Tutoriel FTTH Fibre-To-The-Home

 

Les opérateurs de télécommunications du monde entier se sont rendu compte que leur infrastructure d'accès cuivre vieillissante était taxée, car les clients résidentiels et commerciaux utilisent de plus en plus d'applications symétriques gourmandes en bande passante. Le paysage des télécommunications a mûri à un point tel que les opérateurs cherchent à offrir la convergence des réseaux et à permettre la révolution de l'interaction des appareils multimédias grand public. Ces demandes sont satisfaites par la pénétration plus profonde de la fibre optique dans les réseaux d'accès et le déploiement croissant de la fibre jusqu'au domicile (FTTH). En conséquence, le FTTH est la technologie large bande mondiale à la croissance la plus rapide, avec des déploiements importants en Asie, en Europe et en Amérique du Nord.

Ce didacticiel fournit des détails sur les raisons pour lesquelles les opérateurs déploient le FTTH aujourd'hui, tout en détaillant les architectures et les protocoles utilisés dans son déploiement. Le réseau optique passif (PON) et le réseau point à point (P2P) sont définis ainsi que les multiples protocoles et normes de prise en charge tels que le mode de transfert asynchrone ATM et Ethernet et leurs capacités vidéo résultantes. Ensuite, les composants et technologies utilisés dans l'usine extérieure sont détaillés. La dernière partie compare et oppose le déploiement de FTTH, Building, Curb et Node (communément appelé groupe FTTx).

Pourquoi les opérateurs déploient-ils le FTTH ?


Le XXIe siècle a annoncé d'innombrables changements dans notre paysage; aucun ne sera sans doute plus important que la transformation des moyens de nos fournisseurs de télécommunications d'offrir aux consommateurs, tant résidentiels que d'affaires, des services de télécommunication. Ce phénomène est sous-tendu par deux technologies : le protocole Internet (IP) et la fibre optique. Aujourd'hui, la technologie est disponible pour fournir toutes les classes de service, voix, vidéo et données, sur un protocole commun (c'est-à-dire l'IP).

Les opérateurs évoluent rapidement pour maximiser le nombre de services qu'ils offrent à un seul client via une offre groupée. Des technologies telles que la VoIP, l'IPTV et le haut débit deviennent monnaie courante dans notre société. Au fur et à mesure que des services et des technologies groupés sont déployés, les opérateurs se rendent compte que leurs réseaux d'origine, conçus pour fournir efficacement un service unique, sont sollicités et, dans de nombreux cas, incapables d'offrir les services souhaités. La figure 1 illustre le service d'abonné prévu et la demande de bande passante. Les réseaux d'aujourd'hui sont conçus pour fournir 20 Mbps (au moins) tandis que dans 3 à 5 ans, les opérateurs auront besoin d'une capacité de 40 Mbps (au moins) car plusieurs services sont utilisés à la maison, la TVHD devient plus répandue et les utilisateurs exigent des connexions Internet plus rapides. Il en résulte le plus gros investissement dans le réseau d'accès depuis le début du siècle et le câblage du monde occidental pour les services vocaux.

En tête de cette vague d'investissements se trouve le déploiement de la fibre monomode plus profondément dans ces réseaux d'accès afin de réduire les besoins en bande passante assoiffés de leurs clients. De plus en plus, les opérateurs constatent que le déploiement de la fibre jusqu'au client permet la pérennité du réseau, maximise le débit de bande passante symétrique du réseau d'accès d'un opérateur, assure la fiabilité du réseau, réduit considérablement les dépenses d'exploitation et offre de meilleures opportunités de revenus. L'industrie appelle cette technologie FTTH.

Architectures FTTH

 

Le déploiement de la fibre optique dans un réseau d'accès peut être réalisé de multiples façons. En fait, de nombreuses technologies d'accès sont communément appelées FTTx alors qu'il s'agit simplement de combinaisons de fibres optiques et de réseaux à paires torsadées ou de câbles coaxiaux. Ces technologies ne fournissent pas la capacité inhérente d'un réseau FTTH.

