ASSISTANCE POUR L ELABORATION D UNE STRATEGIE NUMERIQUE. Note de cadrage - Aspects technologiques -

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1 ASSISTANCE POUR L ELABORATION D UNE STRATEGIE NUMERIQUE Note de cadrage - Aspects technologiques

2 Résumé du document Au-delà de la disponibilité du haut débit pour tous qui a fait l objet de nombreuses actions au cours des dernières années, l évolution des usages du numérique conduit à délivrer le très haut débit (> 20 Mb/s) et l ultra haut débit (100 Mb/s) aux différentes catégories d utilisateurs. Le présent document a pour objectif de passer en revue les différents aspects relatifs à ce domaine et à tracer les lignes directrices d une approche structurée permettant à la collectivité d opérer les choix en toute connaissance de cause. La hiérarchie des réseaux de communications électroniques permettant de délivrer les signaux correspondant à ces services comprend les réseaux à longue distance, les réseaux de collecte et les réseaux d accès ou de desserte. Les enjeux économiques majeurs étant principalement concentrés sur cette boucle locale, il convient de comparer les technologies disponibles et de déterminer l architecture du réseau cible satisfaisant les objectifs ; en effet les technologies actuelles sont insuffisantes, sauf dans le cas des réseaux câblés lorsqu ils sont présents dans les grandes agglomérations comme celle d Annemasse. De plus, il convient de souligner que les contraintes économiques et opérationnelles peuvent conduire à identifier des étapes intermédiaires permettant une évolution progressive vers cette cible. Parmi les technologies envisageables, la fibre optique, dans ses différentes déclinaisons FTTX, est reconnue par les experts comme la plus appropriée, même si des solutions radio peuvent être considérées comme outsiders dans certaines situations, à condition que les expérimentations en cours confirment les attentes. Au-delà du choix technologique, le document aborde la problématique de la mutualisation de ces infrastructures et présente un certain nombre de recommandations sur l architecture et le dimensionnement de ces installations, notamment dans le cadre de programmes d aménagement, de réhabilitation ou d enfouissement de réseaux. Une attention particulière est portée sur le réseau terminal sur le domaine privé, surtout lorsqu il s agit d immeubles collectifs existants ou neufs pour lesquels les promoteurs, co-propriétés ou bailleurs sociaux doivent être impliqués. Enfin, on présente les techniques récentes de pose de câbles qui permettent d alléger les coûts de construction de ces infrastructures. En effet, au-delà des techniques traditionnelles, la mise en œuvre de génie civil allégé ou la mise en place de câbles dans les réseaux d assainissement non visitables sont tout à fait attractives, même si elles ne sont pas applicables dans tous les cas Note de cadrage technique 2

3 Sommaire I. Introduction... 4 II. Hiérarchie des réseaux de communications électroniques... 4 II-1 Hiérarchie et architectures de réseaux... 4 II-2 Principales technologies... 5 III. Les architectures FTTX... 6 III-1 Topologies FTTH... 6 III-2 Topologies intermédiaires FTTX... 8 IV. Comparaison des technologies d accès IV-1 Comparaison débit / portée IV-2 Influence du taux de partage IV-3 Positionnement respectif et complémentarités V. La mutualisation des réseaux d accès V-1 La mutualisation des infrastructures V-2 La problématique des architectures partagées V.2-a Généralités V.2-b Le cas des réseaux câblés V.2-c Le cas des réseaux FTTH V.2-d Options de mutualisation des PON VI. Conséquences et recommandations générales VI-1 Stratégies de conception VI.1-a Réseau de collecte VI.1-b Réseau d accès VI-2 Modélisation de l infrastructure d accès VI-3 Règles de dimensionnement du réseau d accès VI-4 Problématique du réseau terminal sur le domaine privé VII. Techniques de pose de câbles VII-1 Techniques traditionnelles VII-2 Techniques récentes VII.2-a Le génie civil allégé VII.2-b L utilisation du réseau d assainissement VIII. Documents de référence IX. Glossaire Note de cadrage technique 3

4 I. Introduction Le présent document traite des enjeux que représentent les réseaux à très haut débit et ultra haut débit. Les programmes de déploiements FTTx, annoncés par les opérateurs (France Telecom, Free, SFR/Neuf) que par des collectivités territoriales (Sipperec, CU du Grand Nancy, CA du Pays d Aix, CG92, etc ), montrent que la situation évolue rapidement pour les différents segments d applications. A plusieurs reprises, l ARCEP a clairement souligné le rôle des Collectivités Territoriales dans la mise en place des infrastructures FTTH, afin de garantir leur neutralité et leur mutualisation. Le présent document a pour objectif de passer en revue les différents aspects relatifs à ce domaine et à tracer les lignes directrices d une approche structurée permettant à la collectivité d opérer les choix en toute connaissance de cause. II. Hiérarchie des réseaux de communications électroniques II-1 Hiérarchie et architectures de réseaux Avant de comparer le positionnement respectif des différentes technologies, il convient de considérer la hiérarchie structurelle dans les réseaux de communication. La figure 1 schématise la situation. Réseaux longue distance Figure 1 : Hiérarchie des réseaux Les réseaux longue distance (nationaux, pan-européens ou intercontinentaux) assurent l interconnexion entre plusieurs réseaux de collecte à travers des passerelles, souvent appelés points de présence opérateur (POP) ; on parle alors de backbone. Dans le cas de l opérateur historique, ces nœuds d accès correspondent à la localisation des CAA (Commutateurs à Autonomie d Acheminement). Les technologies mises en œuvre à ce niveau sont majoritairement des liaisons sur fibre optique, terrestres ou sous-marines. Réseaux de collecte Les réseaux de collecte, souvent appelés MAN, sont la base des boucles régionales, départementales ou locales. Ces réseaux sont principalement basés sur des architectures en boucles et des technologies fibres optiques ; en outre, on démultiplie la capacité de chacune des fibres optiques par les techniques de multiplexage en longueur d ondes (WDM). En ce qui concerne les solutions techniques, on trouve en fait deux approches : l approche traditionnelle «télécom», basée sur SDH et ATM et une approche orientée IP connue sous le nom MPLS (Multi Protocol Label Switching), qui présente des avantages indéniables en termes économique et opérationnel Note de cadrage technique 4

