Les technologies xdsl

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1 Stéphane BOEUF Grégory DANELON DESS Réseaux Année Sujet bibliographique Les technologies xdsl Université Claude Bernard Lyon 1 UFR d informatique

2 Sommaire 1. INTRODUCTION LE CONCEPT La diaphonie (crosstalk) La dissipation La pupinisation LES TECHNOLOGIES DSL Le principe Les techniques symétriques Les techniques asymétriques Récapitulatif FDM et annulation d écho Codages et Modulations La technologie ADSL Caractéristiques Dérivés de l ADSL L ADSL en France : Netissimo Performances Verdict La technologie HDSL Nature des liaisons Les égaliseurs auto-adaptatifs Applications Intérêt du DSL Les applications Le Multi service (ATM) Les technologies concurrentes Modem V Câble Numeris Lignes spécialisées Faisceau hertzien Satellite Câbles électriques Résumé des technologies Conclusion...30 Annexe A : Glossaire...31 Annexe B : Documentations...33 Conférence...33 Sites Internet...33 Livres et revues...34 Page 2 sur 37

3 Annexe C : Netissimo...35 Architecture technique...35 Conditions d accès...36 Les offres Netissimo...37 Page 3 sur 37

4 1. INTRODUCTION Depuis une dizaine d années, le réseau mondial Internet s est développé de manière extraordinaire, évoluant tant par son étendu, ses accès, que par son contenu. Les applications d aujourd hui comme l utilisation de la vidéo, le commerce électronique, plus généralement les services de télécommunication nécessitent de telles capacités de transmission que les solutions classiques (modem 56 kbits/s) ne peuvent y répondre (du moins pour un coût raisonnable). Des efforts ont été faits au niveau de l épine dorsale des réseaux (backbone) pour améliorer le débit mais le véritable problème vient de ce que l on appelle la boucle locale : les derniers kilomètres reliant l abonné à un central Télécoms. Plusieurs supports physiques pour le transport de l information sont possibles : La fibre optique : avec des approches comme FTTH (Fiber To The Home) ou FTTC (Fiber To The Curb), on se proposait de remplacer le réseau actuel soit totalement, soit partiellement mais de manière à ne laisser qu un très court brin de cuivre paire torsadée qui pourrait alors supporter un débit beaucoup plus important sans perte. Les résultats techniques sont tout à fait satisfaisants mais la contrainte économique n est plus du tout respectée (de l ordre du millier de francs par mètre plus les coûts d installation). Le câble coaxial : HFC (Hybrid Fiber Cable). Il s agirait de remplacer le réseau actuel par des câbles coaxiaux de plus haute fréquence pour avoir 125 canaux à 6 Mhz dont 50 seront réservés avec un débit 40 Mbits/s chacun. En limitant le nombre d abonnés par brin (500), on pourrait fournir un service de 4 Mbits/s. Cependant, en plus du recâblage nécessaire, notons le problème de confidentialité des données (toute information mise sur le câble peut être lue par n importe quel client (notion de films à la carte,.). Les ondes radio : pas encore prêtes technologiquement (plus en phase d expérimentation) ; La ligne spécialisée : réservée aux grosses entreprises ; La paire torsadée : le support actuel. Du point de vue économique, le moins cher car on a pas besoin de retoucher au réseau existant. C est à ce niveau que deux technologies rentrent en concurrence afin de pallier à cette demande : RNIS : Réseau numérique à intégration de service ; C est une liaison numérique directe, bidirectionnelle et multiplexée (TDM) à la place de la desserte téléphonique analogique. DSL : Digital Subscriber Line ; C est cette dernière technologie qui, visiblement, va recouvrir le marché. Page 4 sur 37

5 2. LE CONCEPT Les technologies DSL ont pour concept de "doper" le réseau téléphonique existant afin de transmettre n importe quel type de trafic : données, voix, vidéo Cette idée n est pas nouvelle. Dans la fin des années 80, les laboratoires BellCore ont développé le premier réseau DSL. Le téléphone (donc les modems classiques) utilise un filtre passe-bande Hz (plus connu en téléphonie sous la forme Hz). L idée est de dépasser cette limite et d émettre avec des hautes fréquences (environ 1 MHz). Cette mise en œuvre est gênée par quelques problèmes d ordre physique La diaphonie (crosstalk) C est l influence non désirée entre signaux utiles, de mêmes caractéristiques, transmis sur des conducteurs voisins. Elle se traduit par interférence des rayonnements électromagnétiques. En téléphonie, plusieurs paires torsadées de cuivre sont regroupées dans un même câble surtout du côté des centraux opérateurs où la concentration de câbles est très forte. L utilisation de signaux hautes fréquences va donc limiter le débit à cause des perturbations. Il existe deux types de diaphonie : la paradiaphonie et la télédiaphonie (si Full-Duplex). La paradiaphonie est l influence, au sein d un même Emetteur-récepteur, du signal émis sur le signal reçu. La télédiaphonie est l influence d un signal émis sur un autre signal émis, d un Emetteurrécepteur à un autre. Elle est due généralement à une mauvaise adaptation de l impédance d une ligne (notamment aux points de raccordement de câbles ou aux points de jonction). Emetteur Récepteur P T Emetteur Récepteur P : Paradiaphonie T : Télédiaphonie Une bonne qualité de câble peut limiter la diaphonie. Nous verrons plus loin qu en employant une fréquence d émission et de réception différente, on peut également réduire cette perturbation La dissipation La transmission logique d informations se traduit physiquement par l émission d un champ magnétique dû à un courant électrique. Ce courant, par effet Joule, dissipe une partie de son énergie sous forme calorimétrique plus ou moins selon les caractéristiques du support : résistivité, section et longueur du câble. Le passage des signaux hautes fréquences (propre à la technologie DSL) crée un effet de peau qui augmente de manière très importante la résistivité des câbles. De plus, de part leur nature, les hautes fréquences sont plus rapidement atténuées que les basses fréquences. Il devient donc plus difficile de discerner le signal émis du bruit ambiant. Page 5 sur 37

