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WiMAX : bilan d’une expérimentation en zone rurale

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20 novembre 2006
Territoire rural, le Pays des Vals de Saintonge a mené une expérimentation de la technologie WiMAX en situation réelle. Achevée début 2006, cette expérience a permis de préciser les atouts et les point faibles de cette technologie déployée en secteur rural.

Intérêt de l’étude menée

Le rapport d’étude réalisé à l’issue de l’expérimentation WiMAX en Vals de Saintonge est intéressant pour plusieurs raisons :

- il est indépendant des stratégies commerciales des opérateurs et des constructeurs d’équipements : l’expérience a été menée par une collectivité, et c’est le service TIC de la collectivité qui a rédigé le rapport.

- il apporte une vision concrète et assez détaillée de ce que donne le WiMAX, dont on entend beaucoup parler, en situation réelle d’exploitation. Il fait ainsi le lien entre la théorie et la réalité.

- de par sa forme globalement chronologique, il retrace les évolutions, vues depuis un territoire, du phénomène WiMAX, de 2003 où il était à peine connu, jusqu’à début 2006 où Google donne plus de 15 millions de réponses pour le mot "WiMAX" .

Ce qui suit est le résumé des principaux points détaillés dans le rapport d’étude réalisé par le Pays des Vals de Saintonge, et tend donc à refléter le point de vue des auteurs de cette étude.

Contexte

Equissée dès 2002, véritablement lancée à partir de 2003, et achevée en janvier 2006, l’expérimentation porte sur le déploiement de la technologie WiMAX dans un territoire rural. Cette expérience fait partie des expérimentations "technologies alternatives" sélectionnées par la DATAR (depuis devenue DIACT).

Acteurs

Le porteur du projet est le Pays des Vals de Saintonge, syndicat mixte regroupant 7 communautés de communes, regroupant elles-même 117 communes. Le Pays s’est entouré dans sa démarche de deux partenaires principaux. e-Qual, opérateur local spécialisé dans le Wi-Fi et le satellite, prend la fonction d’opérateur du réseau WiMAX. TDF apporte une expertise en matière de transmission radio, et met à disposition des points hauts.

Le budget du projet est d’environ 200.000€ HT.

Le territoire

L’expérience porte sur un territoire d’environ 40km x 50km. Il s’agit d’un territoire rural, avec de petits hameaux, des bourgs et le cadre urbain de Saint-Jean d’Angély. Le relief est légèrement valloné, avec un point culminant à 173m.

La population est relativement peu dense (36 habitants/km²). Le tissu économique est constitué principalement de petites et moyennes entreprises.

En matière de haut débit, en octobre 2005, la couverture ADSL est totale sur certaines communes, partielle sur d’autres, et totalement absente pour 7 d’entre elles. Il n’y a pas de dégroupage et pas de réseau alternatif à celui de France Télécom. Le Pays des Vals de Saintonge se considère comme "sous-développé en terme d’infrastructure numérique" .
Calendrier

- 2002 : appel à candidatures de la région Poitou-Charentes pour le programme "Territoire numérique expérimental"

- 2003 :

  • le Pays des Vals de Saintonge est retenu pour ce programme, qui finalement n’aboutit pas mais permet tout de même de structurer le projet
  • la DATAR lance un appel à candidatures pour des expérimentations "Technologies alternatives" ; le Pays des Vals de Saintonge est retenu
  • le Pays commence à rechercher des partenaires

- 2004 :

  • les partenaires, e-Qual et TDF, sont retenus
  • études techniques et réglementaires du projet

- 2005 : début de l’expérience sur le terrain

- 2006 : fin de l’expérience et rapport d’étude

Le protocole expérimental mis en place

Architecture du réseau

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Schéma de principe du réseau WiMAX mis en place

Remarques :

- les stations de base WiMAX n’étant pas prévues pour des liaisons point-à-point, la station principale et la station secondaire sont reliées entre elles comme si la station secondaire était un abonné par rapport à la station principale. Cette solution "de secours" a été déployée parce qu’il n’était pas possible de mettre en place une liaison fibre ou par faisceau hertzien dans le cadre de l’expérimentation.

- les stations de base sont implantées sur des pylônes TDF existants, à des altitudes de 109m (station principale) et 63m (station secondaire)

- matériel utilisé : les stations de base et les CPE utilisées sont fabriqués par Alvarion ; ils ont été retenus à l’issue d’une consultation et d’une audition.

