir plusieurs zones ou plusieurs abonnés.

– un équipement de centre faisant office de Terminaison Optique de Ligne (OLT : Optical Line Termination). L’OLT gère la diffusion et la réception de flux à traves des interfaces réseaux et a pour finalité de recevoir des signaux de la part des clients ainsi que de leur diffuser des contenus basés sur des services spécifiques (par exemple triple play). Architecturés autour de cartes, il gère un certain nombre d’abonnés et leur permet l’accès à des débits spécifiques.

– des équipements d’extrémité :

*ONT (Terminaisons de Réseau Optique) dans le cas où l’équipement est dédié à un client et où la fibre arrive jusque chez le client. Il s’agit alors d’une architecture de type FTTH (Fiber To The Home). Il n’y a qu’une seule fibre par client (les signaux sont bidirectionnels)

*ONU (unité de réseau optique) dans le cas de réseaux FTTB.

Le schéma ci-dessous permet de visualiser le principe et les différents éléments constitutifs d’un réseau PON.

Figure 1 : Schéma de principe d’une architecture PON

A noter que derrière l’appellation PON se cache toute une série de variantes basées sur des protocoles différents :

– le B-PON (Broadband PON) défini dans la recommandation ITU G.983 qui s’appuie sur l’ATM, Le B-PON peut monter jusqu’à des débits de 1Gb/s dans le sens descendant et 622Mb/s dans le sens remontant mais son utilisation est usuellement vue pour des débits de 622Mb/s descendant et 155Mb/s remontant.

– le E-PON (Ethernet PON) défini dans la recommandation IEEE 802.3ah qui s’appuie sur Ethernet et présente un débit symétrique de 1Gb/s.

– Le G-PON (Gigabit PON), présenté comme le successeur du B-PON et défini dans la recommandation ITU G.984, qui s’appuie sur la GEM (G-PON Encapsulation Method) pour transporter différents protocoles. Le G-PON permet d’atteindre des débits de 1 Gb/s ou 2Gb/s dans le sens descendant et de 155Mb/s, 622Mb/s, 1 Gb/s ou 2Gb/s dans le sens remontant (sachant que le débit descendant est toujours ≥débit remontant). Mais, typiquement, le G-PON est vu pour fonctionner avec les combinaisons de débits 2Gb/s descendants, 622Mb/s ou 1Gb/s remontants.

A titre d’exemple, France Télécom a opté pour la technologie de type G-PON.

La technologie future et qui reste encore à standardiser, bien que déjà implémentée dans les réseaux hauts débit longues distances, est la WDM-PON qui se base sur le PON avec une couche de multiplexage en longueur d’onde. Le WDM permettra de booster le débit et de multiplier le débit par un facteur égal au nombre de canaux (de longueurs d’onde) utilisées.

Mutualisation

Autant le concept de mutualisation dans le xDSL fut simplement résolu en mettant à disposition des opérateurs ou des fournisseurs de services les paires de cuivre clients disponibles au niveau de l’opérateur historique, autant le concept de mutualisation dans les réseaux FTTx semblent prendre plusieurs cas de figure.

En effet, de nombreuses configurations peuvent être trouvées selon les situations. Toutefois, tous ces différents cas de figure s’appuient sur le schéma fonctionnel de la figure ci-dessous. Le point de mutualisation peut se retrouver aussi bien dans le Nœud de raccordement optique de l’opérateur d’accès que dans un boitier intermédiaire.

Figure 2 : Schéma général des différentes configurations de mutualisation

Par Nawfel Azami expert en fibre optique au Maroc