Le FTTH est tout simplement le déploiement à 100% de la fibre optique dans le réseau d'accès. Il est couramment déployé dans deux configurations spécifiques. Dans le premier, une fibre est dédiée à chaque utilisateur du réseau d'accès. C'est ce qu'on appelle un réseau P2P. Dans le second, une fibre est partagée (via un répartiteur de puissance) entre un nombre défini d'utilisateurs, généralement entre 16 et 32, et est appelée PON. Le déploiement de réseaux P2P et PON présente des avantages et des inconvénients en fonction de considérations financières, de bande passante et de composants.

Les réseaux P2P se caractérisent par l'utilisation d'une fibre et d'un laser par utilisateur. Ce sont les réseaux FTTH les plus simples à concevoir. Les réseaux P2P sont parfois appelés tous les réseaux Ethernet optiques (AOEN). La figure 2 illustre plusieurs exemples de déploiement d'architectures P2P. Encore une fois, une fibre dédiée se termine au niveau de l'abonné et des appareils actifs au bureau central (CO) pour un fournisseur de télécommunications ou tête de réseau (HE) dans le cas d'un opérateur CATV ou d'un appareil distant sur le terrain. L'appareil distant ou le commutateur sur le terrain est toujours un appareil actif et doit être utilisé sur l'ensemble du réseau. Les caractéristiques d'un réseau P2P comprennent l'électronique active sur le terrain, leur simplicité inhérente, sont riches en fibres et ne nécessitent aucun partage de fibre ou de bande passante pour l'abonné.

Les PON se caractérisent par le "dédoublement" de la fibre optique une ou plusieurs fois sur le terrain, entraînant le partage de la fibre optique entre plusieurs utilisateurs. La fibre d'un PON est généralement partagée avec 16 à 32 utilisateurs. Par conséquent, la bande passante de la fibre provenant du CO/HE est partagée entre un groupe d'utilisateurs. La séparation du réseau est réalisée par un séparateur optique. Ces séparateurs peuvent diviser la fibre 2 à 32 fois et, de par leur nature, introduisent des pertes intrinsèquement élevées dans le réseau. Par conséquent, leur utilisation est limitée en raison des considérations de budget de puissance du réseau. Un PON aura moins de portée optique qu'un réseau P2P, qui n'utilise pas de séparateurs. En règle générale, un PON est capable d'atteindre des abonnés à 20 km de l'émetteur d'origine, ce qui couvrira 98 % de la population. Un PON se caractérise par l'absence d'électronique sur le terrain et est soutenu par un ensemble de normes matures et est l'architecture FTTH la plus largement déployée aux États-Unis. La figure 3 illustre les multiples configurations d'un PON.

Les opérateurs qui déploient PON ont des choix architecturaux supplémentaires à trier. Il s'agit notamment de choisir entre un répartiteur centralisé et un répartiteur distribué/en cascade. Les deux sont déployés pour des raisons différentes en fonction des compromis de leurs caractéristiques spécifiques.