5 Réseaux d accès ou de desserte Finalement, l élément crucial notamment en terme économique correspond à la «chevelure» (capillarité) qui constitue le dernier (ou le premier) bond vers les utilisateurs. C est ce qu on appelle le réseau d accès ou boucle locale. C est le principal enjeu du déploiement du très haut débit et de l ultra haut débit dans la mesure où il constitue la part prépondérante des coûts de construction des réseaux. II-2 Principales technologies On dispose d une importante panoplie de technologies filaires ou hertziennes qui ont chacune leurs avantages et inconvénients en fonction des applications. Pour les infrastructures filaires, on trouve: o la boucle locale cuivre est le champ d action privilégié de l opérateur historique France Telecom; l introduction des technologies xdsl apporte un certain nombre de contraintes, notamment vis à vis des débits et de la portée ; néanmoins, il faudra considérer d une part l évolution des normes (notamment ADSL 2+) qui augmente les débits en diminuant la portée, et d autre part les possibilités offertes par des solutions sur fibre optique permettant de s affranchir des limitations de portée ; o les réseaux câblés de télédistribution, centrés sur les zones urbaines et disposant d une capacité multiservices ; ils mettent en œuvre une combinaison de transmission large bande sur fibre optique et sur câble coaxial ; o les réseaux optiques passifs, qui sont entre autres le support privilégié d Ethernet à haut débit (FastEthernet ou GigabitEthernet) ; ils peuvent être déployés sous la forme de liaisons spécialisées («point à point») ou à partir d architectures partagées telles que les PON (Passive Optical Network = Réseau Optique Passif) dans diverses configurations ; o les courants porteurs en ligne, qui sont adaptés aux réseaux locaux d entreprise ou aux réseaux domestiques, mais restent encore problématiques en réseau d accès. Du côté des réseaux «radio», on trouve une panoplie assez large comprenant: o les réseaux satellites, notamment ceux dédiés à la diffusion directe, qui proposent maintenant des solutions bidirectionnelles pour les services de données ; o la télévision numérique terrestre, qui remplacera progressivement le réseau de diffusion de télévision analogique sur les antennes individuelles ou collectives ; o la boucle locale radio, avec les normes MMDS (à 3,5 GHz), LMDS (à 26 GHz) ou MVDS (à 40 GHz) ; la nouvelle norme générique (WirelessMAN ) qui couvre ces systèmes est le , dont la version d correspond au label Wimax d interopérabilité des matériels dans la bande des 3,4 3,6 GHz ; les fréquences correspondantes ont été attribuées par l ARCEP ; la nouvelle norme e permettra d introduire les fonctionnalités liées à la mobilité, après accord de l ARCEP ; o dans la même perspective, mais sur des fréquences plus élevées (bande Ku entre 10,7 et 12,5 GHz ou bande Q entre 40,5 et 43,5 GHz), certains constructeurs comme Bluwan présentent des solutions propriétaires ; o la téléphonie mobile avec les versions successives du GSM de deuxième génération (WAP, GPRS, EDGE) et plus récemment de l UMTS ; les technologies propriétaires de type QDMA, permettant de mettre en œuvre des architectures maillées (meshed networks) basées sur la combinaison de liaisons par bonds successifs «peer to peer», où chaque station terminale joue le rôle de répéteur / routeur ; o les réseaux locaux radio, avec des normes comme : b, dite WiFi, et ses dérivées a, g (WiFi 2) et n ; la norme européenne Hiperlan 2, voisine de a, mais non compatible ; d autres technologies comme Bluetooth ou DECT ne rentrent pas dans la catégorie large bande et multiservices Note de cadrage technique 5

6 Il faut souligner que les évolutions technologiques pourront, dans les années à venir, compléter la palette des solutions disponibles, notamment dans le domaine de la radio. On peut en particulier citer : - la quatrième génération de téléphonie mobile (LTE) offrant des débits plus élevés mais nécessitant une plus forte densification des points hauts ; - la prochaine génération Wimax (802.16m) tendant à assurer une solution alternative au LTE. Néanmoins, les évolutions précédentes ne seront pas susceptibles de rivaliser avec les débits proposés sur la fibre optique. III. Les architectures FTTX L introduction des technologies «fibre optique» dans le réseau d accès découle d un certain nombre d éléments convergents : - l augmentation des besoins des utilisateurs : - le phénomène de convergence des applications et des terminaux, favorisé par l utilisation du protocole IP, conduit à utiliser un média large bande et transparent ; - les technologies traditionnelles (cuivre) sont en train de montrer leurs limites liées aux lois de la physique, alors que les technologies alternatives (radio, satellite, CPL) ne sont que des solutions d attente sur des applications ciblées. Dans le réseau d accès, les fibres optiques peuvent être déployées selon diverses topologies FTTx qui indiquent le niveau plus ou moins profond de la fibre vers l usager final : FTTN (N = Node, jusqu au nœud), FTTC (C = Curb, jusqu au trottoir), FTTLA (LA = Last Amplifier, jusqu au dernier ampli), FTTB (B = Building, jusqu à l immeuble), FTTH (H = Home, jusqu au logement) ou même FTTD (D = Desk, jusqu au bureau). III-1 Topologies FTTH Figure 2 : topologies FTTx Dans une topologie FTTH, plusieurs systèmes peuvent être envisagés : - les systèmes «point à point» (P2P) sont les plus simples puisque chaque client est relié au nœud d accès par une fibre qui lui est dédiée : o les normes sont basées sur la famille Ethernet (802.3) telles que 100Base-FX, 1000Base-SX, 1000Base-LX/LH, 1000Base-ZX ou 10GBase-LR/ER ; Figure 3 : FTTH point à point (P2P) 2012 Note de cadrage technique 6