6 2.3. La pupinisation Les technologies xdsl Tous les signaux reçus au-delà de bande passante téléphonique (+ de 4000 Hz) étaient jusqu alors considérés comme du bruit. Pour éliminer ces parasites, des bobines d auto-induction ont été installées le long du réseau. De ce fait, l utilisation de signaux hautes fréquences est rendue impossible partout où on trouve ces bobines. Loin d être insurmontables, ces contraintes doivent tout de même être prises en considération dans le développement du réseau haut débit au niveau des boucles locales afin de satisfaire correctement les besoins. Notons ici la relativité du terme haut débit. Dans cet exposé, il s agira de comparer ces nouvelles performances aux vitesses actuelles (quelques centaines de kbits/s). Ces mêmes débits dans un autre contexte (routeurs Gigabits) pourront paraître bien maigres Page 6 sur 37

7 3.1. Le principe Les technologies xdsl 3. LES TECHNOLOGIES DSL Le principe des technologies DSL est de réaliser une transmission haut débit en utilisant le réseau téléphonique existant. Ce réseau est constitué de paires de cuivre torsadées ; médium qui supporte une bande passante pouvant aller jusqu à 1 Mhz. Or, l utilisation du réseau téléphonique ne concerne qu une bande passante de 4000 Hz, initialement prévue pour transmettre de la voix mais que nous utilisons également actuellement pour essayer de transmettre des données. C est justement cette portion de circuit qui ralentit le débit des connexions pour un internaute moyen, avec des vitesses de communication de quelques dizaines de kbits/s. Mais attention, améliorer uniquement la bande passante du médium de la boucle locale n est pas suffisant pour augmenter le débit. Faut-il encore faire évoluer les équipements de communications rattachés à ces lignes. En effet, la bande passante étant plus large et les fréquences plus hautes, les modulateurs et démodulateurs doivent être adaptés au signal, aux nouveaux codages et au multiplexage pour fournir de très bonnes performances. En jouant sur la combinaison de ces deux éléments, les débits supportés par les paires de cuivre s échelonnent entre 1,5 et 50 Mbits/s. Les technologies DSL diffèrent sur les points suivants : le nombre de paires de cuivre utilisées ; la modulation de fréquence employée ; le choix des fréquences porteuses ; la symétrie des fronts montant et descendant ; la distance entre l abonné et le central téléphonique ; le nombre de canaux. Nous allons maintenant détailler ces technologies, voir dans quelles conditions elles sont utilisées, le type de codage employé, les débits obtenus 3.2. Les techniques symétriques Dans le contexte du DSL, nous dirons qu une technique est symétrique quand les capacités des canaux montants et descendants seront égales (en terme de débit). En fait, on ne fait pas de distinction entre les deux. Central Télécoms Canal ascendant / descendant Abonné Ce principe technologique a été adopté car aucune contrainte particulière n était posée. Page 7 sur 37

8 HDSL (High bit rate DSL) Il s agit donc d une technique de transmission full duplex. Elle utilise 2 ou 3 paires de cuivre. Elle fournit les équivalents de l accès primaire RNIS de type T1 ou E1 (soit 1,544 Mbits/s avec un découpage du tronc numérique du réseau) SDSL (Single DSL) Même principe que le HDSL sauf que la transmission ne se fait plus que sur une seule paire torsadée. Le débit tombe alors à 768 kbits/s avec une longueur de boucle réduite à 3,6 Km. Notons que SDSL supporte les transmissions symétriques sur E1 et T Les techniques asymétriques Ces techniques sont basées sur une différence de la capacité des canaux ascendant et descendant (en terme de débit), généralement favorable pour le premier. Ces canaux sont simplex. Central Télécoms Canal descendant Abonné Canal ascendant En effet, c est par l expérience que l'on s'est aperçu qu'il était possible de transmettre d avantage des données depuis le central du réseau public vers l'utilisateur. Plus on se rapproche du central, plus la concentration des câbles est importante. Ces derniers génèrent donc plus de diaphonie à proximité du commutateur. Les signaux envoyés par l abonné s affaiblissent au cours du trajet, arrivent plus atténués et sont donc plus sensibles au bruit causé par ces perturbations électromagnétiques. Pour éviter ce désagrément, il vaut mieux transmettre en basse fréquence (ou sur une bande de fréquence moins large) les données issues de l'utilisateur d où la réduction du débit vers le central ADSL (Asymmetric DSL) Cette technologie permet de numériser la partie terminale de l abonné. On fait ainsi supporter sur une même paire de cuivre le service de téléphonie de base et des flux de données numériques à haut débit. L ADSL nécessite l installation de filtres sur les prises téléphoniques ainsi qu un modem à chaque extrémité de la ligne (côté abonné et côté central Télécoms). Page 8 sur 37

9 Serveur Internet Central Télécoms modem modem ADSL ADSL Abonné modem ADSL filtre filtre Les débits maximums proposés sont de : 6 Mbits/s pour le canal descendant 640 kbits/s pour le canal montant Notons que le débit d une ligne ADSL dépend principalement de la distance et du diamètre du câble RaDSL (Rate Adaptive DSL) Il s agit en fait d une variante de l ADSL. La vitesse de transmission est fixée, en fonction de la qualité de la ligne de communication, de manière automatique et dynamique. Aussi longtemps qu'il fut question de transfert de données vidéo, il fut hors de question de faire varier le débit. Dans ce cas précis, il est nécessaire de faire un traitement synchrone. Cependant, depuis l'échec du VDT (Video Dial Tone), qui a subit la concurrence de la TV câblée et par satellite, d'autres applications sont apparues : les architectures client/serveur, l'accès aux réseaux à distance, l'internet et le multimédia. Ces applications possèdent deux avantages : la synchronisation n'est plus obligatoire, et l'architecture asymétrique devient évidente (dans la mesure ou l'on transmet plus d'informations dans le sens serveur/client que dans l'autre). Ainsi, il a été possible de définir une technologie qui Page 9 sur 37