Une division centralisée fournit un emplacement "central" pour tous les répartiteurs PON ; généralement situé dans une armoire passive, classée sur le terrain (voir la Figure 4 par exemple). Les opérateurs cherchant à maximiser l'efficacité du port dans le CO/HE et l'utilisation de séparateurs 1×32 afin de maximiser la capacité partagée de l'usine de fibre seront attirés vers une configuration de division centrale. Cela se traduit par la minimisation du nombre d'émetteurs utilisés dans le CO/HE et les séparateurs optiques et la fibre sur le terrain. L'architecture divisée centralisée permet également une meilleure mesure globale de la perte pour le PON, augmentant ainsi la fiabilité du réseau. Un seul séparateur 1 × 32 a moins de perte que les séparateurs en cascade 1 × 2, 1 × 4, 1 × 8 et 1 × 16 ou toute combinaison de séparateurs 1 × 16, 1 × 8, 1 × 4 et 1 × 2 dans le réseau. Cela améliore la portée optique et la réduction de la composante optique est directement proportionnelle à l'augmentation de la fiabilité du réseau via la réduction des points de défaillance. De plus, il a été démontré que la division centralisée minimise les dépenses en capital des répartiteurs initialement dans le réseau, facilitant une approche «pay-as-you-grow» en raison de l'efficacité plus élevée du port de sortie du répartiteur à des taux de prise faibles à moyens. La répartition centralisée permet également de simplifier le dépannage du réseau et la localisation des pannes, ce qui se traduit directement par des économies de main-d'œuvre.
Une configuration de séparation distribuée/cascadée a pour résultat de pousser les séparateurs plus profondément dans le réseau (voir la figure 5 pour un exemple). Comme les séparateurs ne sont pas centralisés, le besoin d'armoires de terrain est réduit ou supprimé car les séparateurs sont généralement incorporés dans des boîtiers modifiés ou même dans le CO/HE. Le partage d'un émetteur CO/HE entre 32 utilisateurs est toujours réalisé grâce à la distribution de plusieurs séparateurs le long du chemin optique. Par exemple, un 1 × 4 suivi d'un 1 × 8, à différents endroits du réseau, entraîne un partage de la bande passante entre 32 utilisateurs. Le positionnement profond des séparateurs peut entraîner le « blocage » des actifs des séparateurs lorsque l'opérateur attend de nouveaux abonnés sur le réseau ou que les taux de souscription sont faibles. Le test du réseau et la localisation des défauts peuvent être plus difficiles avec une configuration répartie/en cascade car il est difficile pour l'équipement de test de voir à travers un réseau de séparateurs le long de la boucle optique. La fiabilité du réseau peut être affectée en raison de l'augmentation des composants optiques.
Fractionnement distribué

 

Protocoles et normes FTTH


Les normes de transmission utilisées dans les réseaux FTTH sont basées sur les technologies ATM et Ethernet. Les transporteurs connaissent très bien les deux technologies qui prennent en charge une variété de services. Aujourd'hui, la majorité des réseaux P2P utilisent la technologie Ethernet et sont régis par les normes IEEE 803.2ah. Les réseaux P2P sont simplement une extension de l'Ethernet hérité utilisé dans les espaces métropolitains et d'entreprise et étendu au réseau d'accès. Les débits de bande passante ne sont limités qu'au type d'émetteur au CO/HE et au domicile. La majorité des réseaux FTTH détenus et partagés par les municipalités et les premiers déploiements FTTH au Japon utilisaient des réseaux P2P.

Les PON offrent un large éventail de choix de technologies et de protocoles pour l'opérateur. L'initiative Full-Service Access Network (FSAN) supervise le développement des PON. Composé d'au moins 20 opérateurs mondiaux, le FSAN travaille avec les principaux fournisseurs afin de convenir de plates-formes technologiques communes pour fournir des services convergents. Le FSAN, qui n'est pas un organisme de normalisation, soumet des recommandations pour adoption à l'Union internationale des télécommunications (UIT). Voici un tableau qui fournit une ventilation complète des protocoles PON et des capacités respectives.

PON Protocols	BPON	EPON	GPON
Standard	ITU-T G.983	IEEE803.2ah	ITU-T G.984
Bandwidth	Downstream up to 622Mbps Upstream 155Mbps	Up to Symmetric 1.25Gbps	Downstream up to 2.5Gbps Upstream up to 2.5Gbps
Downstream Wavelength	1490nm and 1550nm	1550nm	1490nm and 1550nm
Upstream Wavelength	1310nm	1310nm	1310nm
Transmission Mode	ATM	Ethernet	ATM, Ethernet, TDM

Les déploiements PON antérieurs utilisaient le PON ATM (APON) qui a évolué en PON large bande (BPON). BPON est régi par ITU G.983. Le protocole A/BPON se caractérise par deux longueurs d'onde en aval et une longueur d'onde en amont. Les longueurs d'onde 1550nm et 1490nm sont utilisées pour le trafic en aval avec le canal 1490nm généralement un canal IP pour le service voix et données. Le canal 1550nm sera utilisé pour une superposition vidéo RF ou IP. Fournissant 622 Mbps, l'électronique partagée est capable de fournir dynamiquement 20 à 30 Mbps par abonné. L'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA), recommandé par le FSAN, est utilisé pour tout le trafic descendant/amont.