7 - les systèmes peuvent également être conçus dans une configuration en «double étoile active», que l on appelle AON (Active Optical Network) : o un équipement «actif» est installé à proximité de la grappe qui regroupe les utilisateurs d un secteur géographique donné ; o on parle souvent de «curb switch Ethernet» puisque l équipement comprend la fonction «convertisseur de media» ainsi que celle de switch/routeur ; o la terminaison finale est de nouveau réalisée en fibre optique ; Figure 4 : topologie FTTH en double étoile active (AON) - les systèmes «point à multipoint» placés sous le terme générique de PON (Passive Optical Network) : o un coupleur optique passif est installé en lieu et place de l équipement actif décrit précédemment ; par rapport aux architectures point à point, le PON présente l avantage de partager certains équipements entre plusieurs abonnés, réduisant d autant le coût de construction initial ; de plus, les conditions d exploitation/maintenance s en trouvent améliorées, réduisant ainsi les coûts de fonctionnement. o ces systèmes recouvrent plusieurs normes qui se sont succédées au cours du temps (A-PON, E-PON et maintenant G-PON) et définissent un certain nombre de paramètres tels que : les débits (2,488 Gb/s symétriques pour le G.PON) ; le taux maximum de couplage optique nombre de terminaisons sur un même PON) : 1:64 pour le G.PON ; o le débat entre les différentes sortes de PON est encore très ouvert, d autant plus que d autres normes prometteuses sont en cours de discussion (PON-DWDM, PON à 10 Gb/s). Figure 5 : topologie FTTH en PON 2012 Note de cadrage technique 7

8 III-2 Topologies intermédiaires FTTX Comme on l a indiqué précédemment, il convient d examiner des situations intermédiaires pour lesquelles la fibre optique ne va pas jusqu à l usager tout en préparant l évolution progressive vers le FTTH. Il s agit de topologies FTTx pour lesquelles on peut citer quelques exemples correspondant à des situations réelles : - le développement par France Telecom des NRA-HD (Haute Densité) ou NRA-ZO (Zone d Ombre) au niveau des sous répartiteurs est une première approche permettant de prolonger la vie de l ADSL : Figure 6 : NRA-HD ou ZO o l installation des DSLAM dans ces armoires permet de réduire les longueurs de raccordement et par voie de conséquence d améliorer notablement l éligibilité ; o ces équipements sont raccordés au cœur de chaîne par l intermédiaire de fibres optiques, ou de liens 2 Mb/s sur paire cuivre ; - une des voies d amélioration de l éligibilité consiste à étendre le concept des NRA-ZO à l ensemble des sous-répartitions du territoire ; o plusieurs solutions techniques sont envisageables et font actuellement l objet d expérimentations dans le cadre de l ARCEP : bi-injection (figure 7) : le dégroupage est mis en œuvre en même temps au NRA et à la sous répartition ; la bande passante n est pas totalement utilisée de façon à éviter les pollutions occasionnées sur les voies directes en provenance du NRA ; le débit réel s en trouve donc réduit ; Figure 7 : principe de la bi-injection mise en place d un DSLAM au niveau du sous-répartiteur (figure 8) ; Figure 8 : dégroupage au sous-répartiteur (source E-RESO) 2012 Note de cadrage technique 8

9 déport fibre optique à partir du DSLAM installé dans le NRA origine sur la base de solutions de type DSL-Fibre d IFOTEC (figure 9) ; Figure 9 : déport au sous-répartiteur (source E-RESO) - les réseaux câblés HFC (FTTN ou FTTLA) constituent un second exemple : o le réseau de transport optique se termine sur des nœuds optiques qui desservent de 250 à 500 logements raccordables en architecture HFC ; la terminaison est réalisée sur câble coaxial et le signal large bande est régénéré par des amplificateurs ; o le protocole de transmission des données est basé sur les normes EuroDOCSIS ; o dans le cas des architectures FTTLA (Fiber To The Last Amplifier), la fibre optique arrive en pied d immeuble et dessert une trentaine de logements ; Figure 10 : réseaux câblés HFC - les architectures Ethernet à terminaison cuivre sont un troisième exemple : o on retrouve l architecture de la double étoile active (AON) décrite précédemment, mais la terminaison finale peut être réalisée sur paire cuivre, voire en technologie CPL ; o dans le cas d une terminaison en pied d immeuble (FTTB), il peut en effet être intéressant de réutiliser une installation existante. Figure 11 : curb switch Ethernet 2012 Note de cadrage technique 9

10 IV. Comparaison des technologies d accès Nous présentons maintenant les éléments comparatifs du positionnement de ces technologies vis-à-vis des objectifs du très haut débit et de l ultra haut débit. On examinera successivement les aspects suivants : correspondance entre applications (services) et débits, comparaison entre débit et portée et influence du taux de partage des ressources. IV-1 Comparaison débit / portée Une façon de comparer les technologies est de les placer sur une matrice bidimensionnelle débit / portée telle que présentée sur la figure 12. Figure 12 : Comparaison débit / portée On voit que les seules technologies susceptibles de délivrer l ultra haut débit avec des portées suffisantes sont : - les réseaux câblés, dont l implantation ne concerne que les grandes agglomérations ; - la fibre optique sur la base d architectures point à point basées sur les normes Ethernet ou les architectures PON ; - les technologies radio telles que Bluwan. IV-2 Influence du taux de partage Pour les architectures «partagées» (point à multipoint), le même flux va supporter des données relatives à différents usagers. Cette situation est systématique pour les technologies radio mais aussi pour certaines technologies filaires telles que les réseaux câblés, le CPL ou les réseaux PON. Les ressources sont partagées à partir du dernier nœud du réseau, que celui-ci soit la station de base pour la radio, le nœud optique pour un réseau câblé ou l équipement OLT placé au NRO pour les PON. En fonction du nombre d usagers raccordés sur ce nœud et la capacité totale disponible sur le secteur desservis, on peut déterminer le débit moyen disponible pour chaque usager en fonction du taux de pénétration des services. Il faut également formuler les remarques suivantes : - dans le cas de services triple play comportant une offre de services de télévision diffusée (multicast), il est utile, lorsque cela est possible, de partager les ressources en fonction des types de services de façon à réserver aux services diffusés une bande suffisante pour garantir la QoS adéquate ; 2012 Note de cadrage technique 10