10 adapte sa vitesse de transmission aux conditions locales et l optimise selon des paramètres spécifiques. RaDSL est une technique très intéressante. Elle permet de simplifier l installation d un nouveau service, d auto-configurer l équipement de raccordement en fonction des conditions de transmission, mais aussi de donner aux fournisseurs de services l option de configurer leurs systèmes à des vitesses fixes, pour proposer à leurs clients des coûts adaptés à leurs besoins. Le même système peut être décliné sous plusieurs formes, ce qui simplifie la gestion et la maintenance des lignes de produits. RaDSL permettrait des débits ascendants de 128 kbits/s à 1 Mbits/s et des débits descendant de 600 kbits/s à 7 Mbits/s, pour une longueur maximale de boucle locale de 5,5 Km (comme l'adsl). RaDSL est en cours de normalisation par l'ansi. L'organisme considère les technologies QAM, CAP et DMT comme modulations RADSL IDSL (ISDN-DSL) Il s agit de la technologie DSL passant sur de l ISDN (RNIS en France). On utilise des adaptateurs de terminaux RNIS à chaque extrémité de la boucle. Cela ne va pas bien plus vite (144 kbits/s au lieu de 128), mais permet d'avoir des connexions permanentes et une autre tarification (par exemple forfaitaire, au lieu d'être calculée selon la durée) VDSL (Very high bit-rate DSL) Cette technologie vise à compléter une infrastructure en fibre optique FTTC (Fiber To The Curb). L élément de liaison est l Optical Network Unit (ONU). Télécoms Fibre optique ONU Modem VSDL paire torsadée Modem VSDL < 1500 m La connexion entre le central Télécoms et l abonné est très largement en fibre optique et seules quelques centaines de mètres sont en cuivre. Par exemple, on peut tirer de la fibre optique jusqu à l entrée d un bâtiment et finir avec de la paire torsadée jusqu aux utilisateurs finaux. Les distances état très courtes, cela permet d avoir les débits suivants : 0,3 Km 51 Mbits/s 1,0 Km 26 Mbits/s 1,5 Km 3 Mbits/s Les débits en flux ascendants varient entre 1,5 et 2,3 Mbits/s tandis que pour les flux descendants, les bornes sont 13 et 51 Mbits/s. Les deux canaux de données sont différents des bandes passantes qui peut être utilisées pour de la communication téléphonique ou bien du RNIS. On a ainsi une superposition des services sur le même support. Il est envisagé que les deux canaux soient séparés en fréquence. Pour les données descendantes, on utilise un équipement terminal passif ou à pivot qui distribue les données aux équipements terminaux actifs. Page 10 sur 37

11 Pour les données ascendantes, le multiplexage est plus difficile. Trois solutions sont envisagées : Dans une configuration passive, chaque équipement terminal doit partager un câble commun avec un système de détection de collisions. Une deuxième solution consisterait à ce que l'onu envoie des trames à tous les équipements terminaux dont un seul serait autoriser à communiquer pendant une période définie (TDMA Time Division Multiplexing Access). Cette méthode est lourde car il faut insérer un temps d attente entre deux autorisations sur un câble et le protocole chargé de gérer le fonctionnement est gourmand en octet (consommation du débit). La troisième consiste à diviser le canal ascendant en bandes de fréquences associées à un équipement terminal (FDMA Frequency Division Multiplexing Access). On évite ainsi la gestion d un protocole comme précédemment mais fixe le débit disponible de chaque équipement à une valeur. En conclusion, nous avons vu que l'augmentation de la bande passante du VDSL permet au fournisseur d'accès d'offrir des services de télévision haute définition et de vidéo de qualité numérique, de l'internet multimédia et des services LAN aux consommateurs. Notons que cette technologie est actuellement peu employée. En effet, cette elle nécessite un déploiement en fibre optique plus avancé qu il ne l est actuellement en France. De plus, comme nous venons de le voir, le protocole de multiplexage n est pas encore mâture Récapitulatif Technologie HDSL SDSL ADSL RaDSL VDSL Mode de transmission Symétrique Symétrique Asymétrique Asymétrique Asymétrique Fonctionnement Débit (Mbits) Distance Séparateur de Codage du canal min / max maxi canaux Full Duplex 1,544 à CAP, Annulation 4,5 Km (2 ou 3 paires) 2,048 2B1Q d échos Full Duplex CAP, Annulation 0,768 3,6 Km (1paire) 2B1Q d échos Descendant 1,5 à 6 CAP, Annulation 5,4 Km Ascendant 0,016 à 0,64 DMT d échos, FDM Descendant 0,6 à 7 5,4 Km CAP FDM Ascendant 0,128 à 1 Descendant 13 à 51 CAP, 1,3 Km FDM Ascendant 1,5 à 2,3 DMT 3.5. FDM et annulation d écho Nous allons voir dans ce paragraphe le FDM (Frequency Division Multiplexing) et la technique d annulation d écho qui sont deux méthodes de séparations de canaux. Rappelons que l on sépare les canaux (bande de fréquences différente) afin de minimiser l interface entre les signaux émis et les signaux reçus en haut débit. Page 11 sur 37

12 Le FDM Cette solution consiste à séparer suffisamment les bandes de fréquences utilisées en réception et en émission. Pour cela on utilise une technique de multiplexage en fréquence. La voie descendante est multiplexée de manière temporelle sur plusieurs canaux à petite ou grande vitesse tandis que la voie ascendante est multiplexée sur un ou plusieurs canaux à vitesse réduite. Cette technique a le désavantage de laisser une bande de fréquence inutilisée. Ainsi, la bande passante utilisée est plus importante ce qui réduit d autant la distance maximale de transmission. Si on cherche à rapprocher les canaux, une perturbation apparaît avec le phénomène d écho. C est pour cela que l on utilise la technique suivante L annulation d écho On va s attacher à corriger les interférences au lieu de les éviter comme précédemment. Les caractéristiques du signal émis étant connues, il est possible de soustraire au signal reçu la perturbation due au signal émis d où un certain chevauchement des fréquences des deux sens de transmission. Cependant, dans un même câble, plusieurs annulations d écho provoqueront des perturbations du signal. Il faut donc vérifier (voir limiter) le nombre d installation xdsl dans la gaine téléphonique lors d une pose Codages et Modulations Nous allons dans un premier temps présenter le codage employé dans les liaisons HDSL : le codage 2B1Q qui permet d associer à un dibit (2 bits consécutifs) un état. Puis, après avoir vu le principe de la modulation QAM, nous décrirons le CAP et le DMT. Page 12 sur 37

