RÉSEAU OPTIQUE PASSIF (PON)

Qu’est-ce qu’un réseau optique passif (Passive Optical Network, PON) ?

Un réseau optique passif (PON) est un réseau de fibre optique utilisant une topologie point à multipoint et des splitter optiques pour générer des données à partir d’un point de transmission unique vers de multiples terminaisons d’utilisateurs. Le terme « passif », dans ce contexte, fait référence au fait que la fibre et des composants de couplage/combinaison ne sont pas alimentés.

Contrairement à ce qui se passe dans un réseau optique actif, l’alimentation en électricité n’est nécessaire qu’au niveau des points d’envoi et de réception. C’est pourquoi les réseaux PON sont extrêmement efficaces du point de vue des coûts opérationnels. Les réseaux optiques passifs sont utilisés pour transmettre des signaux dans le sens ascendant et le sens descendant simultanément, vers et depuis les terminaisons d’utilisateurs.

Composants et appareils pour réseaux optiques passifs

La fibre optique et les splitter constituent les éléments véritablement « passifs » des réseaux PON, car ils n’exigent aucune alimentation électrique. Les splitter optiques ne sont pas sélectifs en longueur d’onde. Ils divisent simplement toutes les longueurs d’onde optiques dans le sens descendant et bien sûr, la division d’un signal optique implique une perte d’énergie qui dépend du nombre de divisions subies par le signal. Les splitter n’exigent pas d’actions de refroidissement ou de maintenance continue, par ailleurs inhérentes aux composants des réseaux actifs (tels que les amplificateurs optiques) ; ils peuvent donc fonctionner pendant des décennies si l’on n’y touche pas. En plus de ces composants passifs, des appareils terminaux actifs sont nécessaires afin de créer un réseau PON complet.

Le terminal de ligne optique (Optical Line Terminal, OLT) constitue le point de départ de tout réseau optique passif. Il est connecté à un commutateur central via des connecteurs Ethernet enfichables. La fonction première de l’OLT est de convertir, d’encadrer et de transmettre des signaux pour le réseau PON, puis de coordonner le multiplexage du terminal de réseau optique (Optical Network Terminal, ONT) pour la transmission ascendante partagée. Les appareils de l’utilisateur final sont parfois qualifiés d’unités de réseau optique (Optical Network Unit, ONU). Il s’agit d’une simple différence de terminologie entre les deux principaux organismes de normalisation : ONT pour l’ITU-T et ONU pour l’IEEE. Ces deux termes sont, dans les faits, interchangeables, mais on utilise l’un ou l’autre en fonction du service PON et de la norme utilisée (voir ci-dessous).

L’ONT est l’appareil alimenté du réseau optique passif situé à l’extrémité (utilisateur) opposée du réseau. Il comprend des ports Ethernet pour appareils domestiques ou pour la connectivité réseau.

Architecture de réseau optique passif

Les réseaux PON adoptent une architecture point à multipoint (P2MP) qui utilise des splitter optiques pour diviser le signal descendant d’un OLT unique en de multiples voies descendantes vers les utilisateurs finaux. Ces mêmes splitter combinent les multiples voies de signaux ascendants depuis les utilisateurs finaux jusqu’au même OLT.

L’architecture point à multipoint a été sélectionnée en tant qu’architecture PON la plus viable pour les réseaux d’accès optique, car elle associe l’efficacité inhérente au partage de la fibre optique à une faible consommation d’énergie. Cette architecture a été standardisée en 1998 par la norme ATM-PON G.983.1.

Aujourd’hui, la norme ITU-T G.984 pour G-PON a supplanté la norme ATM, car le mode de transfert asynchrone (Asynchronous Transfer Mode, ATM) n’est plus utilisé.

Un réseau PON débute par le terminal de ligne optique (OLT) qui est placé sur le site source du fournisseur de service, généralement connu sous le nom de Bureau central ou local, ou parfois appelé « point d’échange » ou « tête de réseau ».  À partir de là, le câble d’alimentation de la fibre optique (ou système d’alimentation à fibre optique) est acheminé vers un splitter passif, avec une fibre de secours le cas échéant. Les fibres optiques de distribution sont ensuite connectées du splitter à un terminal de chute, lequel peut être situé dans une armoire extérieure ou dans un solide boîtier monté dans un fossé, sur un poteau téléphonique ou même sur le côté d’un bâtiment. Les fibres de chute fournissent ensuite la connexion finale individuelle depuis le port de terminal de chute jusqu’à l’ONT/ONU de l’utilisateur final. Dans certains cas, plusieurs splitter en série sont utilisés. On parle alors d’architecture de splitter en cascade.

Les signaux transmis via le système d’alimentation à fibre optique peuvent être divisés pour fournir des services à un maximum de 128 utilisateurs, avec un ONU ou ONT, en convertissant les signaux et en fournissant ainsi un accès à Internet aux utilisateurs. On nomme rapport de division ou coefficient de fractionnement le nombre de fois où le signal OLT descendant est divisé ou fractionné avant d’atteindre l’utilisateur final (par exemple, 1:32 ou 1:64).

