L’EPON et le GPON sont des versions populaires des réseaux optiques passifs (PON). Ces réseaux court-courriers de câble en fibre optique 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 incluent les connexions de backhaul 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 fibre qui n’utilise que la fibre et des composants passifs comme les répartiteurs et combineurs, plutôt que des composants actifs comme les amplificateurs, les répéteurs ou les circuits de façonnage. Ces réseaux coûtent nettement moins cher que ceux utilisant des composants actifs. Le principal inconvénient est une portée de couverture plus courte, limitée par la puissance du signal. Alors qu’un réseau optique actif (AON) peut couvrir une portée d’environ 100 km (62 miles), un PON est généralement limité à des fils de câbles fibre allant jusqu’à 20 km (12 miles). Les PON sont également appelés réseaux fibre jusqu’au domicile (FTTH).

Le terme FTTx est utilisé pour indiquer la distance d’un passage de fibre. Dans FTTH, x correspond à la maison. Vous pouvez aussi voir cela appelé FTTP ou fibre jusqu’aux locaux. Une autre variante est FTTB pour la fibre jusqu’au bâtiment. Ces trois versions définissent des systèmes où la fibre s’étend du fournisseur de service au client. Dans d’autres formes, la fibre n’est pas acheminée jusqu’au client. À la place, il est dirigé vers un nœud intermédiaire dans le voisinage. Cela s’appelle FTTN pour la fibre jusqu’au nœud. Une autre variante est le FTTC, ou fibre jusqu’au trottoir. Ici aussi, la fibre ne s’étend pas jusqu’à la maison. Les réseaux FTTC et FTTN peuvent utiliser la ligne téléphonique en cuivre non blindée à paires torsadées (UTP) du client pour étendre les services à moindre coût. Par exemple, une ligne ADSL rapide transporte les données de la fibre vers les appareils du client.

La configuration PON typique est un réseau point à multipoint (P2MP) où un terminal central de ligne optique (OLT) dans les installations du fournisseur distribue le service TV ou Internet à 16 à 128 clients par ligne fibre (voir la figure). Les répartiteurs 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 du client. L’ONU communique généralement avec un terminal réseau optique (ONT), qui peut être un boîtier séparé reliant le PON aux téléviseurs, téléphones, ordinateurs ou routeur sans fil. L’ONU/ONT peut être un seul appareil.

Dans la méthode de fonctionnement de base pour la distribution en aval sur une seule longueur d’onde de lumière allant de l’OLT à l’ONU/ONT, tous les clients reçoivent les mêmes données. L’ONU reconnaît les données ciblant chaque utilisateur. Pour l’amont de l’ONU à l’OLT, une technique de multiplex par division temporelle (TDM) est utilisée, où chaque utilisateur se voit attribuer un intervalle temporel sur une longueur d’onde différente de la lumière. Avec cette configuration, les répartiteurs agissent comme des combineurs de puissance. Les transmissions en amont, appelées opérations en mode rafale, se produisent de manière aléatoire lorsque l’utilisateur doit envoyer des données. Le système attribue un emplacement selon les besoins. Parce que la méthode TDM implique plusieurs utilisateurs sur une seule transmission, le débit de données en amont est toujours plus lent que le débit en amont.

GPON

Au fil des années, 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 longue distance. Comme le distributeur automatique n’est plus utilisé, une nouvelle version a été créée appelée le BPON, ou BPON. Désignée 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 le PON Gigabit. La norme ITU-T est G.984. Il délivre 2,488 Gbits/s en aval et 1,244 Gbits/s en amont.

Le GPON utilise le multiplexage par division de longueur d’onde optique (WDM), ce qui permet d’utiliser une seule fibre pour les données en aval et en amont. Un laser sur une longueur d’onde (λ) de 1490 nm transmet des 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 débit descendant complet de 2,488 Gbits/s, GPON utilise un format d’accès multiple par division temporelle (TDMA) pour attribuer un créneau horaire spécifique à chaque utilisateur. Cela divise la bande passante afin que chaque utilisateur obtienne une fraction, comme 100 Mbits/s, selon la manière dont le fournisseur de services l’alloue.

