Typologie des réseaux en fibres optiques

Tout d’abord, notons l’évolution des terminologies sous influence américaine dans ce domaine. Pendant des décennies, depuis 1760 d’après le Dictionnaire historique de la langue française, le terme « exploiteur » a laissé la place à « exploitant », homme ou entreprise qui « fait valoir (une chose), tire parti de (quelque chose) ». D’où, il a été question, depuis, d’exploitants de terres agricoles, de réseaux d’eau, de lignes maritimes, de voies ferrées, puis de gaz, d’électricité, ensuite d’exploitants de réseaux de télécoms.

Quant au mot operator, il était présent en Amérique du Nord dans les réseaux de télécommunications non automatisés. C’était la personne qui avait la charge de vous mettre en relation avec votre correspondant. Par extension, ce mot a caractérisé les exploitants de réseaux de télécoms américains qui, peu à peu, sont devenus des operators. D’où l’évolution quelque peu inadéquate, en langue française, vers le mot « opérateur ». Ce mot, qui définissait un collaborateur en charge d’opérations...

Réseaux étendus

1. Réseaux transocéaniques et maritimes

a. Un peu d’histoire...

Dès les années 1850, les premiers essais d’installation d’un câble sous-marin en cuivre pour la télégraphie ont été tentés avec des résultats infructueux. Mais, enfin en 1858, cela réussit. Ce fut ensuite une longue série d’installations complémentaires avec diverses évolutions techniques. Un grand changement est survenu, en 1955, par la mise en œuvre de TAT-1, premier système de téléphonie par câble transatlantique. TAT-1 pouvait transporter 48 circuits téléphoniques analogiques simultanément. La série s’enrichit régulièrement jusqu’à TAT-6, installé en 1976 et transmettant 4 000 canaux.

Puis ce fut l’arrivée des câbles à fibres optiques… Le premier système fut installé en 1982 dans les îles Canaries et, en 1988, ce fut la traversée de l’Atlantique. En 1992, autre date clé, les amplificateurs optiques-électriques-optiques ont été remplacés par des amplificateurs tout optiques.

Une autre date importante, dans les réseaux transocéaniques en fibres optiques, est l’année 1998 durant laquelle fut mis en service le câble transatlantique AC-1. Ce fut le premier réseau de ce type spécifiquement conçu pour une transmission en multiplexage en longueurs d’onde. Cela lui permettait de transporter 40 Gbit/s sur quatre paires de fibres optiques qui reliaient New-York au Royaume-Uni, à l’Allemagne et aux Pays-Bas.

L’explosion de la demande de trafic, tirée entre autres par Internet et les applications de vidéo, ne fait qu’amplifier le déploiement de ces réseaux reliant les continents entre eux. Désormais, à raison de 100 Gbit/s par longueur d’onde, au multiplexage en longueurs d’onde, aux répéteurs large bande et à la technologie de transmission dite « cohérente », des débits de plusieurs térabits par seconde sont monnaie courante dans ces réseaux.

b. Quelques données chiffrées

Fin 2022, on comptait près de 490 câbles...

Réseaux de distribution point-à-point

La forte demande des clients, qui souhaitent des services nécessitant le vrai haut débit à leur domicile, entraîne les fournisseurs d’accès internet à étoffer leurs propositions de desserte en fibre optique. Et, par là même, le déploiement et la flexibilité de leurs réseaux d’accès optique (optical access network - OAN), transportant les services entre l’interface utilisateur-réseau et l’interface du nœud du service, et leurs réseaux de distribution (optical distribution network - ODN) symbolisé en langue anglais par aw2aw soit any wavelength to anywhere.

Deux grands types de techniques coexistent pour amener la fibre optique jusque chez l’abonné : soit poser une paire de fibres optiques depuis le central jusqu’au domicile, c’est l’architecture dite point-à-point, soit amener quelques fibres au plus près d’un groupe d’habitations, puis desservir les abonnés à partir de ce point, c’est la technique point-à-multipoint ou des réseaux optiques passifs (passive optical network - PON) présentés à la section Réseaux optiques passifs.

