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Le point sur... FTTH point-multipoint passif (PON)

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21 janvier 2011
L’architecture FttH point-multipoint passive, ou PON, soit en anglais passive optical network, se caractérise par l’absence d’équipements actifs entre le central et les habitations desservies, et par un partage de la fibre entre plusieurs utilisateurs, dans la partie amont du réseau de desserte. Le support physique étant partagé, les flux engendrés par les différents usagers sont dissociés par un étiquetage des données dans le sens descendant, et un partage du temps de parole dans le sens montant. Parmi les différents standards, le EPON et le GPON émergent aujourd’hui ; ils permettent tous deux des débits supérieurs au Gbit/s. Le PON permet de réduire la capacité nécessaire au niveau des infrastructures d’accueil ; en revanche, si l’architecture déployée est strictement limitée au PON, la capacité d’évolution et la marge de manœuvre des fournisseurs de service sont réduites.
Prérequis : la lecture des fiches fibre optique (prochainement disponible) et FTTx : réseau optique de desserte est recommandée.

Architecture et fonctionnement

Par convention, on considèrera que le central optique (lieu d’interface entre les niveaux collecte et desserte, équivalent du NRA pour l’ADSL) constitue l’amont du réseau et les immeubles desservis l’aval (du central à l’usager le sens est descendant).

Eléments constitutifs de l’architecture

Dans l’architecture FTTH point-multipoint passive (souvent appelée PON, pour passive optical network) , une fibre unique part du central et se raccorde à un groupe de fibres au niveau d’un point de partage afin de desservir plusieurs habitations. Outre les câbles optiques, le PON est constitué de l’amont vers l’aval, de trois principaux éléments constitutifs :

- au niveau du central, un équipement actif, l’ Optical Link Terminal (OLT) envoie et reçoit les signaux lumineux porteurs des données. Chaque port de l’OLT est relié au coupleur optique par une fibre unique.

- le coupleur optique (ou splitter) est un équipement passif (sans électronique donc non alimenté en électricité) dont le fonctionnement est basé sur la seule propagation de la lumière à l’intérieur des fibres. Dans le sens descendant, le coupleur divise le signal optique en provenance de l’OLT. Dans le sens montant, il combine par addition les signaux optiques en provenance des abonnés. Le coupleur n’est pas capable d’aiguiller, de modifier, de retarder ou de bloquer les signaux qui le traversent.

- chaque fibre sortant du coupleur est reliée à un équipement actif placé au niveau de chaque logement : l’Optical Network Termination (ONT pour le FttH), interlocuteur direct de l’OLT. Dans le cas le plus courant, tous les ONT émettent sur une même longueur d’onde (pour des raisons de coût et de gestion des équipements).

De manière générale, on cherche à placer les coupleurs au plus près des zones qu’ils vont desservir, afin d’augmenter le linéaire sur lequel la fibre est partagée. On crée donc ainsi des « poches » de logements, géographiquement proches les uns et des autres et toutes raccordées au même port d’un OLT.

Fonctionnement interne : les règles de partage de la fibre optique

Des règles régissant le partage de la fibre optique entre le coupleur et l’OLT sont nécessaires dans les deux sens :

- dans le sens descendant : chaque abonné ne reçoit que les informations le concernant. Tous les ONT reçoivent l’ensemble des données mais seul l’ONT concerné les retransmet dans le réseau interne de l’abonné. Le débit instantané du PON est partagé entre tous les abonnés recevant des données. Si un seul abonné télécharge, il peut disposer de tout le débit maximum autorisé par le PON sauf limitation mise en place par l’opérateur, par choix commercial ou technique vis-à-vis de son réseau de collecte.

- dans le sens montant : le coupleur étant passif, et les ONT émettant tous dans la même longueur d’onde, si les signaux émis par deux ONT parvenaient simultanément au coupleur, ils ressortiraient sous la forme d’un mélange illisible par l’OLT. On utilise donc un partage du "temps de parole". L’OLT attribue à tour de rôle à chaque ONT un intervalle de temps (quelques microsecondes) pendant lequel cet ONT est seul autorisé à émettre. S’il a beaucoup de données à transmettre, l’OLT lui attribue davantage de temps de parole, et inversement elle le réduit pour les ONT qui émettent peu. Une autre solution de partage dans le sens montant consiste à utiliser une longueur d’onde par ONT (multiplexage en longueur d’onde), chacun disposant alors d’un « couloir étanche » jusqu’à l’OLT. Cette solution est toutefois encore trop coûteuse pour que les opérateurs envisagent des déploiements à grande échelle. Elle est en revanche utilisée, dans une moindre mesure, afin que les données puissent être envoyées et reçues simultanément (full-duplex) sur une même fibre, chaque sens employant une longueur d’onde distincte.