Tests réalisés

- 32 testeurs permanents, de profils variés (collectivités, entreprises, particuliers) et dans des configurations de terrains diverses (proche ou éloigné de la station, avec ou sans ligne de vue, en milieu urbain, en zone isolée...). Ils sont répartis dans un rayon d’une quinzaine de kilomètres autour des stations de base.

- tests mobiles (matériel embarqué à bord d’un véhicule) pour des mesures ponctuelles, sur environ 50 sites

Les tests ont porté sur :

- la portée du signal WiMAX, avec et sans ligne de vue

- les débits et les temps de réponse

- le fonctionnement des classes de service (QoS)

Principales conclusions de l’étude

Installation des équipements

- stations de base : la principale difficulté est de trouver des points hauts disponibles ; ici, deux pylônes TDF ont été utilisés. L’installation n’a pas posé de problème notable.

- chez le client : il n’existe pas encore de CPE indoor. Le CPE est constitué d’une partie placée à l’extérieur du bâtiment (ODU), et d’un boîtier interface à l’intérieur (IDU). Il ressort de l’expérience que l’installation chez le client est une opération assez longue ; le temps de travail est estimé à une demie-journée par site (en plus du travail d’analyse sur site réalisé en amont pour prépositionner l’antenne). Les paramètres à prendre en compte sont nombreux, et à quelques dizaines de centimètres prêt, on peut passer d’une réception nulle à un bon niveau de signal. La commercialisation de CPE indoor pourrait rendre l’installation plus simple, mais au détriment de la portée du signal.

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Schéma de principe des CPE WiMAX
L’équipement client (CPE) est constitué de deux parties, une intérieure (IDU) et une extérieure (ODU), ce qui complique l’installation

Performances du WiMAX

Portée

Résultat des tests de portée en LOS et NLOS

- avec ligne de vue (LOS), les conclusions de l’expérience sont les suivantes :

  • quand l’utilisateur est à moins de 10km de la station de base, le signal WiMAX est reçu
  • quand l’utilisateur est situé entre 10 et 15km de la station de base, il peut y avoir réception, mais pas toujours
  • quand l’utilisateur est situé à plus de 15km, il n’y a généralement pas de signal

- sans ligne de vue (NLOS), la principale conclusion de l’étude est qu’il n’y a pas de règle fiable :

  • à moins de 5km, il y a généralement réception du signal, mais pas toujours. La proximité d’arbres ou de bâtiments peut faire passer une situation de positive à négative.
  • de 5 à 10km, il y a réception uniquement si on est "très proche de la ligne de vue" - cette notion étant très floue
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Représentation schématique des résultats des tests de portée avec et sans ligne de vue

On retient de l’expérience qu’en l’absence de ligne de vue, une étude très fine, menée sur le terrain au cas par cas, apparaît nécessaire. Le profil du terrain est en effet à croiser avec des éléments de l’environnement proche (bâtiments, arbres...).

Concernant la portée du signal, on peut donc résumer les résultats ainsi :

- la seule configuration donnant une garantie d’éligibilité assez fiable est celle où l’utilisateur est à moins de 10km de la station et en ligne de vue

- dans les autres cas, des études très fines doivent être menées sur le terrain afin de déterminer si un site est éligible ou non

Débits et latence

- les débits descendants mesurés varient généralement entre 1 et 6 MBit/s ; des pointes à 12 Mbit/s ont pu être observées

- les débits peuvent être symétriques si on l’autorise au niveau des classes de service (voir ci-après)

- les temps de réponse internet mesurés sont d’environ 80-100ms (contre 45-85ms en moyenne pour de l’ADSL, ou 200ms pour du RTC)

Classes de service

Les classes de service permettent de définir des "niveaux de priorité" et des débits minimaux et maximaux pour chaque utilisateur, via des réglages individualisés au niveau de la station de base.

Les modifications de classe réalisées dans le cadre de l’expérience ont fait apparaître des modifications en temps réel des débits observés, ce qui confirme le bon fonctionnement du système de classes de service et laisse entrevoir des possibilités intéressantes en matière de déploiement commercial.

Potentiel commercial du WiMAX

Maturité de la technologie

L’impression générale qui ressort à la lecture de l’étude est celle d’une collectivité qui a fait l’expérience des écarts importants qui peuvent exister entre les discours et les annonces portant sur un projet de technologie, le WiMAX, et la réalité.