11 - plus la densité de logements est réduite, notamment pour les zones rurales (en hameaux ou en habitat dispersé), plus les limitations de portée des solutions radio sont critiques ; - la recherche de la satisfaction des besoins peut conduire à multiplier les nœuds, et donc à renchérir de façon significative le coût des réseaux de collecte à mettre en place pour irriguer ces poches. En conséquence, les solutions radio sont généralement inadaptées pour le très haut et l ultra haut débit, sauf les solutions de type Bluwan qui peuvent s avérer attractive dans certains cas. IV-3 Positionnement respectif et complémentarités Selon la situation, certaines technologies s avèrent plus adaptées sans que pour autant il ne soit pas judicieux de rechercher les synergies et les complémentarités. Dans les zones à forte ou moyenne densité de population, la situation est assez ouverte dans la mesure où une ou plusieurs technologies peuvent être raisonnablement candidates : - le câble est un candidat de choix dans les agglomérations et la norme EuroDOCSIS 3.0 permettra de proposer des services de données de forte capacité sans pour autant proposer des débits symétriques ; il peut migrer de façon naturelle et progressive vers le FTTH, même en partant d une architecture HFC très répandue ; - dans les autres cas, les architectures FTTH semblent les plus appropriées ; néanmoins, les solutions intermédiaires FTTX, telles que le dégroupage au sous-répartiteur qui améliorent l éligibilité des solutions xdsl, permettront d étaler dans le temps les investissements tout en préparant la migration vers le réseau cible ; - cette approche est également applicable aux zones plus rurales. Vis à vis des zones rurales délaissées par les opérateurs en raison d une faible densité d utilisateurs potentiels et de coûts très importants de construction des infrastructures, il est important de rechercher les combinaisons de technologies permettant de satisfaire au moins une partie des besoins. De telles approches sont souvent le fait de petites structures locales mettant en œuvre un certain nombre d expérimentations. Parmi celles-ci, on peut citer à titre d exemple : - dans des zones sub-urbaines, la combinaison de liaisons optiques non guidées (FSO) pour le déport du cœur de réseau, puis la desserte radio en WiFi ; c est le cas de l expérimentation menée par les Communes de Sillé le Guillaume (Sarthe) ; - en zone rurale à habitât regroupé (hameaux) : o avec un accès satellite bidirectionnel combiné à une desserte locale en WiFi ou CPL : ces solutions semblent encore très fragiles du point de vue de la qualité de services ; o avec l utilisation des technologies CPL à la fois sur les réseaux de moyenne et basse tension : les limitations liées au taux de partage des débits disponibles et à la distance par rapport au poste de transformation sont très contraignantes. En tout état de cause, aucune de ces solutions ne permet d offrir des accès à très haut ou ultra haut débit Note de cadrage technique 11

12 V. La mutualisation des réseaux d accès V-1 La mutualisation des infrastructures Le cadre réglementaire dans lequel se situe l intervention des collectivités territoriales en matière d aménagement numérique du territoire impose que les infrastructures mises en place soient neutres et ouvertes vis-à-vis des opérateurs de services. Lorsque le schéma retenu consiste à offrir de la fibre «noire», la situation est particulièrement simple puisque chaque paire de fibres est allouée à un seul opérateur. La mutualisation se limite alors à 2 niveaux : - la couche d infrastructure physique, composée notamment des fourreaux, des chambres et des locaux techniques ; - la couche d infrastructure optique passive, comprenant notamment les câbles optiques, les boîtiers d épissurage et les baies de brassage. Les objectifs de mutualisation entre plusieurs opérateurs sont bien connus et les solutions de mise en œuvre bien maîtrisées. Dès que la mutualisation concerne des infrastructures activées, on est amené à prendre en compte la couche d architecture réseau qui comprend les équipements actifs qui dépendent des choix techniques réalisés pour le système lui-même. Les contraintes sont directement dépendantes des technologies utilisées dans le réseau d accès. Celles liées au dégroupage du réseau cuivre au niveau du NRA ont été largement débattues. Les autres technologies doivent être examinées avec précaution. V-2 La problématique des architectures partagées V.2-a Généralités Dans le réseau d accès, on est en présence de deux grandes familles d architecture physique : - les architectures point à point (P2P) pour lesquelles chaque terminaison d usager est reliée au nœud de rattachement par l intermédiaire d un support physique dédié : o on parle généralement de réseau en étoile, même si le regroupement des supports dans des câbles conduit à une topologie arborescente (voiries) ; o dans ce cas, le flux de données (au sens électrique du terme) ne comporte que les éléments relatifs à l usager concerné ; l intégrité des liaisons est préservée ; o ce principe s applique également quand plusieurs liaisons individuelles sont multiplexées sur le même support sans que les flux de données eux-mêmes soient mélangés ; c est le cas de l utilisation du multiplexage en longueur d onde (WDM) qui permet de réduire le nombre de fibres nécessaires ; - les architectures point à multipoint (PMP) pour lesquelles les données relatives à un usager spécifique sont insérées dans un flux à très haut débit qui véhicule les données de tous les utilisateurs situés dans la même zone de couverture du système. On parle alors de système mutualisé. Pour les systèmes «partagés» (point à multipoint), le même flux va donc supporter des données relatives à différents usagers qui sont clients de différents FAI. La question n est pas tant sur la faisabilité technique que sur la capacité des FAI à accepter d utiliser de tels systèmes : - mécanismes d authentification et de routage et mode de livraison ; - règles de séparation des FAI (garantie de débit par système, par client) ; - règles d exploitation : priorisation des flux, infos par client, trafic FAI par flux ; - services : nombre de VLANs par abonné, multicast Note de cadrage technique 12