1. Point-à-point v/s multipoint

Les architectures actives de point-à-point nécessitent de lourds travaux de génie civil. Aussi, elles sont essentiellement déployées dans les nouveaux réseaux. Cela étant, leurs coûts de déploiement sont compensés, au fur et à mesure de leur exploitation, par les coûts de maintenance fort réduits.

En point-à-multipoint, la fibre optique reliant l’équipement du fournisseur d’accès jusqu’au coupleur optique passif sera empruntée par les services dédiés à plusieurs abonnés. À partir du coupleur optique passif, chaque abonné sera desservi par sa propre liaison en fibre optique.

Ainsi, le point-à-point est plutôt choisi par l’exploitant de réseaux pour de nouveaux réseaux et le point-à-multipoint pour la rentabilité de tout ou partie de réseau existant. À noter qu’en fonction du développement de la densité démographique, le point-à-point...

Réseaux optiques passifs

Les architectures de point-à-multipoint sont le domaine des réseaux optiques passifs. Ils se développent essentiellement dans les réseaux des exploitants historiques. Cela est dû à deux raisons majeures : une raison économique, tout d’abord, car les PON permettent de rentabiliser les fibres optiques déjà installées et cela avec relativement peu de contraintes de génie civil quant au déploiement ; une raison commerciale, ensuite, afin de suivre au plus près la demande des internautes qui souhaitent avoir des débits plus élevés et des services plus diversifiés.

1. Historique des PON

Il n’y a pas UN réseau optique passif mais une famille qui a évolué avec le temps pour suivre les montées en débits. C’est ainsi que se sont déployées les A-PON, B-PON, E-PON, G-PON, WDM-PON, XG-PON, G.HSP... qui coexistent et correspondent à l’évolution des technologies et des normes durant ces vingt dernières années.

Rappel historique de ces évolutions...

1990, premiers pas de l’A-PON (ATM PON).
1995, création du FSAN (full service access networks) par sept exploitants de réseaux : BellSouth, British Telecom, Deutsch Telekom, France Télécom, GTE, NTT et Telecom Italia.

Premiers travaux formalisés du FSAN sur les PON avec un objectif consistant à normaliser des équipements communs.

1998, premières spécifications du FSAN sur le B-PON (broadband PON) reprises par l’UIT dans la recommandation UIT-T G.983.1 et premiers déploiements du B-PON.

1999, émergence aux États-Unis de l’E-PON (Ethernet PON) de l’IEEE.
2000, l’IEEE crée un groupe spécialisé : l’EFM 802.3ah (Ethernet first mile).
2001, l’UIT initie avec le FSAN les travaux sur le G-PON (Gigabit-capable PON).
2003, premières spécifications sur le G-PON présentées dans les recommandations UIT-T G.984.1 et UIT-T G.984.2.

2004, l’IEEE approuve le standard IEEE 802.3ah de l’E-PON.
2005, améliorations des caractéristiques des G-PON, recommandation UIT G.983.1.
2006, premiers déploiements de WDM-PON ou ʎ-PON par Korea Telecom.
2008, standardisation...

PON à hauts débits

Cinq grands types de PON à débits élevés :

Les NG-PON2 de l’UIT-T à 40 Gbit/s, définis dès 2013, PON multi-longueurs d’onde, largement installés et dont les caractéristiques sont mises à jour régulièrement pour suivre les évolutions de ces systèmes.
Les 25G-PON à 25 Gbit/s et 50G-PON à 50 Gbit/s de l’UIT-T, PON s’appuyant sur des débits supérieurs à 10 Gbit/s par longueur d’onde et définis en 2008.
Les 25GE-PON à 25 Gbit/s et 50GE-PON à 50 Gbit/s de l’IEEE dont les travaux de normalisation ont été publiés dans la cinquième refondation des normes Ethernet - IEEE 802.3-2022 - dans la section 9 clauses 141 à 144 et annexes associées.
Les higher speed PON (HSP) de l’UIT-T.
Les Super-PON de l’IEEE.