Il ressort que la technologie WiMAX est, au moment où l’expérience se déroule, soit 2004-2006, encore assez immature. En 2004, seuls deux équipementiers étaient en mesure de proposer des équipements conformes aux besoins de l’expérience. Les discours des acteurs sur les performances de la technologie ne sont pas accordés, les calendriers annoncés changent régulièrement. Il existe très peu d’expériences transparentes et détaillées, en situation réelle, faisant apparaître les performances de la technologie en exploitation.

Satisfaction et intérêt des usagers

Il est à signaler que l’expérience n’intégrait pas vraiment la dimension financière du WiMAX ; les clients testeurs ne payaient pas d’abonnement.

Une enquête a toutefois été menée à l’issue de la période expérimentale, afin d’évaluer le niveau de satisfaction des utilisateurs et leur intérêt pour d’éventuelles offres commerciales WiMAX.

Sur les 27 testeurs interrogés, près de 90% sont satisfaits ou très satisfaits. Environ 10% sont insatisfaits, ce qui peut s’expliquer par le caractère expérimental et le fait que certains sites étaient volontairement dans des configurations "incertaines" en terme de qualité de service.

84% des testeurs seraient prêts à conserver un accès internet WiMAX. Parmi les entreprises, 70% seraient prêtes à payer 50€/mois ; parmi les particuliers, 87% seraient prêts à payer 30€/mois.

Pistes pour un déploiement commercial

Par rapport à l’ADSL, principale solution de desserte haut débit à l’heure actuelle, les différences d’investissement pour une desserte WiMAX ne sont pas significatives (à nombre d’abonnés et services similaires).

Même dans un territoire rural peu dense, la couverture ADSL est assez bien développée ; en considérant le WiMAX comme une technologie complémentaire, c’est-à-dire ciblant uniquement les clients non éligibles à l’ADSL, on risque de devoir réaliser des investissements importants pour un nombre de clients assez faible. L’autre approche est de proposer une offre différente de ce que propose l’ADSL. Ainsi, le système de gestion des classes de service du WiMAX pourrait permettre de développer des offres commerciales très fines, adaptées aux besoins propres de chaque utilisateur.

Par ailleurs, les perspectives de nomadisme puis de mobilité du WiMAX vont en ce sens : c’est dans le développement de services innovants que le WiMAX pourrait trouver sa place dans un marché du haut débit dominé par l’ADSL - même en secteur rural.

Les principaux obstacles potentiels identifiés dans le cadre de l’expérience sont :

- l’installation des CPE, qui reste assez lourde
- le besoin d’études d’éligibilité sur le terrain, dans de nombreux cas
- les aspects de gestion du réseau qui sont à améliorer
- la disponibilité et le coût des points hauts
- la nécessité de renforcer le dialogue entre opérateurs et collectivités, afin que les offres de service proposées par les premiers correspondent véritablement aux besoins du territoire ressentis et exprimés par les seconds

Limites de l’expérience

Pour conclure, quelques commentaires sur les limites de l’expérience et les points sur lesquels elle n’apporte pas d’information.

- conditions météorologiques : aucune information ne ressort de l’étude en ce qui concerne un éventuel impact des conditions climatiques sur les performances du réseau WiMAX

- conditions de charge sur le réseau : de l’aveu même du porteur de l’expérimentation, le fait que seulement 30 sites soient desservis avec 2 stations de base empêche toute conclusion en ce qui concerne le comportement du système en situation de charge

- facturation et approche commerciale : la dimension commerciale d’un véritable déploiement n’a pas été intégrée dans l’expérience, afin que celle-ci puisse être menée à bien sur les autres aspects (évaluation des performances de la technologie)

Liens externes

- Le blog de l’expérimentation, sur le site de la FING, mis à jour par le service TIC du Pays des Vals de Saintonge tout au long de l’expérience

- Le Wimax, technologie complémentaire à l’ADSL "Limite de propagation du signal radio, coûts d’équipements élevés... Avant d’opter pour le Wimax, mieux vaut analyser les besoins d’une région. Bilan de la première expérimentation grandeur nature en France, en Pays des Vals de Saintonge." Bilan de l’expérience par le Journal du Net (28/02/2006)


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