13 Rappel technique Dans un câble cuivre, l information que l on veut transmettre se propage sous la forme d un champ magnétique. Ce champ est fonction d une tension. On récupère donc la tension à chaque extrémité du câble qui apparaît sous la forme de sinusoïde. Un baud est un état de cette sinusoïde avec ses caractéristiques (amplitude, phase et fréquence). On peut donc mesurer la capacité de transmission en baud/s ce qui correspond aux nombres d instants par seconde où le signal sera analysé. Avec un codage binaire basique, on code un bit avec un baud En jouant sur la fréquence, l amplitude et la phase, les modems sont capables de faire correspondre 2, 3 voir 9 bits avec un seul baud (c est la valence d un codage). Un codage efficace permet donc d augmenter le débit logique (bits/s) sans augmenter le débit physique (baud/s) d une ligne Le code 2B1Q Ce codage a été introduit avec les réseaux RNIS afin d augmenter la distance maximale de transmission. Bits de données ,5 V +1 +0,83 V -1-0,83 V -3 Symboles quaternaires -2,5 V Amplitude des impulsions Son principe est le suivant. A chaque dibit, on associe un des quatre états de la tension électrique possible (-2,5V, -0,83V, +0,83V et +2,5V). On associe donc bien à 2 bits (2B) un élément quaternaire (1Q). Ce codage est en bande de base et il transmet les informations à partir de 0 Hz. Cette technique empêche donc le service téléphonique (qui occupe alors la bande passante des 0 4 khz). Page 13 sur 37

14 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) La modulation QAM est une combinaison de modulation de phase et d amplitude, le but étant d augmenter la valence du codage (nombre de bits significatifs par baud). Cela permet l augmentation du débit sans augmenter la bande passante. La théorie permettrait de transmettre jusqu à 6 bits/baud. L utilisation de QAM améliore sensiblement la transmission des données CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) Le CAP est une technique de codage permettant d avoir jusqu à 9 bits/baud. On augmente encore le débit avec la même bande passante. Ceci évite une atténuation plus forte ainsi qu une réduction de la distance maximale de communication. Très proche techniquement de QAM, CAP garde en mémoire une partie du signal modulant. Un réassemblage est effectué sur le signal modulé. La porteuse ne contenant aucune information n est par exemple pas transmise. Cette technique est largement développée sur les modems traditionnels et les premiers modems ADSL DMT (Discret Multiple Tone) DMT a été adopté par l ANSI (American National Standart Institute) et l ETSI (Institut Européen des Nomes de Télécommunications) dans le cadre de la normalisation des technologies xdsl (codage le plus performant durant les tests). Le principe est le suivant : on divise la bande passante en sous canaux distant entre eux de 4,3 khz. Chaque canal reçoit une modulation de type QAM (en général à 8 bits/baud). Chaque canal constitue un symbole DMT. Ces symboles sont transmis en parallèle. DMT permet d adapter la transmission aux caractéristiques techniques de la ligne téléphonique. Plus une fréquence est basse, moins elle est sensible aux atténuations. On peut donc faire varier le nombre de bits par porteuse (modification de la valence du codage). De plus les fréquences des canaux sont fonction de la technologie supportée (par exemple l ADSL). Notons que cette technique nécessite de forts traitements numériques à cause de la gestion des multi porteuses (algorithme de transformée de Fourier). Il existe une variante : le codage DWMT (Discret Wavelet Multi Tone), propriété de Aware, qui consiste à améliorer le DMT par une meilleure isolation entre les différents sous-canaux par un algorithme différent (réduction des temps de traitement de transmission). Les techniques CAP et DMT basées sur QAM présente l avantage d être en bande passante. On peut ainsi séparer les canaux sur des bandes de fréquences spécifiées et ainsi différencier les canaux téléphoniques, d émission et de réception. DMT semble être un choix plus judicieux que CAP au niveau de : l interopérabilité : c est le codage adopté durant les tests de normalisation. l exécution : à cadences et distances équivalentes, les modems DMT présentent un temps d exécution plus faible que les CAP malgré leur maturité. l immunité au bruit : DMT surveille et adapte ses caractéristiques au support de transmission et transmet ainsi pour chaque canal le meilleur signal possible. CAP n a pas cette faculté donc est moins robuste. Enfin, le symbole DMT étant plus important que le CAP, un bruit aura moins d influence sur le signal. l efficacité : DMT utilise de manière optimale la capacité de la ligne et le débit est réglable par degrés. Page 14 sur 37

15 Malgré ces avantages, le CAP est majoritairement présent sur l ensemble des constructeurs. On constate cependant une tendance à l inversion ou encore à l apparition de matériel supportant les deux techniques de codage. Page 15 sur 37

16 4. La technologie ADSL A l'heure actuelle, la plupart des applications utilisant les services de transmissions numériques sont asymétriques. La vidéo à la demande, le télé-achat, l'accès à Internet, l'accès à distance à des réseaux locaux, les services multimédias ( ) requièrent des hauts débits dans le sens descendant (vers l'abonné), mais relativement peu dans le sens ascendant. La technologie ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) apparaît donc comme la plus intéressante à utiliser de la famille DSL. Ce sera celle que le grand public connaîtra le mieux Caractéristiques La plus importante caractéristique de l ADSL est sa capacité d offrir des services numériques rapides sur l infrastructure du réseau cuivré existant, en superposition et sans interférence avec le service téléphonique analogique traditionnel (RTC en France, POTS aux Etats-Unis). La figure ci-dessous montre la connexion de l abonné avec le réseau voix et le réseau données : Internet Modem ADSL Filtre Modem ADSL Ordinateur RTC Voix 1 paire torsadée Filtre Téléphone Abonné Connexion abonné avec réseaux voix-données L ADSL permet donc aux utilisateurs de conserver les services (analogiques) auxquels ils sont déjà abonnés. De plus, en raison de sa technique performante de codage de ligne, l ADSL supporte les nouveaux services à large bande sur une seule paire torsadée. De cette façon, les nouveaux services comme l accès en ligne (On-line Access) et l Internet à débit élevé, la télécommutation (travail à domicile), la VOD, etc. peuvent être offerts à n importe quel abonné téléphonique résidentiel. D autre part, cette technologie est largement indépendante des caractéristiques de la paire torsadée sur laquelle elle est implémentée, évitant ainsi toute sélection de paire fastidieuse et permettant son application universelle, sans devoir virtuellement tenir compte des paramètres de la boucle locale. La paire torsadée, arrivant chez l abonné, est souvent utilisée à moins d un 1% de sa capacité. En effet, celle-ci est utilisée pour transmettre la voix occupant une faible bande passante, de 0 à 4 khz (extremums théoriques pour une compatibilité internationale, puisque en France cette bande Page 16 sur 37

