Le haut débit à l’accès est devenu une nécessité dans le monde actuel, où la quantité et la qualité des informations à transporter augmentent sans discontinuer. Un débit de l’ordre de plusieurs mégabits par seconde semble être une valeur minimale pour réaliser de tels accès. L’arrivée de la fibre optique doit faire passer les accès aux très hauts débits.

Cet article s’intéresse aux accès haut débit et très haut débit pour les particuliers et les petites et moyennes entreprises. Ces accès sont de quatre types par l’utilisation de :

• la ligne téléphonique par le biais d’un modem xDSL,

• du câblage CATV associée à un modem câble,

• la fibre optique,

• les accès radio.

Il existe d’autres solutions comme le CPL (Courant Porteur en Ligne) mais qui n’ont pas aujourd’hui un impact important. Nous allons décrire ces différents types d’accès avec une dernière partie du réseau correspondant à sa prolongation dans le domicile ou dans la petite entreprise.

Les accès xDSL

Les modems xDSL permettent d’utiliser les paires métalliques du réseau d’accès pour réaliser une boucle locale à haut débit. Le débit dépend fortement de la qualité du câble utilisé et de la distance à parcourir. Plusieurs catégories de modems xDSL sont commercialisées, la lettre x permettant de les différencier.

Les modems ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) sont les plus répandus. Leurs vitesses sont dissymétriques, plus lentes entre le terminal et le réseau que dans l’autre sens. En règle générale, le sens montant est quatre fois moins rapide que le sens descendant. Les vitesses sur le sens descendant peuvent atteindre 2 Mbit/s pour une distance de l’ordre de 5 km et dépasser la vingtaine de mégabits par seconde lorsqu’on est à moins d’un kilomètre de l’équipement de l’opérateur.

Devant le succès rencontré par la technique ADSL, des dérivés en ont été développés, notamment la technique consistant à faire varier le débit sur le câble, qui a donné naissance au RADSL (Rate Adaptive DSL). Pour les hauts débits, les solutions HDSL (High bit rate DSL) et VDSL (Very high bit rate DSL) peuvent être exploitées avec succès si le câblage, souvent en fibre optique, le permet. Les mesures effectuées chez les opérateurs montrent que les débits deviennent de plus en plus symétriques depuis l’apparition des applications peer-to-peer (P2P), les stations des utilisateurs client devenant des serveurs. Les techniques SDSL (Symmetric DSL) vont donc devenir de plus en plus courantes.

Nous avons représenté à la Figure 1, le débit qui peut être obtenu dans le cadre des modem xDSL.

Figure 1- Les débits des modems xDSL

Pour compléter la description de l’environnement lié au câble téléphonique, nous introduisons l’autre extrémité de la ligne, composée des DSLAM. Les DSLAM (DSL Access Module) forment l’autre extrémité de la liaison, du côté de l’opérateur. Ce sont des équipements dont le rôle est de récupérer les données émises par l’utilisateur depuis son équipement terminal au travers de son modem xDSL. Ces équipements intègrent des modems situés à la frontière de la boucle locale et du réseau de l’opérateur. La figure 2 illustre le positionnement d’un DSLAM.

Figure 2- Positionnement d’un DSLAM

Les lignes des abonnés à l’opérateur local arrivent sur un répartiteur, qui permet de connecter l’utilisateur au commutateur téléphonique et au DSLAM s’il a un abonnement DSL. Le DSLAM est lui-même connecté à un concentrateur, que nous présentons un peu plus loin du point de vue protocolaire. Ce cas de figure est celui de l’opérateur historique.

Le dégroupage désigne l’arrivée d’opérateurs alternatifs pour offrir des services téléphoniques, de données à haut débit et même de vidéo, comme la télévision. Parmi les diverses possibilités de réalisation pratique du dégroupage, la pose de câbles a été envisagée pour réaliser une boucle locale différente de celle de l’opérateur historique, lequel en possédait, jusqu’à la fin des années 1990, le contrôle total. En raison du prix très élevé de la pose d’un réseau d’accès et de l’aberration que représenterait l’arrivée de plusieurs boucles locales jusque chez l’utilisateur, une par opérateur, d’autres solutions ont été adoptées. Certains opérateurs ont choisi de se positionner au niveau du répartiteur. À partir de ce répartiteur, ils ont installé leurs propres connexions et leur propre DSLAM.