1. NG-PON2 à 40 Gbit/s

De mars 2013 à juin 2023, de recommandation en recommandation et d’amendement en amendement, ces réseaux évoluent et se déploient régulièrement. En quelques mots, les grandes caractéristiques du NG-PON2 sont une architecture TWDM avec 4 à 8 paires de longueurs d’onde, un flux descendant à 2,5 ou 10 ou 40 Gbit/s, un flux remontant à 2,5 ou 10 Gbit/s, une distance entre le central et l’abonné pouvant atteindre 20, 40 ou 60 km, un taux de couplage de 1 pour 32, 64 et jusqu’à 256 abonnés. Visite guidée...

UIT-T G.989.1

Pour suivre la demande de débits croissants, l’UIT a publié, en 2013, une recommandation sur des réseaux pouvant assurer des transmissions de 40 Gbit/s, la recommandation UIT-T.989.1 intitulée : 40-Gigabit-capable passive optical networks 2 (NG-PON2): General requirements.

Elle spécifie les caractéristiques d’un réseau optique passif assurant un flux descendant de 40 Gbit/s, en agrégeant quatre fois 10 Gbit/s, et un flux remontant de 10 Gbit/s. Ce réseau de nouvelle génération, le NG-PON2, est un réseau d’accès « flexible » capable de supporter les demandes en bande passante des services aux entreprises, aux abonnés particuliers ainsi qu’aux dorsales d’applications...

Normalisation des PON

1. Travaux du FSAN

Le FSAN (full service access network) a été créé en 1995 sous forme de forum par sept exploitants de réseaux internationaux : BellSouth, British Telecom, Deutsch Telekom, France Télécom (devenu Orange), GTE, NTT et Telecom Italia. Leur objectif était d’initier et poursuivre des travaux formalisés afin de normaliser des équipements communs pour les réseaux optiques passifs.

Leurs premiers résultats furent la détermination des caractéristiques du B-PON qui ont été reprises par l’UIT-T dans la recommandation G.983.1. Puis, le FSAN a poursuivi ses études de développement des réseaux d’accès et a largement contribué à la rédaction des recommandations de l’UIT-T concernant les G-PON, XG-PON, XGS-PON et NG-PON2.

Fort de plus de 70 membres dont 26 opérateurs, le forum FSAN continue ses travaux. Ceux-ci se sont concrétisés par la publication par l’UIT-T de diverses recommandations sur les réseaux optiques passifs à hauts débits, cf. sous-section Higher speed PON (HSP) de l’UIT-T.

Plus d’informations sur le site internet du FSAN : http://www.fsan.org/

2. Recommandations de l’UIT-T

L’Union internationale des télécommunications a édité et fait régulièrement évoluer ses recommandations dont celles sur les réseaux optiques passifs.

Principales recommandations de l’UIT-T pour les PON

G.984.1 - Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics

G.984.2 - Gigabit-capable Passive Optical...

Déploiement et futur des PON

Depuis trois décennies déjà, les exploitants de réseaux doivent faire face aux demandes de débits de plus en plus élevés dues aux nouveaux usages des abonnés particuliers dont la vidéo, des entreprises et organisations dont les mégadonnées (big data) et centres de données (data centers), du transport de la téléphonie mobile - la 5G, aujourd’hui, la 6G, demain -, des applications de l’industrie 4.0, de vidéoprotection, de capteurs et réseaux de capteurs, etc.

Pour cela, la desserte en fibre optique s’est imposée et, avec elle et pour des raisons financières et de rapidité d’installation, le point-à-multipoint, via les réseaux optiques passifs (PON), est une solution largement plébiscitée. Réalisations et perspectives…

1. PON en 2015-2025

Cette période est la résultante des premiers déploiements des PON, cf. sous-section Premiers PON qui ont laissé leur place au G-PON.

Ce G-PON a su se maintenir sur le marché car l’UIT-T a régulièrement révisé et actualisé les recommandations G.984.x (avec x = 1 à 5) afin que les investissements réalisés puissent être amortis. Il est donc encore en usage.