17 passante se situe entre 300 et 2900 Hz), alors que leurs capacités globales vont de 0 à 1,1 Mhz, à condition de ne pas dépasser 5,5 Km de longueur. L ADSL utilise la bande passante restante de manière asymétrique. Cette technique de transmission full-duplex offre deux canaux destinés aux données. La figure suivante illustre l utilisation de la bande passante offerte par la paire torsadée. Le premier canal de données, le canal d interactivité ou canal montant, propose une bande passante, située dans les moyennes fréquences, étroite (de 25 khz à 138 khz). Les données sont émises par l abonné à destination du réseau (upload ou upstream). Il permet l interaction entre l abonné et un serveur comme le choix d un film ou des requêtes internet. Le volume de données étant faible et momentané, le débit de ce canal est faible (jusqu à 640 kbits/s). Le deuxième canal de donnée, le canal de diffusion ou canal descendant, dispose d une bande passante, située dans les hautes fréquences, beaucoup plus importante que le canal d interactivité (de 150 khz à 1100 khz). Les données sont émises par un serveur du réseau à destination de l abonné (download ou downstream). Il permet à l abonné de recevoir des données diffusées par un serveur comme un film ou le contenu d un site internet. Le volume de données transitant étant très important, le débit de ce canal est élevé (jusqu à 8 Mbits/s). Les basses fréquences de la paire torsadée sont réservées au canal téléphonique bas débit. Et on utilise qu une paire torsadée. Canal voix Central Télécoms Canal descendant Abonné Canal ascendant L ADSL utilise des spectres de fréquences différentes pour séparer le canal de diffusion du canal d interaction (Frequency Division Multiplexing ou multiplexage fréquentiel). Ce procédé, plus simple que les techniques d annulation d échos, autorise la préservation du canal téléphonique. La figure suivante donne le détail du spectre de fréquences. Page 17 sur 37

18 Les différents signaux sont transmis selon la technologie DMT (Discrete MultiTone) qui divise la totalité de la bande passante en 256 sous-canaux d une largeur de 4,3 khz. Ainsi, le premier canal est réservé à la téléphonie. Les canaux 2 à 6 servent à séparer la voix des données numériques. Le flux montant occupe les 32 canaux suivants et le flux descendant tous les canaux restants (218 sous-canaux), dans le cas où aucune zone de fréquence ne sépare les deux sens de communication et que l annulation d écho est en place. A noter que certains sous-canaux sont en fait utilisés pour la gestion de la transmission. Chacun des sous-canaux est modulé indépendamment en utilisant la technique du QAM (Quadratique Amplitude Modulation), méthode de modulation d amplitude de deux porteuses en quadrature (4 niveaux d amplitude). Avant tout transfert de données, une procédure de négociation (handshake) est mise en place pour mesurer la qualité de la transmission et l adapter en fonction de la ligne. On appelle cette technique rate adapatative car elle est capable de diminuer le débit si la qualité de la transmission se dégrade. Ces informations constituent la base de la norme G (G.DMT) de l IUT-T pour l ADSL. La base du système est constitué d un multiplexeur d accès ADSL, le DSLAM, qui multiplexe les flux voix provenant du réseaux RTC et le flux données en provenant du réseau haut débit. Chez l abonné, une terminaison numérique ADSL achemine le flux voix vers le poste téléphonique et le flux de données vers l ordinateur. Cette terminaison numérique comprend un séparateur de ligne, le POTS Splitter, et un modem ADSL. Le POTS Splitter supprime les deux canaux de données et envoie uniquement le canal téléphonique au poste téléphonique. Le modem ADSL démodule les données reçues et destinées à l ordinateur, et module les données de l ordinateur à envoyer au réseau. La figure suivante résume ce procédé de base. Page 18 sur 37

19 Le modem effectue un traitement spécifique du signal pour réduire l influence du bruit et supprimer les échos parasites. Ces techniques permettent d atteindre un débit de plusieurs Mbits/s sur une distance de quelques kilomètres. Comme toute technologie DSL, les débits ADSL sont fonction de la distance entre l abonné et le central Télécoms. Cependant d autres critères rentrent en jeu comme le diamètre du câble, les interférences, Nous avons donc le schéma suivant : distance (en Km) 5,5 diamètre : 0,5 nm 4,5 diamètre : 0,4 nm 3,5 diamètre : 0,5 nm 2,8 diamètre : 0,4 nm débit (en Mbits/s) Pour un même diamètre (généralement 0,5 nm) nous avons les performances suivantes : distance (en Km) 5,5 1,5 6,1 4,9 3,7 2,8 1,5 2 6,3 8,4 débit (en Mbits/s) Les caractéristiques de la largeur de bande asymétrique offertes par la technologie ADSL sont conformes aux exigences des applications client-serveur (comme l accès à Internet, l accès à des réseaux locaux éloignés, la VOD,...) qui, en principe, permettent au client de recevoir du serveur bien plus d informations qu il est capable d en générer. Une largeur de bande minimum garantit une excellente performance bout à bout, même pour les applications TCP-IP. Page 19 sur 37