13 V.2-b Le cas des réseaux câblés Sur un réseau câblé de type HFC, basé sur le multiplexage fréquentiel (FDM), le principe de mutualisation du média (fibre ou coaxial) est facile à mettre en œuvre puisque l on peut allouer des plages de fréquences aux différents services, donc à des opérateurs différents, tant en voie descendante qu en voie remontante. C est d ailleurs ainsi que l opérateur NC-Numéricâble a fait cohabiter il y a plusieurs années deux offres d accès à haut débit à Internet (AOL et NC). Cette possibilité n est pas réellement prise en compte puisque, dans la grande majorité des cas, l opérateur de l infrastructure de réseau et l opérateur de services ne forment qu une seule et même entité. En fait, la seule «recommandation» de l ARCEP est de réduire la taille des poches avant tout en poussant la terminaison fibre plus près des clients (deep fiber), ce qui n est d ailleurs pas suffisant, puisque l introduction de la norme DOCSIS 3.0 serait nécessaire pour offrir 100 Mb/s par abonné. V.2-c Le cas des réseaux FTTH Comme on l a vu dans le bulletin précédent, plusieurs architectures FTTH peuvent être considérées : point à point (P2P), double étoile active (AON) et point à multipoint (PON). Les architectures «point à point» répondent par définition à l objectif de mutualisation puisque chaque client final est relié au centre de rattachement par une (ou deux) fibre(s) optique(s) qui lui est dédiée. Il faut également souligner que la portion terminale du réseau est toujours basée sur une topologie en étoile donc point à point. V.2-d Options de mutualisation des PON Dans la configuration système de référence, on a vu que les différents flux relatifs aux clients appartenant à la même zone géographique sont véhiculés par le même flux PON à très haut débit. Il est donc nécessaire de mettre en place les mécanismes d exploitation permettant aux différents opérateurs de services qui partagent ce même flux de maîtriser la gestion de ses abonnés (regroupement des V-LAN), de s assurer de la qualité du service qui leur est fourni (par exemple : débit garanti) et de l intégrité des données (clients et exploitation) vis-à-vis de l opérateur de l infrastructure et des autres opérateurs de services. L ensemble de ces problèmes peut conduire à de fortes réticences qui pourraient affaiblir les projets de déploiement de ces technologies dans les réseaux d accès mutualisés. Il parait important de considérer d autres solutions basées sur les couches physiques plus basses sans interférer sur les éléments liés au système lui-même. La première approche consiste à valoriser les potentialités en terme de multiplexage en longueur d ondes (WDM). Une longueur d onde spécifique (donc un flux spécifique) est allouée à chaque opérateur de services. Les signaux correspondants sont insérés sur la fibre optique au niveau du POP par l intermédiaire d un multiplexeur optique (composant passif). A l autre extrémité (figure 13) les ONT sont spécialisés (longueur d onde spécifique). Figure 13 : séparation par WDM 2012 Note de cadrage technique 13

14 Cela implique une mise en œuvre plus délicate au niveau des composants optoélectroniques qui doivent émettre dans la bonne plage de longueur d onde, ce qui conduit à des surcoûts non négligeables. Le problème est encore plus délicat pour la voie retour qui fonctionne traditionnellement dans la plage 1300 nm. De plus, il faut noter que les équipementiers n offrent pas encore ces solutions à leur catalogue. La seconde approche, que l on peut appeler «mutualisation passive», est basée sur l existence de la fonction de brassage, telle que décrite précédemment, localisée sur un point de flexibilité passif dans le réseau. Il s agit en fait, sans rien modifier par rapport à la situation d origine, de spécialiser les OLT tout en conservant la capacité totale du brassage des PON, puisque n importe quel ONT de la zone peut être raccordé sur un des PON. Comme le montre la figure 14, les ONT ne sont différenciés que par leur raccordement physique (jarretiérage) au PON du FAI correspondant. On voit également cohabiter des systèmes point-à-multipoint et des systèmes point à point, découlant du choix des opérateurs de services. Figure 14 : séparation des PON (mutualisation passive) Par rapport au déploiement traditionnel, il n y a presque aucun impact économique : - le dimensionnement du réseau de capillarité finale et des baies de brassage est strictement identique ; - la granularité de la partie amont (entre les OLT et les coupleurs) peut conduire à quelques fibres supplémentaires, de même que pour les châssis destiné à recevoir les cartes PON au fil de l eau. L analyse précédente a montré les avantages indéniables du dernier scénario présenté. Il faut rappeler également que les principaux avantages des PON sur les autres architectures sont les suivants : - le nombre de fibres à ramener au nœud de rattachement optique est réduit par rapport au point à point : o cela simplifie fortement la problématique du brassage des fibres ; o cette situation est particulièrement cruciale dans le cas de la desserte vers les usagers résidentiels ; - les coûts d exploitation des systèmes PON sont plus faibles que ceux liés aux autres systèmes Note de cadrage technique 14