Le taux en 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 permet d’attribuer des créneaux de temps aux données en amont pour chaque utilisateur.

La répartition typique d’une fibre est de 1:32 ou 1:64. Cela signifie que chaque fibre peut desservir jusqu’à 32 ou 64 abonnés. Des ratios de répartition allant jusqu’à 1:128 sont possibles dans certains systèmes.

Quant au format des données, les paquets GPON peuvent traiter directement les paquets ATM. Rappelons qu’ATM emballe tout en paquets de 53 octets, avec 48 pour les données et 5 pour la charge générale. 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 requis par la transmission de données. La taille minimale du paquet est de 53 octets, et la taille maximale de 1518. Le chiffrement AES est utilisé uniquement en aval.

La dernière version de GPON est une version 10 Gigabit appelée XGPON, ou 10G-PON. Avec l’augmentation de la demande pour la vidéo et les services de télévision over-the-top (OTT), il est de plus en plus nécessaire d’augmenter les débits de ligne pour gérer les données massives de la vidéo haute définition. XGPON remplit cette fonction. La norme ITU est G.987.

Le débit maximal de 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 de coexister un service 10 Gbit/s sur la même fibre avec le GPON standard. La répartition optique est de 1:128, et la mise en forme des données est la même que GPON. L’autonomie maximale est toujours de 20 km. XGPON n’est pas encore largement mis en place mais offre une excellente voie de mise à niveau pour les prestataires de services et les clients.

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La plupart des PON sont configurés ainsi. Le nombre de répartiteurs et de niveaux fractionnés varie selon le fournisseur et le système. Les ratios de répartition 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, l’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 GPON et TDMA. Le débit de données brutes est de 1,25 Gbits/s dans les directions descendante et ascendante. Vous entendrez parfois le réseau appelé Gigabit Ethernet PON ou GEPON.

L’EPON est entièrement compatible avec d’autres normes Ethernet, donc aucune conversion ou encapsulation n’est nécessaire lors de la connexion à des réseaux Ethernet à l’un ou l’autre extrémité. Le même cadre Ethernet est utilisé avec une charge utile allant jusqu’à 1518 octets. EPON n’utilise pas la méthode d’accès CSMA/CD utilisée dans d’autres versions d’Ethernet. Puisque l’Ethernet est la principale technologie réseau utilisée dans les réseaux locaux (LAN) et désormais dans les réseaux métropolitains (MAN), aucune conversion de protocole n’est nécessaire.

Il existe également une version Ethernet 10 Gbit/s désignée 802.3av. Le débit réel de ligne est de 10,3125 Gbits/s. Le mode principal est à 10 Gbits/s en amont ainsi qu’en aval. Une variante utilise 10 Gbits/s en aval et 1 Gbit/s en amont. Les versions 10 Gbit/s utilisent différentes longueurs d’onde optiques sur la fibre, 1575 à 1580 nm en aval et 1260 à 1280 nm en amont, afin que le système 10 Gbit/s puisse être multiplexé sur la même fibre qu’un système standard 1 Gbit/s.

Résumé

Les entreprises de télécommunications utilisent les PON pour fournir des services triple-play, incluant la télévision, le téléphone VoIP et le service Internet aux abonnés. L’avantage réside dans des débits de données beaucoup plus élevés, essentiels à la distribution vidéo et à d’autres services Internet. Le faible coût des composants passifs signifie des systèmes plus simples, avec moins de composants en panne ou nécessitant de l’entretien. Le principal inconvénient est la portée plus courte possible, généralement pas plus de 20 km ou 12 miles. Les PON gagnent en popularité à mesure que la demande pour un service Internet plus rapide et plus de vidéos augmente. 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.
Autre référence : GPON ONU WIFI, fermeture de la connexion à fibre optique, module DWDM