20 Ces caractéristiques fondamentales se retrouvent dans deux avantages importants de la technologie ADSL: Aucun travail de génie civil n est requis pour la pose de nouveaux câbles, ce qui en fait une solution optimale à court terme, en avance sur le déploiement de la fibre optique dans la boucle locale. L ADSL peut être introduite sur une base individuelle, par utilisateur. C est un avantage important pour les opérateurs de réseau, car il implique que leurs investissements dans la technologie ADSL sont proportionnels au nombre d utilisateurs qui souhaitent bénéficier des services multimédias rapides Dérivés de l ADSL ADSL-Lite Il s agit d une version allégée de l ADSL. Cette technologie a été décidée en 1998 par l UIT (Union Internationale des Télécommunications). Cela concerne particulièrement les accès rapide à Internet. Garantissant des débits supérieurs aux modems classiques (mais inférieurs à ceux de l ADSL), cette version allégée se veut moins complexe à mettre en œuvre notamment au niveau du modem. Financièrement parlant, ils seront l équivalent des V.90 classiques. L avantage par rapport au modem ADSL viendra de l absence de filtre sur l arrivée téléphonique de l abonné d où une certaine facilité d installation et d utilisation (Plug And Play). Les performances seront de l ordre de 1,5 Mbits/s pour le canal descendant et de 0,512 Mbits/s pour le canal ascendant RADSL Avec RADSL (Rate Adaptive DSL), traduisible par «boucle locale numérique à débit variable», la vitesse de la transmission est fixée de manière automatique et dynamique, selon la qualité de la ligne de communication. Pour plus de renseignements, se conférer au paragraphe L ADSL en France : Netissimo Actuellement en France, l opérateur historique, France Télécom, est l unique propriétaire de la boucle locale cuivrée (paire torsadée). Il est par conséquent le seul opérateur d infrastructure offrant une connexion DSL. La technologie utilisée est l ADSL dont le nom commercial est Netissimo. Les FAI se basent sur cette offre pour proposer à un accès haut débit à internet. Pour plus de renseignement, voir l annexe C Performances Pour le grand public, l ADSL entre directement en concurrence avec les modems RTC respectant la norme V90 définie par l IUT. Cette norme permet un transfert de données maximal de 56 kbits/s dans le sens descendant et un peu moins dans l autre sens. C est la technologie la plus utilisée actuellement. L ADSL est particulièrement bien adaptée sur ce segment de marché. De part son asymétrie, elle permet des débits adaptés à l utilisation d Internet, tout en laissant possible l utilisation du téléphone. Un modem classique respectant la norme V90 se trouve pénalisé par un débit restreint, Page 20 sur 37

21 atteignant au maximum 56 kbits/s dans des conditions quasi jamais obtenues (du fait par exemple que le FAI multiplexe plusieurs abonnés sur un même modem), et par un coût proportionnel à la durée de connexion. L ADSL propose un débit 9 fois supérieur, atteint très facilement si le lien entre l abonné et le répartiteur respecte la qualité demandée, et cela de manière illimitée dans le temps et le volume de données. Bien qu encore un peu cher pour le particulier (actuellement, en janvier 2002, les frais initiaux avoisinent les 150 et l abonnement mensuel vaut aux alentours de 46 ), l ADSL apporte une solution intéressante pour les accros à Internet, et une solution alternative aux PME/PMI qui souhaitent partager une connexion Internet à moindre frais. Reste qu en France, France Télécom oblige, malgré l avis défavorable de l ART, d avoir un abonnement à une ligne téléphonique analogique pour pouvoir bénéficier de l ADSL. Les entreprises utilisant le réseau RNIS devront débourser en supplément l abonnement d une ligne téléphonique qu elles n utiliseront jamais. Tout le monde ne peut se connecter à Internet via l ADSL. En effet, de part sa restriction de 5 km, certaines zones à faible densité empêchent le déploiement de l ADSL. Il devient alors évident que toute la population nationale ne pourra pas bénéficier de cette technologie. L ADSL est une technologie adaptée aux besoins multimédia décrits ci-dessous : Applications Accès à distance Internet Vidéo conférence sur PC Vidéo à la demande Jeux vidéo interactifs Débits requit 14,4 kbits/s à 6 Mbits/s 500 kbits/s à 1,5 Mbits/s 128 kbits/s à 1,5 Mbits/s 3 Mbits/s à 6 Mbits/s 128 kbits/s à 6 Mbits/s L ADSL permet des temps de téléchargement sur Internet très faible : Type de connexion ADSL 6 Mbits/s Liaison Louée 1,5 Mbits/s Câble 1 Mbits/s RNIS 128 kbits/s Modem V90 56 kbits/s Temps de téléchargement 10 secondes 40 secondes 1 minute 7 minutes 18 minutes 4.5. Verdict Avant d analyser techniquement les caractéristiques de cette technologie, nous pouvons remarquer que l ouverture d une nouvelle ligne ADSL ne nécessite aucuns travaux de génie civil. Cela en fait le déploiement optimal à court terme, en avance sur la fibre optique dans la boucle locale. La technologie ADSL est particulièrement adaptée au marché de la connexion Internet individuelle. Classiquement, un foyer est équipé d un modem V.90 définit selon l UIT-T et permettant un taux de transfert de données maximal de 56kbits/s dans le sens descendant et un peu moins dans le sens ascendant. L ADSL permet des débits largement supérieurs (respectivement 6 Mbits/s et 640 kbits/s). L utilisateur peut, de part la séparation des canaux, continuer à utiliser sa ligne téléphonique pendant son accès Internet, chose impossible avec un modem V90 classique. Page 21 sur 37

22 Pour une PME/PMI, d avantage encore que pour un particulier, les connexions Internet, en plus d être lentes deviennent coûteuses car la facturation se fait à la durée et non au volume. L aspect financier devient donc primordial car, pour un volume d informations égal, le temps passé en connexion sera important. Notons également la facilité du partage d une ligne entre les diférents utilisateurs. De plus, la qualité de la connexion ADSL qui vise le tout numérique est meilleure que celle analogique d un V90. Sa technique et ses corrections d erreurs plus élaborées permettent des performances optimales de qualité bien supérieure. En contrepartie, ces performances ont également un coût : le prix du modem ADSL reste encore très élevé (de l ordre de la dizaine de millier de francs) et la concurrence commence tout juste à se développer. Il faut également remarquer que l ADSL n est absolument pas équitable en terme de qualité de service pour tout utilisateur. En effet, ses performances sont directement liées à la distance séparant un utilisateur et un central télécoms. Si cela ne pose pas de problème en milieu urbain, cela peut le devenir en milieu rural et freiner l implantation de cette technologie. En plus, plus cette distance est importante, plus la probabilité d avoir un fil continu directe et faible. C est aux points de raccordement que le signal peut se dégrader. La qualité du fil de cuivre joue aussi un rôle important. Ces problèmes sont en passe d être résolus. Dès lors, le verdict est plutôt positif : l ADSL est capable de fournir un accès rapide à Internet et aux réseaux locaux à un débit 100 fois supérieur aux modems V90. Il nous permet d avoir accès à une multitude de services comme le multimédia interactif ou de la vidéo de qualité qu un utilisateur quelconque ne pouvait se permettre. De plus, l ADSL permet de conserver sa ligne téléphonique valide : il n est plus nécessaire de dédier une ligne d abonné à un service unique. Enfin, l ADSL est une liaison persistante (plus de temps d attente lors de l établissement de la connexion), privée et dès lors sécurisée. Page 22 sur 37

