xdsl et autres techniques filaires pour un accès résidentiel haut-débit

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1 Jean-Noël Georgel j-geor00 Xavier Prost x-pros02 xdsl et autres techniques filaires pour un accès résidentiel haut-débit DESS IIR option Réseaux Décembre

2 Table des matières A. Les technologies xdsl... 4 I Introduction...4 II Principe des technologies xdsl...4 III Codages et techniques mis en œuvre...6 a FDM et l annulation d écho... 6 b Codage en ligne et modulation employés dans les technologies xdsl Code 2B1Q CAP et DMT...7 La Modulation QAM... 7 CAP : Carrierless AM/PM (CAP : Carrierless Amplitude and Phase modulation)...8 DMT : Discret Multi Tone...8 Comparaison entre CAP et DMT DWMT : Le Wavelet Discret Multi Tone Un matériel particulier : le DSLAM...10 IV Zoom sur l ADSL V La famille xdsl...11 a ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) b CDSL (Consumer Digital Subscriber Line ) c G.lite (également connu sous le nom de ADSL Lite)...12 d G.shdsl (Single-pair High-speed Digital Subscriber Line)...12 e HDSL (High Bit-rate Digital Subscriber Line)...13 f IDSL (ISDN over DSL) g MDSL (multi-rate Digital Subscriber Line) h RADSL (Rate Adaptative Digital Subscriber Line)...13 i SDSL (Symetric DSL ou Single line DSL)...14 j VDSL (Very High Bit-rate Digital Subscriber Line) k Tableau comparatif de quelques technologies xdsl VI Conclusion sur les technologies XDSL B. Le câble I Le câble en France II Infrastructure réseau III Bande passante IV DOCSIS : Data Over Cable Service Interface Specification V Conclusion sur le câble C. Internet par courant porteur...22 I Bref historique II Principe de fonctionnement...23 III Contraintes IV Une des première expériences, un cuisant échec V Conclusion sur le PCL Conclusion Références

3 Introduction En à peine vingt ans, Internet s'est retrouvé chez le particulier comme faisant parti des services de base de la vie courante, au même titre que la télévision ou le téléphone. Les possibilités de l'outil lui ont valu une utilisation requièrent des capacités de traitement et une rapidité sans cesse croissante. Pour répondre à cette demande, plusieurs champs d'investigations furent ouvertes afin d'augmenter, notamment, le débit d'internet chez le particulier. Un des avantages du réseau était qu'il réutilisait en partie d'anciennes structures physiques pour son propre usage, comme par exemple, le réseau téléphonique. Mais les performances obtenues avec un simple modem se révélèrent rapidement contraignante pour l'utilisateur. L'objet de ce rapport est de faire le point sur les techniques filaires utilisées, ou sur lesquelles sont actuellement menées des études en vue d'une utilisation pouvant répondre au problème posé. Comme nous venons de le dire, un des axes principaux de recherche, est la réutilisation de l'existent en matière de support physique, pour des raisons évidentes de coûts. Aujourd'hui, il existe trois réseaux filaires principaux déjà posés par l'homme : le réseaux téléphonique, le câble et le réseaux électrique. Nous allons présenter leurs différentes caractéristiques pour en comprendre les avantages et les inconvénients

4 A. LES TECHNOLOGIES XDSL I Introduction Les technologies xdsl ont redonné un avenir à la paire torsadée. En effet, il fut un temps pensé que la fibre optique devait nécessairement remplacer la paire de cuivre. Aujourd hui, le medium connaît un regain ne notoriété grâce à la possibilité qu offre les technologies xdsl de faire transiter dessus un important débit de donnée, donnant ainsi une seconde naissance au fil téléphonique. Une des grandes forces de cette technologie est qu elle réutilise l existant en matière de câblage, ce qui réduit considérablement les coups de mise en œuvre pour les opérateurs tout en permettant des débits de l ordre de plusieurs mégabits. Nous présenterons le principe de cette technologie, les codages mises en œuvre, puis nous nous livrerons à une vision comparative des différentes variantes de la famille xdsl, après avoir présenté plus en détail l ADSL, qui est à l heure actuelle la plus connue, notamment chez les particuliers. II Principe des technologies xdsl Le but des technologies xdsl était de palier au problème que posait le déploiement de la fibre optique jusque chez l abonné. Opération trop coûteuse. Plutôt que de remplacer le medium, une solution trouvée fut de doper le réseau téléphonique existant, c est l objectif des technologies xdsl. Les nouvelles technologies xdsl se situent sur le créneau des réseaux haut débit. Restituons ces termes dans leur contexte afin de mieux comprendre l engouement que suscitent ces technologies