Une alternative aux réseaux A/BPON est Ethernet PON (EPON), régi par IEEE 803.2ah. EPON n'utilise que deux longueurs d'onde et utilise exclusivement IP. La longueur d'onde de 1550 nm est utilisée pour le trafic en aval et 1310 nm est utilisée pour le trafic en amont. Capable de 1,25 Gbps en bande passante partagée, EPON dans des conditions de "meilleur effort" fournit 100 Mbps mais fournit généralement une bande passante de 30 à 40 Mbps. Gigabit Ethernet PON (GEPON) peut augmenter la bande passante partagée à 2,5 Gbps.

BPON a évolué en Gigabit PON (GPON) afin de répondre aux limitations de bande passante et de protocole. Capable d'une bande passante partagée allant jusqu'à 2,5 Gbps entre 32 utilisateurs, GPON utilise le même plan de longueur d'onde que BPON. Il est régi par la norme ITU G.984 et offre une flexibilité de protocole sur les plates-formes ATM, Ethernet et TDM.

Composants de l'installation extérieure FTTH


Un large éventail de composants d'installations extérieures est utilisé pour construire des réseaux FTTH. Les premiers réseaux FTTH empruntaient à la conception des réseaux métropolitains et longue distance et devenaient de simples extensions de ces réseaux. Bientôt, il est devenu clair pour l'industrie que si le FTTH devait devenir omniprésent, des produits spécialisés et des méthodologies d'installation devraient être introduits. L'innovation serait nécessaire pour faire face au coût élevé des réseaux d'accès, gérer la vitesse de déploiement et améliorer la fiabilité du réseau.

Tous les réseaux FTTH sont intrinsèquement conçus pour fournir une fibre optique à l'abonné. Cependant, leur conception dépend fortement de la nature unique de l'environnement d'accès ; par conséquent, la flexibilité du produit et de la conception est essentielle. À leur cœur, les réseaux FTTH contiennent un terminal de ligne optique (OLT), un câble optique et un terminal de réseau optique (ONT). Divers autres composants spécialisés sont ajoutés pour répondre à la nature unique du réseau d'accès.

L'OLT est généralement situé au CO/HE mais peut également être situé dans un terminal distant sur le terrain. L'OLT abrite les émetteurs laser dédiés à chaque utilisateur dans un réseau P2P ou partagés entre plusieurs utilisateurs dans un PON. L'OLT est également le point d'agrégation de la voix du réseau téléphonique public commuté (RTPC), des données d'un routeur et de la vidéo via ses multiples formes.

La fibre optique transporte le signal vers l'utilisateur et est divisée en trois sections, le câble d'alimentation (terminé au CO/HE), le câble de distribution (se déployant sur le réseau d'accès et se connectant au câble d'alimentation "alimente") et le câble de dérivation utilisé connecter physiquement les utilisateurs au réseau FTTH. En tant que support, la bande passante de la fibre optique n'est limitée que par les émetteurs de l'OLT et par conséquent, le réseau d'accès est à l'épreuve du futur en raison de sa formidable capacité de bande passante.

L'ONT reçoit le signal de l'OLT et le convertit en signaux électroniques utilisables que le téléphone, l'ordinateur, la télévision ou tout autre nombre d'appareils d'un utilisateur peuvent recevoir. L'ONT sert également à retransmettre le trafic IP à l'OLT, de sorte que des conversations vocales peuvent avoir lieu, des pages Web peuvent être demandées et des chaînes de télévision peuvent être modifiées. En règle générale, l'ONT est connecté à un dispositif de batterie de secours fournissant une période de temps limitée (généralement 8 heures en veille) de services de ligne de vie.

