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L’EPON et le GPON sont des versions populaires des réseaux optiques passifs (PON). Ces réseaux de fibre optique à courte distance sont utilisés pour l’accès à Internet, la voix sur protocole Internet (VoIP) et la diffusion de la télévision numérique dans les zones métropolitaines. D’autres utilisations comprennent les connexions de raccordement pour les stations de base cellulaires, les points d’accès Wi-Fi et même les systèmes d’antennes distribuées (DAS). Les principales différences entre eux résident dans les protocoles utilisés pour les communications en aval et en amont.
Réseaux optiques passifs
Un PON est un réseau à fibres optiques qui utilise uniquement des fibres et des composants passifs tels que des séparateurs et des combinateurs plutôt que des composants actifs tels que des amplificateurs, des répéteurs ou des circuits de mise en forme. Ces réseaux coûtent nettement moins cher que ceux qui utilisent des composants actifs. Le principal inconvénient est une couverture plus courte limitée par la puissance du signal. Alors qu’un réseau optique actif (AON) peut couvrir une distance d’environ 100 km, un PON est généralement limité à des câbles en fibre optique de 20 km maximum. Les PON sont également appelés réseaux de fibre optique à domicile (FTTH).
Le terme FTTx est utilisé pour indiquer la distance d’un parcours de fibre. Dans FTTH, x est pour la maison. Vous pouvez également le voir appelé FTTP ou fiber to the premises. Une autre variante est FTTB pour fiber to the building. Ces trois versions définissent des systèmes où la fibre va du fournisseur de services jusqu’au client. Dans d’autres cas, la fibre n’est pas acheminée jusqu’au client. Elle est plutôt acheminée vers un nœud intermédiaire dans le voisinage. On parle alors de FTTN (fiber to the node). Une autre variante est le FTTC, ou fiber to the curb. Dans ce cas également, la fibre n’est pas acheminée jusqu’au domicile. Les réseaux FTTC et FTTN peuvent utiliser la ligne téléphonique en cuivre à paires torsadées non blindées (UTP) d’un client pour étendre les services à moindre coût. Par exemple, une ligne ADSL rapide transporte les données de la fibre jusqu’aux appareils du client.
L’arrangement PON typique est un réseau point à multipoint (P2MP) où un terminal de ligne optique (OLT) central dans les installations du fournisseur de services distribue le service de télévision ou d’Internet à un maximum de 16 à 128 clients par ligne de fibre (voir la figure). Les séparateurs optiques, dispositifs optiques passifs qui divisent un signal optique unique en plusieurs signaux égaux mais de moindre puissance, distribuent les signaux aux utilisateurs. Une unité de réseau optique (ONU) termine le PON au domicile de l’abonné. L’ONU communique généralement avec un terminal de réseau optique (ONT), qui peut être un boîtier séparé reliant le PON aux téléviseurs, téléphones, ordinateurs ou routeurs sans fil. L’ONU/ONT peut être un seul dispositif.
Dans le mode de fonctionnement de base de la distribution en aval sur une longueur d’onde de lumière de l’OLT à l’ONU/ONT, tous les clients reçoivent les mêmes données. L’ONU reconnaît les données ciblées sur chaque utilisateur. Pour la distribution en amont de l’ONU vers l’OLT, on utilise une technique de multiplexage par répartition dans le temps (TDM) où chaque utilisateur se voit attribuer un intervalle de temps sur une longueur d’onde de lumière différente. Avec cet arrangement, les séparateurs agissent comme des combinateurs de puissance. Les transmissions en amont, appelées opérations en mode rafale, se produisent de manière aléatoire lorsqu’un utilisateur a besoin d’envoyer des données. Le système attribue un créneau en fonction des besoins. Comme la méthode TDM implique plusieurs utilisateurs sur une seule transmission, le débit de données en amont est toujours plus lent que le débit en aval.
GPON
Au fil des ans, diverses normes PON ont été développées. À la fin des années 1990, l’Union internationale des télécommunications (UIT) a créé la norme APON, qui utilisait le mode de transfert asynchrone (ATM) pour la transmission de paquets sur de longues distances. L’ATM n’étant plus utilisé, une version plus récente a été créée, appelée PON à large bande ou BPON. Désignée sous le nom de ITU-T G.983, cette norme prévoyait 622 Mbits/s en aval et 155 Mbits/s en amont.
Bien que le BPON puisse encore être utilisé dans certains systèmes, la plupart des réseaux actuels utilisent le GPON, ou Gigabit PON. La norme de l’UIT-T est la G.984. Elle fournit 2,488 Gbits/s en aval et 1,244 Gbits/s en amont.
GPON utilise le multiplexage par répartition en longueur d’onde optique (WDM) afin qu’une seule fibre puisse être utilisée pour les données en aval et en amont. Un laser sur une longueur d’onde (λ) de 1490 nm transmet les données en aval. Les données en amont sont transmises sur une longueur d’onde de 1310 nm. Si la télévision est distribuée, une longueur d’onde de 1550 nm est utilisée.
Alors que chaque ONU obtient le plein débit descendant de 2,488 Gbits/s, le GPON utilise un format d’accès multiple par répartition dans le temps (AMRT) pour allouer un créneau horaire spécifique à chaque utilisateur. Cela divise la bande passante afin que chaque utilisateur obtienne une fraction telle que 100 Mbits/s selon la façon dont le fournisseur de services l’alloue.