23 5.1. Nature des liaisons Les technologies xdsl 5. La technologie HDSL Vers la fin des années 80, aux Etats-Unis, la demande de liaisons louées avec un débit de 1,5 Mbits/s devint très importante. Afin d éviter un déploiement de nouveaux câbles (diamètre plus fin sur paires torsadées pour le T1 ou coaxial), on travailla sur le codage 2B1Q et ils fût utilisé avec succès sur les accès à base de RNIS. C est ce codage qui est utilisé pour la technologie HDSL et il convient particulièrement bien. En effet, un reproche que l on faisait au codage 2B1Q était la mauvaise optimisation de l espace fréquentiel (ce que réalisaient CAP ou DMT). Cet espacement réduisit en fin de compte le risque de confusion des signaux. Le faible encombrement spectral permettait, en réalité, de compenser les atténuations du signal sur les paires torsadées. Notons ensuite les problèmes dus au support de transmission lui-même. Le câblage existant était essentiellement composé de fils de cuivre de faible diamètre (0,4-0,6 nm). Ces caractéristiques étaient suffisantes pour une transmission téléphonique. Par contre la résistivité aux hautes fréquences devient importante ce qui peut provoquer des interférences notamment entre les symboles qui doivent être reconnus. L Emetteur-récepteur bande de base HDSL contient deux composants pour lutter contre ces problèmes : un filtre : les caractéristiques de ce filtre évoluent de façon continuelle et en fonction de l état de la ligne. C est ce qu on appelle l égaliseur auto-adaptatif. un brouilleur : son travail est d engendrer des séquences pseudo aléatoires afin d assurer l indépendance des signaux émis et reçus. La technologie HDSL permet de réaliser du Full-Duplex avec les problèmes qu on connaît : la paradiaphonie et la télédiaphonie. L égaliseur permet de lutter contre ces nuisances Les égaliseurs auto-adaptatifs Ce sont en fait les modems HDSL. Ils réalisent une phase d initialisation qui permet : à l annulateur d écho de fixer sa référence pour pouvoir estimer à tout moment les échos dus à a boucle d abonnés (par détection de la variation de l impédance). Cela permet de calculer les échos reçus et de les supprimer au signal. On peut ainsi réaliser un Full-Duplex intégral (même bande passante pour les canaux ascendants et descendants). La mise en place de la technique d égalisation adaptative. Cela permet de réduire les confusions entre les différents symboles possibles. En effet, des retards ou une atténuation du signal peuvent provoquer des modifications de phase ou d amplitude sur le signal originel Applications La technologie HDSL est utilisée dans des applications de transfert Full-Duplex de données ou bien de visiophonie de haute qualité. Ces transmissions simultanées dans les deux sens conviennent pour des accès LAN qui demandent des protocoles symétriques. Page 23 sur 37

24 6.1. Les applications Les technologies xdsl 6. Intérêt du DSL Nous allons voir les applications consacrées aux principales technologies DSL HDSL et SDSL La technologie HDSL est employée pour effectuer une transmission à 2 Mbits/s ou bien de 12 canaux à 64 kbits/s chacun. Elle peut servir aux raccordements de lignes louées ou d accès primaire RNIS. La technologie SDSL est utilisée dans les boucles locales résidentielles. Ces deux technologies, globalement, fournissent des services d interconnexion de PABX, de station GSM, de routeurs, d agrégation de trafic ADSL et RaDSL Ces technologies permettent des services audiovisuels interactifs fournissant plusieurs canaux TV. Elles fournissent un accès aux services Internet (serveurs Web) et aux réseaux publics. L ADSL permet également l interconnexion de réseaux locaux. Enfin, on peut l envisager pour le questionnement de bases de données distantes importantes VDSL Le VDSL, comme nous l avons déjà dit précédemment, est utilisé pour l interconnexion d immeubles ou bien pour une boucle de raccordement complémentaire à une infrastructure FTTC Le Multi service (ATM) Les applications dites multimédia jusqu à la fin des années 90 étaient relativement pauvres en qualité : son midi, vidéo format timbre poste L augmentation de la qualité, pour pallier à une demande, se fit proportionnellement à la taille des données qui devaient être transportées. Cet accroissement, assez rapide, présenta un risque d engorgement des réseaux et notamment du réseau des réseaux : Internet. Enfin, vers cette même période, apparurent de nouveaux services comme la télévision numérique (débit de quelques Mbits/s). Il devient évident que ni le RTC, ni RNIS ne peuvent encore satisfaire à ces besoins. Les technologies DSL répondent parfaitement aux besoins des utilisateurs : des débits importants aussi bien pour les débits ascendants que pour les débits descendants. Cela permet le transfert de tous types de fichiers : flux vidéo, audio pour certaines (ADSL et dérivées), une libération du canal téléphonique pendant l accès à Internet. une qualité de service améliorée par le passage au numérique un faible coût financier car il y a réutilisation de l existant (paire torsadée du réseau téléphonique classique). Cela permet des applications du genre vidéo à la demande, jeux en réseau, vidéoconférence mais également le développement du commerce électronique (extrait vidéo ou audio, publicité ). Page 24 sur 37

25 Il ne faut pas perdre à l esprit que le DSL ne concerne que la boucle locale. Au-delà, les services des usagers passent par IP/LAN, FrameRelay ou ATM par exemple. Tous ces services sont fournis en utilisant le même DSLAM. Examinons par exemple DSL avec de l ATM. Nous avons le schéma suivant : IP ou LAN Service Network IP ou LAN Service Network PPP server Acces Network DSLAM + Commutateurs ATM modem modem DSL DSL modem modem Fournisseur de services réseaux Fournisseurs d accès réseaux Utilisateurs Réseaux ATM Notons que : l ATM est un support de qualité de services pour des transferts de voix, vidéo ou bien encore de données. Dans le réseau d accès, il n y a plus besoins de routeurs. l ATM est un protocole mature. Des mécanismes fournissent des services de sécurité, d authentification très apprécié pour le domaine commercial. L ATM est implantable aussi bien sur des technologies de type WAN ou LAN. L ADSL, qui est une liaison PPP, permet le déploiement de l ATM jusqu à l abonné. Cet accès est dédié à chaque utilisateur ; il n y a pas de partage d accès comme d autres technologies concurrentes (type câble). Associée au B-IISDN, cette technique de commutation permet de connecter des services à débits importants (150 Mbits/s à 2,4 Gbits/s). L ADSL fournit déjà une capacité de 6 Mbits/s. on dépasse donc très largement les services offerts par Numéris (RNIS) avec ses 128 kbits/s. Page 25 sur 37