Dans les configurations plus complexes, où des vidéos RF sont diffusées en parallèle aux services de données PON ou lorsque des services PON supplémentaires coexistent sur le même réseau PON, des multiplexeurs passifs sont utilisés au niveau du bureau central/local afin de faire fusionner la longueur d’onde du signal vidéo et les longueurs d’onde des services PON supplémentaires sur le système d’alimentation à fibre optique OLT sortant.

Fonctionnement d'un réseau optique passif

Le multiplexage par répartition en longueur d’onde (Wave Division Multiplexing, WDM), une innovation inhérente au fonctionnement des réseaux PON, est utilisé pour séparer les flux de données en fonction la longueur d’onde (couleur) du laser. Une longueur d’onde peut être utilisée pour transmettre les données descendantes alors qu’une autre transportera les données ascendantes. Ces longueurs d’onde dédiées varient en fonction de la norme PON utilisée et peuvent être présentes simultanément sur une même fibre optique.

Le multiplexage par répartition dans le temps (Time Division Multiple Access, TDMA) est une autre technologie utilisée pour attribuer une longueur d’onde ascendante à chaque utilisateur final pour une période donnée. Cela est géré par l’OLT, ce qui évite les collisions longueur d’onde/données au niveau des splitter PON ou de l’OLT dues au fait que de multiples ONT/ONU transmettent simultanément des données ascendantes. Cette technologie est également appelée transmission en mode rafale pour signaux PON ascendants.

Types de services PON

Depuis son lancement dans les années 1990, la technologie PON n’a cessé d’évoluer et de nombreuses versions de la topologie des réseaux PON ont pris forme. Les normes PON d’origine, APON et BPON, ont petit à petit laissé la place à la bande passante et aux avantages globaux, en termes de performance, des versions plus récentes. 

Application PON

Un PON est parfois présenté comme le « dernier tronçon » entre le fournisseur et l’utilisateur ou entre la fibre optique et le X (FTTX), le « X » pouvant faire référence au domicile (FTTH), au bâtiment (FTTB), aux locaux d’entreprise (FTTP) ou à tout autre emplacement, selon l’endroit où se termine la fibre optique. Jusqu’ici, les réseaux de fibre à l’abonné (FTTH) constituaient la principale application de la norme PON.

L’infrastructure de câblage réduite (sans éléments actifs) et les attributs flexibles de transmission des médias des réseaux optiques passifs en ont fait la solution idéale pour les applications d’Internet domestique, de voix et de vidéo. Au fur et à mesure de l’évolution de la technologie PON, ses applications potentielles se sont elles aussi élargies.

Le déploiement de la 5G continue et les réseaux PON ont découvert une nouvelle application avec le fronthaul 5G. Le fronthaul est la connexion entre le contrôleur de bande de base et la tête radio distante de l’antenne-relais.

Du fait des exigences en termes de bande passante et de latence imposées par la 5G, utiliser des réseaux PON afin de compléter les connexions fronthaul peut réduire le nombre de fibres optiques et améliorer l’efficacité sans compromettre la performance. Tout comme le signal source est divisé entre les utilisateurs pour le FTTH, le signal des unités de bande de base peut être distribué vers plusieurs têtes radio distantes.

Parmi les autres applications adaptées aux réseaux optiques passifs, on peut citer les campus universitaires et les environnements d’entreprises. Pour les applications sur des campus, les réseaux PON offrent des avantages évidents en termes de débit, de consommation d’énergie, de fiabilité, de distances d’accès et, surtout, en termes de coûts d’installation/déploiement et de fonctionnement.

Le PON permet d’intégrer des fonctionnalités propres aux campus telles que la gestion des bâtiments, de la sécurité et des parkings, tout en réduisant la quantité d’équipement, de câbles et de systèmes de gestion dédiés. De même, les complexes d’entreprises de taille moyenne à grande peuvent retirer des bénéfices immédiats de l’implémentation d’un réseau PON, car la réduction des coûts d’installation et de maintenance a un impact direct sur les résultats financiers.

Avantages des réseaux optiques passifs

Limites des réseaux optiques passifs

Globalement, les avantages inhérents aux réseaux optiques passifs l’emportent nettement sur ces inconvénients.

À mesure que la technologie PON continue de s’améliorer, les avantages stratégiques et économiques du déploiement des réseaux PON sont de plus en plus convaincants. Parmi les défis auxquels les futures générations de concepteurs seront confrontées figurent notamment l’amélioration de la portée et les rapports de division plus élevés afin de réduire encore plus les dépenses liées aux câbles. Ces améliorations, combinées à des débits atteignant désormais 10 Gbit/s et plus, favoriseront la poursuite du développement des réseaux optiques passifs, notamment dans les villes, universités, hôpitaux et entreprises intelligents qui dessinent le monde connecté de demain.

Source: https://www.viavisolutions.com/fr-fr/reseau-optique-passif-pon