Comme nous l'avons vu, les réseaux P2P se caractérisent par leur simplicité. Un réseau P2P minimise la quantité de composants sur le terrain et possède tous les éléments décrits ci-dessus ainsi que les boîtiers utilisés pour connecter les multiples câbles déployés sur le terrain. Les réseaux PON utilisent plus efficacement la fibre optique sur le terrain et les émetteurs de l'OLT. Par conséquent, leur conception est plus complexe par rapport au P2P.

Au-delà de l'OLT, du câble optique et de l'ONT, le PON comprend de nombreux composants spécialisés qui permettent de répondre aux problèmes de coût, de déploiement et de fiabilité des déploiements FTTH antérieurs (voir Figure 6). Le plus important d'entre eux est le séparateur optique. Selon l'architecture divisée choisie, les séparateurs optiques peuvent prendre la forme de 1 × 32, 1 × 16, 1 × 8, 1 × 4, 1 × 2, etc. et peuvent être situés presque n'importe où dans le réseau d'accès. Comme indiqué, de nombreux opérateurs choisissent l'architecture partagée centralisée en raison de son efficacité inhérente. L'agrégation des séparateurs optiques est généralement située dans une armoire appelée point de convergence local (LCP). C'est là que se termine le câble d'alimentation et que commence le câble de distribution (à partir de là, chaque client dispose d'une fibre dédiée). Le câble de distribution serpente alors dans les quartiers et les immeubles du réseau d'accès. Lorsqu'un câble de distribution s'approche d'un utilisateur, un

Une récente innovation standardisée dans le câble de dérivation et le NAP est l'utilisation de connecteurs renforcés pour l'environnement. Les réseaux hérités connectaient toutes les fibres optiques de tous les composants d'accès avec une épissure optique, mécanique ou par fusion. Tout en introduisant généralement peu de perte optique dans le réseau, l'épissure a également introduit un coût élevé dans le réseau déployé en raison du temps nécessaire pour réaliser une épissure et du niveau de compétence du technicien et des exigences de déploiement de l'équipement. Les connecteurs éliminent ces coûts, améliorant considérablement la vitesse de déploiement tout en introduisant peu de pertes dans un réseau en raison des courtes longueurs de boucle inhérentes aux réseaux d'accès. Les connecteurs de réseau FTTH sont une technologie normalisée régie par Telcordia GR-3120.Comparaison entre le déploiement du FTTH et du FTTx


Aujourd'hui, l'industrie a désigné la pénétration "générale" de la fibre dans le réseau d'accès comme "FTTx". Cela a cependant créé une certaine confusion, car FTTx couvre plusieurs architectures et protocoles différents. En fait, certains des réseaux actuels de boucle d'abonné numérique (DSL) et de fibre coaxiale hybride (HFC) sont qualifiés de réseaux FTTx en raison de leur utilisation de la fibre dans l'accès, tout comme un PON. Par conséquent, il est préférable, lorsqu'on se réfère à un réseau à pénétration de fibre profonde, de se référer à son architecture réelle. Les architectures les plus courantes sont FTTHome (FTTH), FTTBuilding (FTTB), FTTCurb (FTTC) et FTTNode (FTTN). Chacun d'eux a une architecture physique différente, comme le montre la figure 7.
Comme nous en avons longuement discuté, le FTTH pousse la fibre jusqu'aux habitations résidentielles individuelles. Le FTTH est totalement dépourvu de cuivre dans l'installation extérieure et fournit généralement un service de 30 à 100 Mbps, mais en raison des caractéristiques inhérentes de la fibre optique, il peut fournir une bande passante littéralement infinie. Le FTTB utilise généralement l'architecture P2P dans l'installation extérieure fournissant une fibre dédiée à chaque bâtiment ou bloc de bâtiments. La fibre se termine à un terminal distant (RT) qui est un dispositif actif nécessitant une alimentation et une sécurité généralement situé dans le sous-sol, la salle de communication ou le placard utilitaire. Si le bâtiment est équipé d'un câble Cat5 à chaque unité d'habitation, un réseau local Ethernet (LAN) est installé fournissant une bande passante partagée de 10 ou 100 Mbps. Si la paire torsadée est uniquement disponible, le RT est un multiplexeur d'accès DSL (DSLAM) et est installé pour fournir des services de bande passante requis offrant jusqu'à 50 Mbps (les applications FTTB actuelles fournissent jusqu'à 10 Mbps).