Pour compléter cette section consacrée aux modems xDSL, donnons quelques informations sur les modems de dernière génération, les VDSL. Les modems VDSL (Very high bit rate DSL) permettent d’atteindre des vitesses beaucoup plus élevées que les modems ADSL, mais sur quelques dizaines de mètres seulement. Leur capacité est de plusieurs dizaines de mégabits par seconde.

Les débits peuvent être asymétriques ou symétriques, au choix de l’utilisateur. Selon les propositions de l’ANSI, les débits en asymétrique devraient atteindre 6,4 Mbit/s dans le sens montant et 52 Mbit/s dans le sens descendant sur une distance de 300 m. Pour une distance de 1 000 m, il devrait être possible d’obtenir la moitié des débits précédents. La bande de fréquences située entre 300 et 700 kHz est dévolue à la bande montante. La partie du spectre située entre 700 kHz et 30 MHz sert à la bande descendante.

Nous avons vu qu’en xDSL la parole téléphonique était transportée parallèlement aux données sur la partie basse du spectre. Cette technologie convient très bien aux opérateurs historiques, aussi appelés ILEC (Incumbent Local Exchange Carrier). Les nouveaux venus, ou CLEC (Competitive Local Exchange Carrier), peuvent aujourd’hui espérer concurrencer les opérateurs historiques grâce à la déréglementation de la boucle locale.

Pour prendre en charge des clients sur la boucle locale de l’opérateur historique, ces opérateurs entrants peuvent faire passer la parole téléphonique sur la partie DSL. On appelle cette solution ToDSL (Telephony over DSL). Le passage de la parole sur la partie donnée s’apparente aux technologies de voix sur IP ou VoIP.

Les paquets de parole devant arriver au récepteur avant 150 ms, il faut qu’une priorité leur soit appliquée. Dans ce cas, la dizaine de kilobits par seconde de la parole compressée passe assez facilement. Il faut toutefois que la priorité puisse s’exercer non seulement sur la partie modem mais aussi sur les parties réseau précédant et suivant les deux modems. Cela suppose, pour la partie réseau d’entreprise, l’application d’une technique de priorité et, pour le réseau du FAI, la possibilité de négocier un SLA (Service Level Agreement) compatible avec le temps maximal de traversée de bout en bout.

Une autre solution, moins intégrée mais plus simple à mettre en œuvre, est commercialisée par de nombreux FAI pour offrir le service téléphonique ToDSL. Elle consiste à utiliser une bande spécifique du modem, de 4,3 MHz, donnant un débit de 32 Kbit/s. L’inconvénient de cette solution est que si la parole téléphonique n’est pas utilisée, la bande passante correspondante est perdue. Cependant, comme la bande passante utilisée est très faible, cela ne pose pas vraiment problème.

Les modems câble

Les câblo-opérateurs disposent d’un environnement leur permettant de relier l’utilisateur à un ou plusieurs opérateurs. Ce câblage est réalisé à partir du câble coaxial CATV reliant la tête de réseau aux utilisateurs, comme l’illustre la figure 3. Les canaux de télévision dans le sens descendant sont diffusés sur toutes les branches du câblage. Dans le sens montant, les canaux doivent se superposer sur le tronc de l’arbre.

Figure 3- Distribution de programmes TV par un câblo-opérateur

Le câblage part d’une tête de réseau pour atteindre l’utilisateur après une diffusion sur l’ensemble des branches. Dans le cadre de la diffusion de la télévision, les différents programmes sont poussés vers les utilisateurs. Chaque abonné reçoit l’ensemble des chaînes et en sélectionne une à visualiser. Cette technique est à l’opposé de l’ADSL, où seule la chaîne sélectionnée par l’utilisateur est acheminée.

