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Guide des Réseaux Optiques Passifs

Mis à jour depuis le 07 août, 2020 by
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Un réseau optique passif (PON) est une technologie de télécommunication utilisée pour fournir la fibre optique au consommateur final au niveau domestique et commercial, ce qui est souvent appelé le "dernier kilomètre" entre un fournisseur d'accès à Internet (FAI) et le client. Cette architecture PON est de plus en plus populaire en raison de son efficacité et de sa rentabilité par rapport aux réseaux en cuivre. Les PON avec de multiples applications FTTx sont en train de changer le paysage de la technologie de communication et des infrastructures informatiques. Cet article fournit un guide complet sur les réseaux optiques passifs.

 

Aperçu Général du Réseau PON

Qu'est-ce qu'un Réseau Optique Passif ?

Un réseau optique passif est un type de réseau à fibre optique sous la forme d'une topologie point à multipoint, utilisant des séparateurs optiques pour fournir des données à partir d'un point de transmission unique vers plusieurs points d'extrémité utilisateur. Il est utilisé pour transmettre des signaux simultanément dans les directions amont et aval vers et depuis les points d'extrémité de l'utilisateur.

PON Network Working Scenario

Le terme "passif" indique que la fibre et les composants de séparation/combinaison ne sont pas alimentés en électricité. Ainsi, ce qui distingue un réseau PON d'autres structures de réseau, comme les réseaux AON ou PON, c'est que le réseau PON n'utilise pas d'équipement alimenté en électricité sur son trajet. Comme il n'est pas vulnérable aux interférences électromagnétiques par rapport au réseau en cuivre, il préserve l'intégrité du signal sur la distance prévue, ce qui rend le réseau plus fiable dans la pratique.

Quelle Technologie le PON Adopte-t-Il ?

Le multiplexage par répartition d'ondes (WDM) est adopté pour séparer les flux de données en fonction de la longueur d'onde (couleur) du laser dans les opérations PON. Une longueur d'onde est destinée à la transmission des données en aval, tandis qu'une autre transmet les données en amont. Ces longueurs d'onde dédiées varient en fonction de la norme PON utilisée.

L'accès multiple par répartition dans le temps (AMRT) ou TDMA en anglais est une autre technologie appliquée pour attribuer la largeur de bande en amont à chaque utilisateur final pour une période de temps spécifique, ce qui permet d'éviter les collisions de données au niveau des séparateurs PON ou du terminal lorsque plusieurs dispositifs transmettent des données en amont en même temps.

Qu'est-ce qu'une Architecture de Réseau Optique Passif ?

Un système PON se compose d'un terminal de ligne optique (OLT) au bureau central du fournisseur de services et d'un certain nombre d'unités de réseau optique (ONU) ou de terminaux de réseau optique (ONT) près des utilisateurs finaux, avec un réseau de distribution optique (ODN) entre l'OLT et les ONU/ONT.

PON Newtork Architecture

Le "point à multipoint" (P2MP) est l'une des caractéristiques distinctes que possède un réseau optique passif, ce qui signifie qu'une seule fibre optique est utilisée pour desservir plusieurs points d'extrémité. Un PON ne doit pas fournir de fibres individuelles entre le concentrateur et le client, ce qui réduit considérablement la quantité de fibres et d'équipements de bureau central par rapport aux architectures point à point.

 

Composants et Dispositifs PON

La fibre optique et les séparateurs susmentionnés sont véritablement "passifs" dans le réseau PON et ne nécessitent pas d'alimentation électrique. Outre ces composants passifs, des dispositifs finaux actifs sont également nécessaires pour réaliser le déploiement du réseau PON.

 

  • OLT : un composant central connecté à la dorsale en fibre optique sert de point d'extrémité au fournisseur de services. L'OLT envoie des données à l'ONU, lance et contrôle le processus de télémétrie et enregistre les informations de télémétrie. Il alloue la bande passante à l'ONU et contrôle l'heure de début et la taille de la fenêtre de transmission des données de l'ONU.