15 On doit néanmoins souligner une dernière difficulté potentielle relative au terminal d abonné (ONT). En effet, certains intervenants indiquent que l usager doit avoir la possibilité de choisir plusieurs FAI selon le service souhaité alors que le principe de mutualisation passive affecte l ONT considéré à un seul FAI. Cette situation nous semble strictement théorique puisque, d un point de vue commercial, les offres des FAI combinant l ensemble des services (triple play) seront toujours plus attractives que des offres fractionnées. VI. Conséquences et recommandations générales VI-1 Stratégies de conception VI.1-a Réseau de collecte En règle générale, les réseaux de collecte peuvent être mis en place au niveau régional, départemental ou local. Ces réseaux sont des dorsales qui interconnectent les principaux nœuds de l infrastructure, à savoir les zones considérées comme stratégiques par la collectivité (NRA, points de présence des opérateurs, principales zones d activités, principales administrations.). Son architecture, qui s appuie autant que possible sur les infrastructures existantes, doit satisfaire un certain nombre d objectifs parmi lesquels on peut citer : - les débits relatifs aux flux qui doivent être échangés entre les différents nœuds ; - la position géographique respective des différents nœuds ; - la sécurisation des liaisons (double routage) ; - l évolutivité du réseau en termes de capacité et d extension géographique. L architecture est généralement basée sur des boucles maillées en technologie fibre optique. Pour atteindre certaines zones un peu excentrées, ces boucles peuvent être complétées par des branches spécifiques, sans fournir le même niveau de sécurisation. Compte tenu des contraintes relatives aux différentes architectures FTTH (P2P ou PON) décrites au chapitre III, il est important d optimiser le positionnement des principaux nœuds du réseau de collecte qui assureront l interface avec les réseaux de desserte. L optimisation du positionnement de ces NRO (nœuds de raccordement optique) correspond à un compromis technico-économique puisque l on cherchera à réduire le nombre de ces sites techniques pour des raisons d optimisation de l exploitation. VI.1-b Réseau d accès Lors de la conception d une infrastructure de desserte, il convient de disposer d une vision à long terme sur les fonctions que celle-ci devra satisfaire à un horizon de plus de 20 ans. Par rapport à la description en couches présentée au VI-1, on peut faire les remarques suivantes : - les couches les plus basses sont des éléments très structurants : o elles constituent un élément important du patrimoine des collectivités ; o contrairement aux équipements, notamment actifs, leur amortissement est généralement calculé sur une période longue ; - ces éléments structurants sont le plus souvent les plus stables et ne font pas l objet de prise de risque inconsidéré : o le graphe de cheminement des fourreaux et des câbles sera presque toujours calqué sur la topographie des voieries ; o on peut sans risque garantir qu au final le réseau sera «tout optique» Note de cadrage technique 15

16 Dans la plupart des cas, l architecture cible FTTH sera mise en œuvre dès l origine par décision stratégique des acteurs dans une logique d aménagement à long terme. Par ailleurs, en fonction des opportunités, on pourra envisager une mise en œuvre par paliers successifs avant d atteindre la cible. En cas de paliers, l architecture devra impérativement autoriser l évolution des solutions mises en œuvre : les nœuds constituant le graphe du réseau devront éventuellement héberger des équipements actifs ou passifs selon le palier considéré. Pour faciliter la transition d un palier au suivant, on disposera de points de flexibilité permettant d articuler les éléments. Certains nœuds seront définis comme points de flexibilité ; ils permettront la transition sans nécessité de modifier l ensemble. La question la plus cruciale pour la collectivité est de déterminer jusqu où elle compte intervenir dans le cadre de la réglementation en vigueur. Alors qu il est indéniable que les deux couches passives sont à considérer d office, on peut s interroger sur l activation de l infrastructure. En effet, le cycle de renouvellement des équipements est très court et l on peut penser qu il n est pas du rôle de la collectivité de faire le choix du système qui sera utilisé par les opérateurs de services. Sur la base de notre expérience, nous pensons devoir mettre en évidence plusieurs pistes de réflexion importantes : * même si l activation est retenue par la collectivité, le catalogue des services offerts aux opérateurs devra toujours inclure la location de fibres noires, notamment du fait de la demande des grands fournisseurs d accès Internet ; * même si la collectivité envisage d activer son infrastructure, elle doit concevoir les deux couches les plus basses (passives) de manière autonome : celles-ci devront être capables de supporter successivement ou simultanément différents types de systèmes (point à point et point à multipoint) ; en fonction des conditions économiques et concurrentielles, la collectivité pourra décider de n activer les infrastructures, pendant une période déterminée, que dans les zones où l appétence des opérateurs doit être dynamisée (incitée) ; la mise en œuvre doit être systématiquement prévue dans le cadre de toute opération d aménagement, de rénovation urbaine et d enfouissement des réseaux ; * en conséquence, le principe de mutualisation impose de disposer de points de flexibilité permettant l évolutivité et l adaptabilité de l infrastructure. VI-2 Modélisation de l infrastructure d accès Le niveau central de l architecture du réseau d accès (de desserte) est le nœud d accès (NA) que l on appelle quelquefois NRO (nœud de raccordement optique) par analogie avec les NRA du réseau téléphonique de France Telecom. Le niveau le plus proche de l abonné peut être défini sous le terme générique PR (point de raccordement). Entre ces deux points, comme on l a vu précédemment, il est nécessaire de définir des nœuds de flexibilité (NF) Note de cadrage technique 16

17 Figure 15 : description fonctionnelle du réseau d accès Le nœud d accès est généralement installé dans un local technique adapté, éventuellement dans un shelter. Ils hébergent les équipements actifs du réseau d accès et ceux qui assurent l interface avec le réseau de collecte ou de contribution. Les nœuds de flexibilité sont installés dans des armoires de trottoir (comme c est le cas pour les sous répartiteurs du réseau téléphonique cuivre) ou des locaux techniques en pied d immeuble. Ils permettent d assurer la mutualisation de manière transparente vis-à-vis de la couche système ; dans le cas des PON, ils accueillent les coupleurs optiques. Les points de raccordement sont des petits coffrets installés en borne, sur façade ou dans les gaines verticales des immeubles. Ils assurent l interface avec le câble de branchement (drop). Selon la configuration de l habitat, ces différentes fonctions ne sont pas positionnées au même endroit, notamment quand on distingue les zones d habitat collectif et pavillonnaire. De plus, comme le montre la figure 16, certains de ces éléments sont installés dans le domaine privé, ce qui implique un certain nombre de contraintes supplémentaires (voir VII-4). Figure 16 : positionnement physique des nœuds VI-3 Règles de dimensionnement du réseau d accès Par rapport au modèle en trois couches, il faut noter que plus la couche a un poids économique élevé, plus sa définition et sa réalisation doivent être pérennes. Pour les deux couches passives qui constituent la base du patrimoine des Collectivités Territoriales, l aménageur doit largement dimensionner le nombre et le type de fourreaux ainsi que des chambres afin de permettre la mutualisation Note de cadrage technique 17