26 7. Les technologies concurrentes Les technologies xdsl souffrent du problème de la longueur du câble reliant l abonné au premier élément de brassage. Par conséquent des populations isolées ne peuvent pas utiliser ces technologies. De plus, le support de l xdsl étant la paire torsadée, seul l opérateur historique possède l infrastructure de la boucle locale cuivrée. Si un opérateur d infrastructure veut le concurrencer dans ce domaine, il doit trouver une alternative à la paire torsadée. C est en partie pour ces raisons que d autres technologies sont développées, en plus de celles présentent avec les xdsl. Il est donc important de les évaluer face au DSL Modem V90 Nous l avons déjà vu précédemment, la norme V90 exploite au maximum, grâce à des techniques de codages et de compression, le canal téléphonique de la paire torsadée. Son débit, rarement atteint en pratique, est de 56 kbits/s en théorie. C est à ce jour la technique la plus utilisée auprès du particulier car les frais d installation sont peu onéreux (des modems basiques s achètent à partir de 35 ) et la multiplicité des forfaits proposés par les FAI convient à une utilisation moyenne d internet. Les gros consommateurs, comme les joueurs, ne trouvent pas là une bonne solution du fait des débits insuffisants et de la tarification à la durée de connexion Câble C est une alternative sérieuse à l ADSL : le câble propose des débits souvent proche de l offre Netissimo 1 pour un coût équivalent. Outre l accès haut débit à Internet, le câble donne accès à la télévision numérique via un certain nombre de chaînes. Cependant, pendant longtemps le volume de données échangé était limité, avec une surtaxe lors du dépassement très importante. Les gros consommateurs n étaient pas satisfaits de cette technologie bridée. Aujourd hui, le volume est illimité. Mais le câble reste méconnu et peu intéressant. D une part la télévision par satellite a pris les devants grâce à une stratégie commerciale féroce, ce qui rend l offre du câble moins intéressante. D autre part, l ADSL a offert ce que le câble empêchait de faire, c est-à-dire de l Internet sans aucune limitation, rendant l offre du câble obsolète. De plus, cette technologie impose des travaux de génie civil puisque le principe même est de faire passer la télévision et Internet dans un câble. Bien que beaucoup d efforts aient été déployés, le câble ne couvre pas toute la population Numeris Numéris, mis en place en 1987, est le nom commercial du Réseau Numérique à Intégration de Services (RNIS ou ISDN en anglais) de France Télécom. Ce réseau est conçu pour transporter non seulement la voix (comme le réseau téléphonique classique), mais aussi des données, telles que l'identification de l'appelant, de l'image, un fax, ou encore... des données Internet. L'accès à Numéris est très simple, tout entreprise ou particulier peut demander la pose d'une prise dans ses locaux par France Télécom. La plupart des entreprises possédant un autocommutateur (PABX) sont d'ailleurs déjà raccordées par Numéris. Page 26 sur 37

27 Il existe deux types d accès : l accès de base qui offre deux canaux à 64 kbits/s et un canal de signalisation à 16 kbits/s pour un débit maximum de 144 kbits/s. l accès primaire qui propose trente canaux à 64 kbits/s et un canal de signalisation à 16 kbits/s pour un débit maximum de 1984 kbits/s. Avant la commercialisation de l ADSL, le Numeris était la solution la plus intéressante dans son offre de base car la tarification est alignée sur celle des communications téléphoniques classiques. L accès primaire coûte vraiment trop cher pour concurrencer l ADSL. Avec l ADSL, l accès de base est dépassé, surtout au niveau des débits. Il devient obsolète pour le particulier qui préféra une connexion illimitée sans changement de sa ligne téléphonique Lignes spécialisées Pour obtenir une connexion à Internet, en règle générale, il faut payer un abonnement à un prestataire Internet (FAI) ou à un service en ligne commerciale. Le montant de l'abonnement dépend de la vitesse de la connexion. Pour déterminer la vitesse de connexion optimale, il faut estimer le volume de fréquentation du site Web correspondant. Un site Web dont on suppose qu'il aura une forte fréquentation, de l'ordre de 50 Mo quotidien soit accès par jour, justifiera une connexion T1 à haute vitesse (1,5 Mbits/s). La location d'une connexion T1 coûtera approximativement 4600 par mois, plus un coût initial d'installation également Cependant la plupart des sites Web n'ont pas besoin d'une connexion T1 à Internet. En fait, un site moyen n'a besoin que d'une ligne à 56 kbits/s. Une telle connexion traite de façon adéquate un volume quotidien de plus de 10 Mo, soit environ accès. Le coût d'une connexion à 56 kbits/s n'est que, approximativement, 460 par mois, auquel il faut rajouter un coût initial pouvant aller jusqu'à 400. Les lignes spécialisées ne constituent donc pas pour un particulier ou une PME une assez bonne méthode pour se connecter rapidement à Internet sachant que les prix sont encore trop élevés. Elles demeurent toutefois le moyen privilégié actuel pour les gros serveurs Web supportant de nombreuses connexions ou bien des mises à jour importantes (flux ascendants conséquents) Faisceau hertzien Idéal pour le raccordement d abonnés isolés, la transmission de données par faisceau hertzien ne nécessite aucun câble. Il suffit d installer en hauteur (toits d immeuble ou sommets de collines) des antennes paraboliques qui va soit diffuser à plusieurs points de réception, soit pointer sur une seule antenne réceptrice. Cette technologie est en plein essor actuellement, tant au niveau MAN pour relier plusieurs sites dans une grande ville ou un département (c est le cas de l université Claude Bernard), qu au niveau LAN. Au niveau MAN on appelle cette technologie la Boucle Locale Radio (BLR). Par exemple la ville de Lyon s est équipée d une infrastructure hertzienne qui permet à des opérateurs de service de proposer à des utilisateurs un accès à Internet. Cependant cette technologie peut être fortement perturbée par les conditions climatiques ou bien par des obstacles comme les façades d immeubles, des arbres Page 27 sur 37