5 Un réseau est un système de partage de ressources distribuées. Il comprend un ensemble de liens et de nœuds reliés entre eux pour permettre à deux abonnés - au moins - d établir une liaison pour communiquer entre eux. La périphérie du réseau est constituée de réseaux de commutateurs d accès qui regroupent plusieurs abonnés, assurant également un rôle de multiplexeur. Les nœuds internes du réseau commutent avec les communications d un lien d entrée vers un lien de sortie en fonction d un critère d acheminement. Ainsi un réseau utilise des techniques de multiplexage à sa périphérie et des techniques de commutation en interne. Comme toutes les autres technologies situées sur le créneau des réseaux haut débit, les technologies xdsl doivent pouvoir répondre à des exigences pour un transfert efficace de données qui sont : la bande passante requise, le temps de transfert, le taux d erreur, la gigue. La famille xdsl est composée de plusieurs variantes de techniques de transmissions haut débit, utilisant le réseau téléphonique. Sur le mégahertz que propose la paire de cuivre, seul une infime partie (4khz) est utilisée par le téléphone. Le but est de rentabiliser cette bande passante inutilisée. Les différentes variantes se distinguent les unes de autres par le nombre de paires utilisées, le type de modulation choisie et la fréquence de la porteuse. Les technologies xdsl reposent sur le concept de «super modems». Ce sont des boîtiers, où sont couplés des modulateurs-démodulateurs à très hautes performances, placés aux extrémités d une ligne en paires torsadés pour réaliser une ligne d abonné numérique. Sur un chemin, la vitesse est limitée par le tronçon de plus faible débit. Pour les particuliers, il s agit de la boucle locale, c est-à-dire des derniers kilomètres qui arrivent chez le particulier. Ce tronçon est constitué de fils de cuivre. C est pourquoi la réflexion c est portée sur le dopage de la communication sur ce medium pouvant supporter des débits allant jusqu à 1 Mhz et qui étaient nettement sous-utilisé. Avec des débits de plusieurs mégabits par seconde (selon la distance mesurée entre le particulier et le central téléphonique), les technologies xdsl sont capables de transporter d importantes masses données. Par ailleurs, avec les technologies xdsl, les flux de données et la voix peuvent simultanément coexister ; il n est plus nécessaire de raccrocher le téléphone pour aller sur Internet. A titre d exemple, l'illustration ci-dessous montre ce qui se passe avec l ADSL : un canal pour la voix, un canal pour le flux montant (du particulier au réseau) et un autre pour le flux descendant (du réseau au particulier)

6 III Codages et techniques mis en œuvre a FDM et l annulation d écho Pour séparer les différents canaux, il existe deux techniques, le Multiplexage à Division de Fréquence (FDM) et l annulation d écho. FDM assigne une bande pour des données ascendantes et une bande différente pour les données descendantes. La voie d'accès descendante est alors multiplexée temporellement en un ou plusieurs canaux à grande vitesse et un ou plusieurs canaux à vitesse réduite. La voie d'accès ascendante est également multiplexée dans les canaux à vitesse réduite correspondants. L'annulation d'écho assigne la bande ascendante pour superposer la bande descendante, et sépare les deux au moyen d'annulation locale d'écho, une technique utilisée dans les modems V.32 et V.34. Avec l'une ou l'autre technique, ADSL se dédouble autour d'une région de 4 khz pour des RTC. b Codage en ligne et modulation employés dans les technologies xdsl 1 Code 2B1Q Le codage 2B1Q utilisé pour les liaisons HDSL, est le même que le codage retenu pour le RNIS en accès de base. Avec deux bits consécutifs, on forme un symbole dibit 1. Illustration 1Le code en ligne 2B1Q 1 Ensemble de deux bits (peut donc prendre 4 valeurs différentes)