Dans le CATV, un multiplexage en fréquence est utilisé pour le transport des différents canaux de télévision (voir figure 4). La division en fréquence donne naissance à des sous-bandes, chaque sous-bande portant un canal de télévision.

Figure 4- Multiplexage en fréquence dans le CATV

On peut affecter une bande étroite, de 32 ou 64 Kbit/s par utilisateur, pour transporter de la parole téléphonique entre le combiné de l’utilisateur et la tête de réseau qui est reliée à un opérateur télécoms.

Il est possible de réserver une sous-bande pour la connexion à un opérateur de type FAI. Cette sous-bande doit toutefois être suffisante pour supporter la somme des débits crêtes des utilisateurs. Par exemple, 1 000 utilisateurs connectés à 10 Mbit/s exigent un débit total potentiel de 10 Gbit/s. La solution à ce problème consiste à choisir sur le CATV une bande très large et à utiliser une technique de multiplexage pour faire passer un maximum d’utilisateurs simultanément.

Pour réaliser le multiplexage des utilisateurs sur la bande commune, trois normes ont été proposées :

• IEEE 802.14, en technologie ATM mais aujourd’hui abandonné.

• MCNS-DOCSIS.

• DVB-DAVIC.

La fibre optique

La fibre optique est la solution pour les accès très haut débit. Les capacités de communication commencent à plusieurs dizaines de mégabits par seconde. En général le débit sur la voie descendante est de 100 Mbit/s dans un premier temps et atteindront rapidement 1 Gbit/s. Deux technologies se partagent le marché : l’étoile et les PON (Passive Optical Network). Dans le cas de l’étoile, on retrouve la topologie classique des paires de fils téléphoniques mais remplacées par de la fibre optique. Le débit pour chaque utilisateur est le même aux deux extrémités du câble optique.

Le PON est une structure plus complexe, correspondant au schéma de la figure 5, mais permettant un multiplexage de 48 ou 96 clients sur une seule fibre optique (à la place de 48 ou 96 fibres optiques). L’ONU (Optical Network Unit) correspond au modem DSL (ou Box Optique) et dessert le domicile ou la petite entreprise.

Figure 5- La technologie PON

Puisque les étoiles optiques sont passives, chaque émission d’un paquet à partir d’un point d’accès, ONU ou OLT (Optical Line Termination), est diffusée et chaque extrémité en reçoit une copie. De ce fait, s’il n’y a qu’un seul utilisateur qui transmet, il possède l’ensemble du débit de la fibre optique : la fibre est partagée entre tous les utilisateurs.

La topologie qui permet d’avoir une fibre par utilisateur est très nettement plus chère que la mise en place d’un PON mais permet à terme de plus haut débit.

La boucle locale radio

L’utilisation de voies hertziennes est une solution bien adaptée pour réaliser une boucle locale. Cette solution, appelée WLL (Wireless Local Loop) ou WITL (Wireless In The Loop), est en plein essor. Deux grandes orientations peuvent être adoptées suivant que l’on souhaite une mobilité du client ou non. Dans le premier cas, le mobile peut se déplacer et la communication n’est pas interrompue lors du déplacement. L’un des aspects délicats de cette méthode concerne le passage d’une cellule à une autre, une cellule étant la zone géographique couverte par une antenne d’émission. Ce changement de cellule s’appelle un handover, ou handoff. Dans le second cas, représenté par les réseaux sans fil, la communication est fixe ou à mobilité réduite. Plus les fréquences utilisées sont élevées, plus la directivité est importante, limitant d’autant la mobilité.

Les deux grandes solutions pour la boucle locale résident dans les technologies WiMAX et WiMAX mobile ainsi que dans la proposition Wi-RAN qui n’arrivera que dans deux ans.

IEEE 802.16 (WiMAX). Appelée il y a dix ans BLR (boucle locale radio), l’accès par la voie hertzienne a été remplacé par la technologie WiMAX ou WDSL (Wireless DSL). Deux solutions sont disponibles, le WiMAX fixe, qui remplace l’ADSL dans les zones rurales où la portée des câbles téléphoniques terrestres n’est pas suffisante, et le WiMAX mobile, qui devient un ADSL mais mobile, que l’on peut emporter dans sa poche.