  • ONU ou ONT : un composant essentiel qui convertit les signaux optiques transmis par fibre en signaux électriques, puis envoie les signaux électriques aux abonnés individuels. L'ONU peut également envoyer, agréger et préparer différents types de données provenant de l'abonné et les envoyer en amont à l'OLT.

  • ODN : Partie intégrante du système PON global. Son rôle principal est de fournir un canal de transmission optique entre l'OLT et l'ONU/ONT. Les quatre principaux sous-systèmes sont la fibre optique de départ, le câblage, la ligne domestique de fibre optique et le terminal de fibre optique.

L'ABC du PON : les notions d'OLT, d'ONU, d'ONT et d'ODN permettront de mieux expliquer les fonctions de ces composants au sein d'un réseau PON.

 

Types de Réseaux Optiques Passifs

La topologie des réseaux PON a continué à se développer au cours des dernières décennies. Les anciens types de réseaux optiques passifs ont été progressivement supprimés par les nouveaux modèles plus modernes tels que le GPON et l'EPON. Les principaux types de réseaux PON sont illustrés ci-dessous :

APON/BPON

APON, "A" pour "ATM" (Asynchronous Transfer Mode), est le premier système PON à avoir connu un déploiement commercial significatif avec une couche électrique construite sur ATM. Adoptant le WDM pour la transmission en aval, le BPON (Broadband PON) est la version améliorée de l'APON, qui ajoute la distribution dynamique de la bande passante, la protection et d'autres fonctions. De nos jours, le BPON est plus courant que l'APON, qui fournit des services tels que l'accès Ethernet, la transmission vidéo et les lignes louées à haut débit.

GPON

Le GPON (Gigabit PON) est basé sur la norme ITU-T pour les nouvelles générations d'accès optique passif à large bande. Les caractéristiques asymétriques du GPON, qui permet un débit descendant à large bande pouvant atteindre 2,5 Gbps, peuvent répondre à la demande du marché des services de données à large bande. En tant que norme technologique de niveau opérateur, le GPON fournit également un mécanisme de protection au niveau du réseau d'accès et des fonctions OAM complètes, qui ont été largement déployées dans les réseaux FTTH.

EPON

L'EPON (Ethernet PON) adopte des paquets Ethernet au lieu de cellules ATM et a été développé pour assurer une compatibilité transparente avec les appareils Ethernet. Basé sur la norme IEEE 802.3, l'EPON n'a pas besoin de protocoles d'encapsulation ou de conversion supplémentaires pour se connecter aux réseaux basés sur Ethernet, et s'applique à la fois aux directions de transfert de données en amont et en aval. L'EPON conventionnel peut prendre en charge des vitesses symétriques allant jusqu'à 1,25 Gbps en amont et en aval. GPON vs EPON établit une comparaison entre les deux choix principaux - GPON et EPON - en ce qui concerne le débit de données, les ratios de séparation, la stratification et le service d'accès, la qualité de service, l'OAM, les coûts, etc.

XG-PON

La version 10G du G-PON est connue sous le nom de XG-PON, qui prend en charge 10 Gbps en aval et 2,5 Gbps en amont. Bien que la fibre physique et les conventions de formatage des données soient identiques à la version originale du G-PON, les longueurs d'onde sont ajustées et ressemblent beaucoup à celles du 10G-E-PON (1577 nm pour le débit descendant et 1270 nm pour le débit ascendant), ce qui permet au même réseau PON d'être utilisé simultanément pour le GPON et le XG-PON.

10G-E-PON

La version améliorée de la norme 10G-E-PON augmente les vitesses à 10 Gbps en amont et en aval. Elle fonctionne à des longueurs d'onde différentes de celles de l'E-PON, à savoir 1577 nm en aval et 1270 nm en amont, ce qui permet d'utiliser le même PON pour l'E-PON et le 10G-E-PON simultanément.