Les différents standards

Il existe différents standards en matière de réseaux PON. Les évolutions les plus récentes, et les plus utilisées dans les déploiements FttH aujourd’hui, sont le EPON (Ethernet PON) et le GPON (Gigabit capable PON).

EPONGPON
Débit max. total par port 1,25 Gbit/s symétrique 2,4 Gbit/s symétrique
Abonnés par port OLT Jusqu’à 32 Jusqu’à 64
Distance
OLT-ONT
Jusqu’à 20km Jusqu’à 60km
Maturité Standard mature (2000) Standard récent (2005)

Dans la pratique, à un standard correspondent des équipements actifs spécifiques (OLT et ONT : c’est à leur niveau que s’opère le choix technologique.) Ceci étant, la partie passive optique peut ne pas être neutre : la fibre elle-même l’est (on utilise les mêmes fibres quelle que soit la technologie), mais le dimensionnement (longueur des lignes, coefficient de couplage) peut conditionner le choix d’un standard.

Avantages et inconvénients

Avantages : des infrastructures moins conséquentes

- En amont, on emploie moins de fibres optiques (et donc des câbles plus petits) qu’avec une solution point-à-point. La capacité des infrastructures d’accueil peut donc être moindre. Ceci est particulièrement intéressant si on réutilise des fourreaux existants dont la capacité peut être limitée.

- Contrairement à une solution point-multipoint active (AON = Active Optical Network), avec des commutateurs installés entre les OLT et les abonnés, aucun local alimenté en énergie n’est nécessaire dans cette partie du réseau, ce qui entraîne des économies d’investissement, d’exploitation et de maintenance.

- Au niveau du central, le PON permet d’économiser de l’espace grâce au partage des ports des équipements actifs entre plusieurs abonnés. En contexte urbain ou dans le cadre de la réutilisation d’un local existant de dimensions réduites, cela peut représenter une source d’économie importante.

Inconvénients : une capacité d’évolution limitée du PON strict

- Si les fourreaux et câbles optiques mis en place correspondent au strict nécessaire à la réalisation d’un PON, alors la capacité d’évolution du réseau est limitée. On ne dispose en effet en ce cas d’aucune réserve de capacité dans les fourreaux et d’aucune fibre excédentaire dans la partie amont, on ne peut donc pas évoluer vers une architecture point-à-point (nécessitant le passage de câbles supplémentaires) sans réaliser de nouvelles infrastructures d’accueil.

- De plus, si un réseau est construit sur une architecture PON stricte, celui-ci ne peut être partagé entre plusieurs fournisseurs de service qu’au niveau transport : un opérateur unique gère les OLT, et transporte jusqu’aux abonnés les données apportées au central par des fournisseurs de service. Ceux-ci sont dépendants des choix technologiques, des offres et du niveau de service de l’opérateur. Le niveau d’indépendance et donc de compétitivité des fournisseurs de service y est amoindri, par rapport à un dégroupage physique où chaque fournisseur de services aurait la possibilité de gérer lui-même ses équipements actifs de desserte.

Ces deux difficultés peuvent être traitées par une architecture combinant le point-multipoint et le point-à-point, par la pose anticipée de fourreaux et fibres optiques excédentaires sur certains tronçons du réseau et la mise en place de nœuds de flexibilité entre le central et les abonnés.

Pour en savoir plus

Sur internet :
- architectures de réseaux FttH (sur le site wiki du CREDO)

Le point sur...
- Le FTTx : réseau optique de desserte
- La communication sur fibre optique
- Infrastructures d’accueil pour réseaux filaires
- Les réseaux : demain Très haut débit, ubiquité, convergence

Contact
Groupe Aménagement Numérique des Territoires - CETE de l’Ouest


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Commentaires sur l'article
  •  remerciement, par je suis employé à FRANCE TELECOM et justement cet opérateur développe un réseau fibre ds pas mal de grande villes http://, le 7 avril 2008 à 14h16
    merci beaucoup : je n’ai jamais rien lu d’aussi clair concernant la fibre ; votre site est mtnt ds mes favoris ...je vais passer du tps avec vs...encore MERCI ! car je me régale

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