Le débit amont est inférieur au maximum car il est partagé avec d’autres ONU dans un schéma TDMA. L’OLT détermine la distance et le délai de chaque abonné. Ensuite, le logiciel fournit un moyen d’allouer des créneaux temporels aux données amont pour chaque utilisateur.
La répartition typique d’une seule fibre est de 1:32 ou 1:64. Cela signifie que chaque fibre peut desservir jusqu’à 32 ou 64 abonnés. Des rapports de fractionnement allant jusqu’à 1:128 sont possibles dans certains systèmes.
En ce qui concerne le format des données, les paquets GPON peuvent traiter directement les paquets ATM. Rappelons que l’ATM conditionne tout en paquets de 53 octets dont 48 pour les données et 5 pour l’overhead. GPON utilise également une méthode d’encapsulation générique pour transporter d’autres protocoles. Il peut encapsuler Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, vidéo, VoIP ou d’autres protocoles en fonction de la transmission des données. La taille minimale des paquets est de 53 octets, et la maximale est de 1518. Le cryptage AES est utilisé en aval uniquement.
La dernière version du GPON est une version 10-Gigabit appelée XGPON, ou 10G-PON. Avec l’augmentation de la demande de vidéos et de services de télévision over the top (OTT), il est de plus en plus nécessaire d’augmenter les débits de ligne pour traiter les données massives de la vidéo haute définition. Le XGPON répond à cet objectif. La norme de l’UIT est G.987.
Le débit maximal du XGPON est de 10 Gbits/s (9,95328) en aval et de 2,5 Gbits/s (2,48832) en amont. Différentes longueurs d’onde WDM sont utilisées, 1577 nm en aval et 1270 nm en amont. Cela permet au service 10-Gbit/s de coexister sur la même fibre que le GPON standard. Le fractionnement optique est de 1:128, et le formatage des données est le même que celui du GPON. La portée maximale reste de 20 km. XGPON n’est pas encore largement mis en œuvre, mais fournit une excellente voie de mise à niveau pour les fournisseurs de services et les clients.
La plupart des PON sont configurés comme ceci. Le nombre de splitters et de niveaux de division varie selon le fournisseur et le système. Les rapports de division sont généralement de 1:32 ou 1:64 mais peuvent être plus élevés.
EPON
L’Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) a développé une autre norme PON plus récente. Basé sur la norme Ethernet 802.3, EPON 802.3ah spécifie un réseau passif similaire avec une portée allant jusqu’à 20 km. Il utilise le WDM avec les mêmes fréquences optiques que le GPON et le TDMA. Le débit de la ligne brute est de 1,25 Gbits/s dans les directions descendante et montante. Vous entendrez parfois parler de ce réseau sous le nom de Gigabit Ethernet PON ou GEPON.
L’EPON est entièrement compatible avec les autres normes Ethernet, de sorte qu’aucune conversion ou encapsulation n’est nécessaire lors de la connexion aux réseaux basés sur Ethernet à chaque extrémité. La même trame Ethernet est utilisée avec une charge utile pouvant atteindre 1518 octets. L’EPON n’utilise pas la méthode d’accès CSMA/CD utilisée dans d’autres versions d’Ethernet. Comme Ethernet est la principale technologie de mise en réseau utilisée dans les réseaux locaux (LAN) et maintenant dans les réseaux métropolitains (MAN), aucune conversion de protocole n’est nécessaire.
Il existe également une version Ethernet à 10 Gbit/s désignée 802.3av. Le débit réel de la ligne est de 10,3125 Gbits/s. Le mode primaire est de 10 Gbits/s en amont ainsi qu’en aval. Une variante utilise 10 Gbits/s en aval et 1 Gbits/s en amont. Les versions à 10 Gbits/s utilisent différentes longueurs d’onde optiques sur la fibre, 1575 à 1580 nm en aval et 1260 à 1280 nm en amont, de sorte que le système à 10 Gbits/s peut être multiplexé en longueur d’onde sur la même fibre qu’un système standard à 1 Gbits/s.
Sommaire
Les entreprises de télécommunications utilisent les PON pour fournir des services triple-play comprenant la télévision, la téléphonie VoIP et le service Internet aux abonnés. L’avantage est un débit de données beaucoup plus élevé, essentiel à la distribution vidéo et à d’autres services Internet. Le faible coût des composants passifs permet de simplifier les systèmes en réduisant le nombre de composants qui tombent en panne ou nécessitent une maintenance. Le principal inconvénient est la faible portée possible, qui ne dépasse généralement pas 20 km ou 12 miles. Les PON gagnent en popularité à mesure que la demande de services Internet plus rapides et de vidéos augmente. Le GPON est le plus populaire aux États-Unis, comme le système Foist de Verizon. Les systèmes EPON sont plus répandus en Asie et en Europe.
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1. Frenzel, Louis, Principes des systèmes de communications électroniques, McGraw Hill, 2008.Références
2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs Gigabit Ethernet dans les réseaux de campus, février 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, présentation pour Ericsson, novembre 2008.
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La plupart des PON sont configurés comme ceci. Le nombre de séparateurs et de niveaux de division varie selon le fournisseur et le système. Les rapports de fractionnement sont généralement de 1:32 ou 1:64 mais peuvent être plus élevés.