18 Si l on reprend la modélisation du paragraphe précédent, les recommandations relatives aux différents tronçons sont les suivantes : - à partir du nœud de flexibilité jusqu au PR (figure 17) : o la topologie est toujours point à point (en étoile) quel que soit le système considéré (point à point ou point à multipoint) ; en effet, dans le cas des PON, les coupleurs optiques sont localisés au NF ; o en conséquence, le nombre de fibres optiques doit permettre de raccorder tous les logements ou entreprises de la zone de desserte ; o les fourreaux doivent avoir une capacité suffisante pour raccorder tous les logements ou entreprises de la zone ; - entre le NA et les nœuds de flexibilité : o o les fourreaux doivent avoir la capacité pour recevoir tous les câbles optiques permettant de raccorder à terme tous les logements ou entreprises de la zone quel que soit le système considéré (point à point ou point à multipoint) ; néanmoins, les câbles optiques peuvent être installés par palier, avec un premier palier à 30%. Figure 17 : dimensionnement des infrastructures Il convient de noter que ce dimensionnement correspond à l hypothèse où l aménageur est une collectivité territoriale qui a pour objectif de mettre en place une couverture équi-répartie sur l ensemble du territoire. Il ne correspond pas nécessairement à celui qui serait réalisé par un opérateur privé, celui-ci étant guidé par des considérations de rentabilité le conduisant à cibler les zones les plus rentables et à dimensionner les infrastructures que pour atteindre une hypothèse de taux de pénétration partiel, celui-ci n atteignant jamais 100% en moyenne. Dimensionnement et déploiement des systèmes PON L ingénierie de déploiement du réseau passif doit permettre de faciliter le phasage de mise en place des équipements : - comme tous les logements ne demanderont pas à être raccordées en même temps, la montée en charge des débits nécessaires sur chaque PON s étalera sur plusieurs années, permettant ainsi de réaliser une mise en service progressive du système ; - les fibres qui devront être activées pourront être brassées au niveau des points de flexibilité (OLT ou coupleur/splitter) de façon à charger les OLT qui auront été activés initialement avant de mettre en service de nouveaux OLT - le positionnement des coupleurs optiques dans le réseau passif est très important : o même si les coupleurs optiques peuvent être installés en cascade (par exemple 1:8 suivi de 1:4), il est souhaitable de réduire le nombre de points de flexibilité sur l ensemble d un territoire de façon à simplifier la maintenance du réseau ; o par la suite, on prendra l hypothèse qu un seul niveau de couplage est prévu ; 2012 Note de cadrage technique 18

19 - le cas échéant, ces baies de brassage/couplage peuvent être installées à proximité immédiate des OLT. La figure 18 montre un exemple de dimensionnement pour desservir des ZAE. Figure 18 : exemple de dimensionnement dans les ZAE Ce dimensionnement, qui conduit à quantifier le nombre de PON nécessaires pour desservir une zone donnée, découle de l optimisation autour de 2 paramètres : - la somme des débits individuels des entreprises ne doit pas dépasser le débit maximum du PON (2,5 Gb/s) ; ce paramètre doit également prendre en compte le taux de contention retenu par l opérateur en fonction de ses critères de garantie de débit ; - le nombre d entreprises servies par le même OLT ne peut pas dépasser 32 (64 théorique) ; néanmoins, ce taux varie également avec la distance entre la zone à desservir et le POP de rattachement. Enfin, l optimisation devra conduire au meilleur compromis entre le nombre de POP de rattachement, qui ne doit pas être trop élevé pour simplifier l exploitation et la maintenance, et les longueurs moyennes des PON qui influent directement le coût du génie civil. Le nombre de point de couplage optique en cascade sur un même PON n est pas nécessairement limité à 1 seul, par exemple dans une armoire en entrée de zone d activité. Même si ce schéma est souhaitable pour optimiser les coûts d exploitation puisqu il réduit le nombre de nœuds d intervention sur un territoire donné, l expérience de déploiement réel sur le terrain montre, comme sur la figure 17, que la desserte de petites zones d activités distantes peut conduire à introduire deux niveaux de couplage optique. VI-4 Problématique du réseau terminal sur le domaine privé La partie terminale du réseau doit être examinée avec attention, puisqu elle implique le domaine privé. Pour les zones d habitat individuel, l infrastructure structurante se termine au niveau d une chambre de raccordement et éventuellement d une borne de trottoir qui accueille le coffret de raccordement (PR). L adduction vers le logement individuel est sous la responsabilité de chaque propriétaire. Si plusieurs fourreaux sont en place, l opérateur occupera l un d entre eux pour passer son câble. Dans le cas des immeubles collectifs, le câblage interne de l immeuble doit être réalisé de façon à garantir la mutualisation entre plusieurs opérateurs Note de cadrage technique 19

20 Deux situations peuvent de présenter : - la construction est réalisée à l initiative d un opérateur : même si l obligation de mutualisation semble acceptée par des opérateurs comme Free, aucune règle précise n a été édictée, tant sur les aspects d exploitation que sur les conditions économiques ; - la construction est réalisée à l initiative des aménageurs, des bailleurs sociaux ou des syndics de copropriétés : il est beaucoup plus facile d imposer un cahier des charges ; - il parait souhaitable qu une seule entité soit habilitée pour intervenir en exploitation et maintenance ; - dans les deux cas, la mise en place d un répartiteur optique en pied d immeuble semble attractive. La deuxième solution s impose d elle-même lorsqu il s agit d un nouveau programme d aménagement. Il conviendrait alors que le cahier des charges soumis à l aménageur impose les spécifications techniques de ces installations. Dans le cas d immeubles existants, une discussion avec les bailleurs et les syndics s impose. Comme dans le cas des logements individuels, la question reste ouverte pour traiter le câblage horizontal entre la gaine technique et chaque logement. Un câblage à 100% est à considérer. VII. Techniques de pose de câbles Les techniques de pose de câbles ont un impact énorme sur les coûts de construction, notamment dans le réseau d accès où le poids économique du génie civil est toujours prépondérant. C est pourquoi les industriels ont cherché à développer des solutions techniques permettant de réduire les coûts au mètre linéaire. Néanmoins, elles imposent des contraintes qui ne les rendent pas applicables dans tous les cas. VII-1 Techniques traditionnelles Les techniques traditionnelles présentent l avantage d être bien maîtrisées et largement répandues. On trouve notamment : - la pose de câbles au treuil : elle se pratique de moins en moins ; l effort de traction pour les câbles à fibres optiques est généralement de 220 dan en continu et 270 dan en reprise ; - la pose du câble par «soufflage tirage» : cette méthode aussi appelée "push-pull" consiste à pousser le câble mécaniquement tout en le tirant par la tête à l'aide d'un furet étanche poussé par de l'air comprimé ; - la pose du câble par soufflage (air) : c est sans doute la méthode la plus pratiquée de par le monde aujourd'hui. Le câble est toujours poussé mécaniquement, mais contrairement à la méthode précédente, il n'est pas tiré par la tête à l'aide d'un furet, mais par un très fort courant d'air qui passe à grande vitesse le long du câble et qui par sa viscosité l'agrippe sur l'ensemble de sa surface pour le tirer à l'intérieur du fourreau Note de cadrage technique 20