Cependant, pour les nouveaux réseaux, il est supplanté...

Fibres pour radio et téléphonie mobile

La fibre optique est un grand allié des applications de radiocommunications et de téléphonie mobile. Quelques points de vue des branches télécommunications et radiocommunications de l’UIT : UIT-T et UIT-R…

1. Radiocommunications sur fibre : G.9803

En 2018, les radiocommunications sur fibre optique (radio-over-fibre - RoF) font l’objet d’une publication de l’UIT-T, la recommandation G.9803 intitulée Radio over fibre systems.

Cette recommandation définit un nouveau type de réseau d’accès optique qui est basé sur les technologies RoF. Ceci se traduit par la définition de l’architecture et des exigences fonctionnelles des systèmes radio transmis via une fibre optique. De plus, elle spécifie les systèmes de transmission radio sur fibre adaptés au réseau d’accès, soit la coexistence avec les réseaux PON, et aux applications de radiolocalisation.

Architecture type d’un système RoF duplex

En 2019, l’amendement 1 ajoute un contenu qui concerne les systèmes RoF prenant en charge le service IMT-2020 basé sur la version 15 du 3GPP. De plus, des rapports récents sont ajoutés dans la partie bibliographie.

Rappelons que :

L’IMT-2020 - International mobile telecommunications for 2020 ou Télécommunications mobiles internationales pour 2020 - a été le nom d’un groupe de travail de l’UIT-T, créé en 2015, pour analyser les interactions des nouvelles technologies de la cinquième génération - 5G - et définir les exigences nécessaires à la mise en œuvre des systèmes 5G.
Le 3GPP ou Third Generation Partnership Project regroupe des organismes de standardisation, des industriels et des associations et mène des travaux sur les solutions techniques en parallèle avec celles de l’UIT-R (site internet : https://www.3gpp.org).

En 2022, l’amendement 2 ajoute de nouvelles architectures RoF et des exigences associées pour prendre en charge les applications mobiles de raccordement sur le service IMT-2020.

Recommandation G.9803 - Amendement 2 : https://www.itu.int/rec/T-REC-G.9803-202202-I!Amd2

2. Radiocommunications sur fibre : les suppléments...

Fixed Fifth Generation - F5G

1. Piège du nom

L’acronyme F5G est trompeur et pourrait faire croire qu’il s’agit d’un item dépendant de la cinquième génération de la téléphonie mobile, la 5G.

Non. Cela indique la cinquième génération des réseaux fixes des exploitants de réseaux et autres opérateurs ! Comme le déploiement desdits réseaux s’appuie largement sur la fibre optique, l’acronyme F5G est parfois développé en Fiber 5G.

De fait, depuis la création des réseaux de télécommunications fixes, il y a plus d’une centaine d’années, il est généralement admis de considérer que plusieurs générations de réseaux fixes se sont succédées. Revisitons l’histoire…

2. Historique des F1G à F4G

a. Première génération - F1G

Cette génération est composée des réseaux de téléphonie fixe et elle s’étend de la naissance du téléphone jusqu’à la fin du XX^e siècle, soit sur près d’un siècle. Le défi a été de réaliser l’infrastructure d’un réseau mondial permettant d’apporter des services d’un point quelconque du réseau jusqu’à n’importe quel autre point du réseau.

Au début, le principal service offert était la simple téléphonie. Puis, dans les années 1975-1980, sont arrivés les premiers envois de données tels que la transmission de données à commutation de paquets de la société Transpac qui a permis, entre autres, le déploiement du Minitel apportant des services précurseurs de ceux d’Internet, ainsi que le réseau RNIS - réseau numérique à intégration de services (Integrated services digital network - ISDN). Ainsi, le réseau purement analogique a évolué vers un réseau numérique VDI, soit un réseau transmettant la voix, les données et les images.

b. Deuxième génération - F2G

Des années 1990 à 2000, le réseau fixe entre de plain-pied dans...

Réseaux d'exploitants en fibres optiques