IEEE 802.22 (WRAN ou Wi-RAN). Cette nouvelle génération ne devrait se mettre en place que vers 2009-2010. Une partie importante du spectre, provenant du dividende numérique (bande relâchée lorsque la télévision analogique sera abandonnée), devrait permettre de mettre en place une nouvelle génération de réseaux, appelée réseaux régionaux ou WRAN (Wireless Regional Area Networks). Cette génération utilisera la radio cognitive et des antennes intelligentes.

Le Multi-Play dans le domicile

Les modems ADSL ont été développés au départ pour réaliser un transport de données à haut débit de plusieurs mégabits par seconde. Ils se sont améliorés en introduisant de la téléphonie puis de la télévision.

Le principe de fonctionnement du Triple-Play est illustré à la figure 6.

Figure 6- Le Triple-Play

Dans cette génération, chaque média passe par une prise différente permettant de récupérer facilement les flots de chacun des médias et de leur affecter des priorités associées : la parole téléphonique a une priorité supérieure à la télévision, qui a une priorité plus grande que les paquets de données.

Les flots peuvent être de nature différente. Par exemple, le téléphone peut encore être analogique ainsi que la télévision. Les codeurs-décodeurs se trouvant dans le modem ADSL, le boîtier de connexion prend un nouveau nom : l’InternetBox, car il intègre en plus du modem xDSL de nombreux codeurs-décodeurs et la paquétisation des flots téléphoniques et de télévision. Cette solution correspond aux InternetBox développées entre 2004 et 2008 (LiveBox, FreeBox, 9Box, etc.).

L’InternetBox commence à posséder des filtres applicatifs permettant de reconnaître directement le type de flot traversant le boîtier et de lui affecter la priorité correspondante. Cette solution permet de ne plus différencier les flots au niveau du terminal, qui peuvent de ce fait tous devenir IP. Elle est illustrée à la figure 7.

Figure 7- Le Triple-Play de seconde génération

Le Quadruple-Play est apparu en 2006 pour ajouter la mobilité aux accès sur l’InternetBox. Dans cette solution, le combiné téléphonique se raccorde au réseau sans fil inclus dans le boîtier : Wi-Fi en général (Unik d’Orange) mais également Bluetooth (Fusion de BT). Le téléphone peut-être uniquement Wi-Fi ou Bluetooth mais peut également être bi-mode pour permettre de passer au GSM en cas de coupure de la communication Wi-Fi ou Bluetooth. Cette solution s’apparente à la téléphonie sur IP puisque les octets de téléphonie sont encapsulés dans un paquet IP dans le combiné et que le paquet IP est lui-même encapsulé dans la trame associée à la technologie du réseau sans fil pour traverser l’interface radio.

Une extension particulièrement intéressante concerne la possibilité de se connecter sur une InternetBox d’un autre utilisateur et de pouvoir téléphoner au coût de l’InternetBox du FAI, c’est-à-dire en général gratuitement. Cette solution demande à ce que l’opérateur permette l’accès aux multiples InternetBox à partir de connexions externes. Pour cela, une authentification est nécessaire, qui est généralement réalisée par une carte SIM. Le Quadruple-Play est illustré à la figure 8.

Figure 8- Le Quadruple-Play

Cette solution n’est pas forcément simple à gérer. En effet, la vitesse de la connexion dépend en grande partie de l’éloignement de l’utilisateur. Suivant les opérateurs, différentes solutions ont été développées pour contrer ce problème : limiter fortement le nombre de connexions, interdire les connexions quand l’utilisateur se sert de son InternetBox, limiter le débit accessible depuis l’extérieur, etc.

Le Penta-Play est une extension de la téléphonie mobile via la télévision. Le flot de paquets IP provenant du client transporte les images et le son du canal de télévision. L’inconvénient majeur de cette solution est une capacité plus importante de transmission, qui ajoute une difficulté de gestion de l’InternetBox pour éviter que plusieurs clients externes ne perturbent le boîtier d’un utilisateur.