21 Cette méthode est de loin la moins contraignante pour le câble qui n'est exposé qu'à de très faibles tractions ; - pose du câble par flottage (eau) : cette méthode est identique à celle du soufflage ; seul le médium change, l eau remplace l'air. Les performances obtenues grâce à cette technique sont supérieures à celles du soufflage ; - pose de micro-câbles par soufflage à l air dans des micro-tubes : on distingue principalement deux familles de câbles : o les micro-câbles de diamètre extérieur de 0,8 à 3 mm ; o les mini-câbles de diamètre extérieur de 3 à 8 mm ; - pose en aérien sur appui communs EDF ou PTT. VII-2 Techniques récentes Dans le domaine de la construction de nouvelles infrastructures haut débit, les industriels ont cherché à développer des solutions techniques permettant de réduire les coûts au mètre linéaire à partir de deux pistes de réflexion : - l amélioration de la vitesse de réalisation et de fermeture de la tranchée est un premier facteur, conduisant à utiliser des machines de plus en plus sophistiquées ; - l élément complémentaire est la réduction de la taille des tranchées à réaliser, rendue possible par la densification des câbles optiques conduisant à utiliser des mini structures qui permettent de simplifier les techniques de pose. Par ailleurs, on a cherché également à valoriser des infrastructures existantes, non liées au domaine des télécommunications, pour éviter la création de génie civil. C est ainsi qu on a vu se développer les techniques d installation dans les réseaux de distribution du gaz ou les réseaux d assainissement, initialement dans les infrastructures visitables (comme à Paris) et semi visitables. Actuellement, ces technologies évoluent fortement et le présent dossier donne les éclairages nécessaires en terme technique et économique, sans oublier de souligner les contraintes opérationnelles qui découlent de leur utilisation. VII.2-a Le génie civil allégé Deux types de techniques sont actuellement pratiqués : - la micro-tranchée : la profondeur se situe entre 30 et 40 cm de la surface du sol ; - la saignée : la profondeur est ramenée à 10 cm. Les éléments de coût sont principalement liés à la vitesse de pose qui est nettement plus rapide qu avec les techniques traditionnelles : - pour la micro-tranchée, on peut poser de 300 à 600 mètres linéaires par jour : o le prix est de 46 /m, à comparer à 80 /m en traditionnel (sous chaussée) ; - pour la saignée, on peut atteindre 1000 mètres linéaires par jour : o le prix est alors de /m, à comparer à 60 /m en traditionnel (trottoir) Note de cadrage technique 21

22 Evidemment, ces techniques ne sont pas généralisables. Elles imposent en particulier que les conditions suivantes soient remplies : tracés linéaires, forte dépendance du revêtement de la chaussée ou du trottoir. Compte tenu de la profondeur des ouvrages, ceux-ci sont nettement plus sensibles à des phénomènes perturbateurs, qui induiront des risques plus élevés pour les ruptures de liaisons avec une augmentation significative des coûts d exploitation/maintenance et une réduction de la fiabilité du réseau (disponibilité du service) : - sensibilité aux terrassements intrus provoqués par des tiers ; - sensibilité aux efforts radiaux et aux vibrations (passage des véhicules). Enfin, la mise en œuvre de ces technologies impose la révision des règlements de voirie. VII.2-b L utilisation du réseau d assainissement Dans le cas des conduites visitables semi visitables (> 1200 mm de diamètre), on pose généralement une goulotte en haut de la conduite, destinée à recevoir les câbles. Dans le cas des conduites non visitables, plusieurs technologies sont disponibles : - la pose par robot : o le même robot (équipé de différentes têtes) pose successivement des brides (sans percement de la conduite) puis des fourreaux par clipsage ; o on peut descendre jusqu à des conduites de 250 à 300 mm de diamètre ; o la mise en œuvre concerne principalement le réseau des eaux pluviales ainsi que celui des eaux usées ; - la pose de câble tendu entre deux regards d accès : o le câble n est pas protégé dans un fourreau ; - enfin, il faut également citer une solution particulièrement attractive dans le cadre de programmes de réhabilitation consistant à intégrer des fourreaux au chemisage. Dans le cas de la pose par robot, on peut comparer deux solutions disponibles en France : - la solution FAST (Fiber Access by Sewer Tubes) développée par la société suisse KaTé : o le même robot (équipé de différentes têtes) pose successivement des brides (sans percement de la conduite) puis des fourreaux par clipsage ; o les clips sont posés tous les 1,50 mètres de façon à s assurer que les conduits (fourreaux) soient plaqués contre la paroi (sans flèche) pour éviter l accrochage d éléments perturbateurs ; o deux types de conduits sont envisageables : Ø 11,5 mm pouvant recevoir un câble de 144 fibres et Ø 15,5 mm pouvant recevoir un câble de 216 fibres ; o selon la taille, on peut installer jusqu à 6 ou 9 conduits en parallèle ; o les conduits résistent à des pressions allant jusqu à 150 bars, ce qui rend le procédé compatible avec le nettoyage sous pression utilisé par les opérateurs spécialisés ; 2012 Note de cadrage technique 22