FTTC pousse généralement la fibre à 500-1000 pieds de l'abonné se terminant à un RT et desservira 8 à 12 abonnés. Le FTTN est similaire en architecture au FTTC sauf que le RT est positionné beaucoup plus loin des abonnés; jusqu'à 5000 pieds et desservira 3 à 500 abonnés. Les deux utilisent une installation extérieure à paire torsadée existante pour se connecter au client. La bande passante est dictée par deux facteurs : la technologie DSL et la longueur de la boucle de cuivre. Le VDSL et le VDSL2 fonctionnent mieux avec des longueurs de boucle plus longues et sont principalement utilisés pour le FTTN, tandis que l'ADSL2, l'ADSL2+ et l'ADSL2++ sont utilisés dans les systèmes FTTC actuels. Les signaux sur cuivre se dégradent considérablement sur de longues distances, affectant directement la capacité de bande passante. Dans les conditions les plus extrêmes (4-5 km), certains clients peuvent même ne pas être en mesure d'être desservis par DSL. Si les conditions de cuivre le justifient dans certains cas, l'opérateur utilisera les deux paires torsadées pour augmenter le débit de la bande passante. Les deux architectures n'ont pas fourni plus de 20 Mbps de service en laboratoire. En raison des longueurs de boucle de cuivre plus courtes dans un réseau FTTC, l'opérateur a amélioré l'évolutivité du point de vue de la bande passante. Des déploiements à grande échelle du FTTC et du FTTN sont prévus à l'avenir.

La pénétration de la fibre est directement corrélée au débit de bande passante de chaque architecture définie et donc à la capacité de service pour l'opérateur. Comme indiqué précédemment, les besoins en bande passante de chaque opérateur diffèrent, mais tous augmentent. L'opérateur doit en tenir compte lorsqu'il délibère sur l'architecture qu'il souhaite déployer. La pénétration de la fibre est également un indicateur des dépenses d'investissement (CapEx) et des dépenses d'exploitation (OpEx) attendues. La fibre profonde se traduira par un CapEx plus élevé pour les quartiers existants, mais est en fait proche de la parité des coûts avec toutes les architectures pour les nouvelles constructions. La fibre profonde offrira le montant maximum d'économies d'OpEx de manière comparable. Le FTTH permet de réaliser des économies grâce à des réductions de coûts pour les opérations du réseau, du bureau central et de l'usine extérieure ainsi que du service à la clientèle. La fiabilité du réseau augmente également de manière spectaculaire, le FTTH assurant un flux de revenus constant et une satisfaction client accrue.

Résumé


De manière universelle, les opérateurs choisissent de placer la fibre plus profondément dans le réseau d'accès pour surmonter les limites du cuivre, mais sont confrontés à une myriade de choix d'architecture. Aujourd'hui, beaucoup étudient le déploiement du FTTH, qu'il s'agisse de PON ou de P2P, divisé centralisé ou distribué, tandis que beaucoup d'autres sont encore en train de réhabiliter des parties importantes de leur réseau d'accès avec le FTTH.

Le FTTH est choisi en raison de sa capacité intrinsèque en tant que moyen de maximiser la bande passante vers la résidence, qui protège son réseau pour l'avenir, offre une fiabilité accrue du réseau, une satisfaction client accrue, une capacité de service étendue et un OpEx réseau amélioré. Ce tutoriel www.fiber-mart.com a défini les architectures et les protocoles utilisés dans le déploiement du FTTH ainsi que les composants et les technologies requises utilisées dans l'installation extérieure. Il y avait des comparaisons et des contrastes avec le déploiement de la famille d'architectures FTTx abordant la façon dont le FTTH est utilisé aujourd'hui pour répondre efficacement et efficacement aux problèmes de bande passante, de déploiement et de service des opérateurs.

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