L’extension à la petite entreprise

La boucle locale dessert également les petites entreprises comme les hôtels, les résidences ou autres petits hôpitaux. Dans ce cas, une solution est de mettre l’équivalent d’un DSLAM à l’entrée de l’entreprise. Une boucle locale est donc déployée dans la partie privée. Cette boucle locale privée peut prendre différentes formes : utilisation du câblage téléphonique, la mise en place d’un réseau Ethernet prolongé par des points d’accès Wi-Fi, câblage en fibre optique, utilisation du CPL qui contrairement à la boucle locale publique devient tout à fait intéressante, ou encore un mélange de ces différentes technologies. Par exemple, un hôtel pourra utiliser le DSLAM pour alimenter ses chambres en triple play voix, vidéo et internet haut débit, et du Wi-Fi pour couvrir les zones de séminaires, de restaurant et d’accueil.

L’objectif de ces différents supports de communication est d’apporter le haut débit, voire le très haut débit, sur les accès utilisateurs. Le câblage téléphonique sert à mettre en place un système de type ADSL. Comme les distances sont relativement faibles, les débits peuvent attendre la vingtaine de mégabit par seconde. Encore faut-il que la capacité à l’accès de l’entreprise soit suffisante. Les modems xDSL et les InternetBox professionnelles supportent des points d’accès Wi-Fi pour diffuser la capacité d’accès. Dans ce cas, il est intéressant de mettre un ou plusieurs contrôleurs pour gérer les accès utilisateur.

Une autre solution est de mettre en place un réseau Ethernet. Cette solution est évidemment plus chère à mettre en place et s’apparente plus à la moyenne entreprise. Comme dans le cas précédent, le réseau Ethernet permet de mettre en place des prises Ethernet fixes dans les différentes pièces de l’entreprise mais également des points d’accès Wi-Fi. L’ensemble des accès peut de nouveau être géré par des contrôleurs plus ou moins nombreux en fonction du nombre de points d’accès et d’utilisateurs connectés.

Une troisième solution est de se servir du réseau électrique à partir de l’arrivée Internet dans la petite entreprise. Les solutions disponibles sont encore assez peu nombreuses mais en forte augmentation. Le marché s’oriente en particulier vers les techniques HomePlug AV (Audio Vidéo) à 200 Mbit/s. Cependant, le débit effectif est très inférieur à la valeur brut et dépend des conditions, de la distance à parcourir et du bruit électromagnétique. Encore une fois, il est possible de déployer des points d’accès Wi-Fi pour prolonger le réseau et faciliter les connexions. Ces points d’accès Wi-Fi peuvent être intégrés dans les prises électriques ou connectés sur le CPL (Courant Porteur en Ligne). Un ou plusieurs contrôleurs doivent être mis en place pour prendre en charge les accès utilisateur.

Si le réseau de domicile est en train de devenir numérique jusqu’à la machine terminale, le réseau d’accès privé est lui déjà en grande partie numérique. Les équipements du domicile qui se trouveraient dans l’entreprise deviendront également IP pour se connecter directement au réseau de l’entreprise.

Conclusion

Les accès à haut débit, et bientôt à très haut débit, sont aujourd’hui répandus dans tous les pays où les clients peuvent avoir accès à Internet à partir d’un boîtier multifonction, l’InternetBox.

Les quatre grandes solutions de connexion à haut débit pour relier l’InternetBox d’un utilisateur au nœud d’entrée d’un opérateur se construisent à partir de modems xDSL, d’un câble CATV, d’une fibre optique ou d’une liaison radio. Ces équipements ne constituent plus un goulet d’étranglement pour les différentes applications allant de données haut débit à la télévision en passant par la parole téléphonique, fixe ou mobile.

L’évolution en débit de ces InternetBox est considérable, et l’arrivée de la fibre optique ne va faire qu’en accroître les possibilités d’utilisation. On peut considérer que le domicile devient une petite entreprise dotée de moyens de communication avec l’extérieur bien plus importants que ceux d’une entreprise moyenne du début des années 2000.