NG-PON2

NG-PON2, ou Beyond XG(S), utilise le WDM avec plusieurs longueurs d'onde 10G pour fournir un service de 40 Gbps en amont et en aval. De même, le NG-PON2 qui utilise différentes longueurs d'onde permet la coexistence sur le même réseau PON. GPON, XG-PON et NG-PON2, ces solutions PON à haut débit joueront un rôle important dans les grandes installations à locataires multiples ou à clients professionnels, ainsi que dans le cadre des réseaux sans fil 5G.

Passive Optical Network Types

 

Avantages et Limites du Réseau Optique Passif

De toute évidence, l'avantage le plus important du réseau PON est l'élimination des dispositifs actifs extérieurs - toutes les fonctions de traitement des signaux sont réalisées dans les commutateurs et l'équipement des locaux de l'utilisateur. Toutefois, l'adoption d'un réseau optique passif présente encore quelques inconvénients.

Avantages du PON

 

  • Utilisation efficace de l'énergie : le réseau d'accès n'a pas besoin d'être alimenté. L'alimentation n'est nécessaire qu'à la source et à la réception.

  • Mise en œuvre simple : Pas besoin d'armoires de câblage, d'infrastructure de refroidissement ou d'électronique d'espace intermédiaire.

  • Maintenance pratique : Il est assez facile d'identifier les défaillances causées par les composants passifs et actifs du PON, ce qui facilite la maintenance et le dépannage.

  • Plus facile pour les mises à niveau : En cas de besoin de mise à niveau, seuls les dispositifs d'extrémité (OLT, ONT/ONU) doivent être mis à niveau ou remplacés, tandis que la fibre optique et le répartiteur restent inchangés.

  • Des budgets moins élevés : D'une part, le coût des éléments passifs eux-mêmes est bien inférieur à celui des éléments actifs. D'autre part, le réseau PON a largement réduit le coût d'installation des éléments actifs.

Limitations du PON

 

  • Distance de transmission limitée : La portée du PON est limitée à 20 à 40 km, alors qu'un réseau optique actif peut atteindre jusqu'à 100 km.

  • Risques potentiels de panne : La ligne d'alimentation et l'OLT desservent plusieurs utilisateurs finaux, qui peuvent être jusqu'à 128 dans l'architecture P2MP. Avec peu de redondance, une coupure accidentelle de la fibre ou un OLT défectueux sont possibles.

 

Applications des Réseaux Optiques Passifs

La fibre optique jusqu'au domicile (FTTH) est considérée comme la principale application des réseaux optiques passifs. La réduction de l'infrastructure de câblage et la souplesse de transmission des réseaux optiques passifs en font une solution idéale pour les applications Internet, vocales et vidéo à domicile. En outre, le réseau PON est également adapté à différents environnements tels que les campus universitaires et les complexes commerciaux.

Les réseaux PON présentent également un potentiel pour les applications 5G fronthaul - le déploiement de réseaux PON pour compléter les connexions fronthaul peut réduire le nombre de fibres et améliorer l'efficacité sans compromettre la performance, en répondant aux exigences de bande passante et de latence imposées par la 5G.

 

Observations Finales

La "partie" entre le réseau de base et les réseaux locaux est un problème dans la plupart des cas. Ce "dernier kilomètre", mentionné dans l'introduction, est un goulet d'étranglement nécessaire à éliminer. C'est comme si, dans un réseau routier national, les routes principales et régionales avaient été construites dans le cadre d'une vaste autoroute de haute qualité, mais que les chemins menant aux résidences et entreprises restaient étroits et sinueux, et que l'efficacité du réseau routier ne pouvait pas être exploitée correctement. Les réseaux optiques passifs présentent des avantages supérieurs en termes de vitesse, de consommation d'énergie, de fiabilité et de coût de déploiement, ce qui permet d'éliminer le goulet d'étranglement et de fournir des solutions rentables.

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