7 Pour ce faire, on associe chaque dibit à un niveau particulier d une impulsion pouvant prendre quatre niveaux électriques ; on passe donc d'une logique binaire à une logique quaternaire. On transcrit ainsi deux éléments binaires (2B) en un élément quaternaire (1Q). Dans l exemple cidessus, la séquence binaire émise sera codée en ligne sous la forme des symboles quaternaires CAP et DMT Certaines technologies xdsl utilisent communément les techniques CAP (Carrierless Amplitude Phase) ou DMT (Discrete MultiTone). Toutes deux utilisent la modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation) mais diffèrent dans la manière de l'appliquer. La Modulation QAM La modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation) ou modulation d'amplitude en quadrature de phase est une technique qui emploie une combinaison de modulation de phase et d'amplitude. Elle est largement employée par les modems pour leur permettre d offrir des débits binaires élevés. Prenons par exemple un signal modulé QAM avec 3 bits transmis par baud. Une telle modulation requiert donc 2 3 soit 8 combinaisons binaires différentes. Dans l exemple, nous prendrons 2 amplitudes combinées avec 4 décalages de phase différents. La table de correspondance pourra être du type : Exemple de codage de la suite binaire à partir de la table ci-dessus : - 7 -

8 Les combinaisons possibles en modulations QAM sont souvent représentées par une constellation de points représentant chacun un groupe de bits. Illustration 2Exemple de constellation QAM8 (3 bits par baud) Dans une constellation QAM, l éloignement du point par rapport à l origine indique l amplitude, son angle indique le décalage de phase. Chacun des canaux définis par le multiplexage DMT en ADSL est modulé en QAM sur 15 bits au maximum combinaisons d amplitudes et de décalages de phase sont donc nécessaires. CAP : Carrierless AM/PM (CAP : Carrierless Amplitude and Phase modulation) La modulation CAP consiste a générer une onde modulée transportant les paramètres amplitude et phase avec des états changeants. On sauvegarde ces états en partie avant réassemblage. Cette variante du code en ligne QAM est adaptée aux premiers modems ADSL mis sur le marché, il permet d offrir les trois canaux (voix, voie montante et voie descendante). Dans ce codage en ligne, la transmission s effectue en bande de base transposée en fréquence, par le biais d une modulation d onde porteuse. Le codage CAP module une seule porteuse qui est supprimée avant la transmission, d où le qualificatif carrierless, puis reconstruite par le modem récepteur. CAP s apparente à la technique QAM appliquée sur les modems RTC. A l image de ces équipements, ce codage autorise l affectation d un symbole à une séquence binaire de forte densité, avec des débits de 1,5 Mbit/s à 6 Mbit/s résultants. DMT : Discret Multi Tone Le codage DMT ( Discrete Multi Tone ) a été normalisé par l ANSI, il divise chacun des spectres hauts débits en sous canaux (tonalité) espacés de 4,3 khz. Chaque canal est modulé en phase et en amplitude (QAM) à 256 états (8 bits pour un moment élémentaire). Chaque canal constitue un symbole DMT. Ce code en ligne affecte donc jusqu à 8 bits par symbole à une vitesse de modulation de 4 kbd/s. Le sens émission (ou canal ascendant) se voit octroyé vingt canaux, soit un débit total de 20 x 8bits x 4 k symboles égal à 640 kb/s, et le sens réception (ou canal descendant) bénéficie de 256 canaux, soit un débit cumulé de 256 x 8bits x 4 k symboles égal à 8,192 Mbit/s (exemple valable pour l'adsl). En fonction des conditions des lignes, certains - 8 -

9 canaux peuvent être inhibés en fonction de la distance sur une boucle locale traditionnelle d abonné (paire en cuivre de diamètre 0,4 mm). Illustration 3 : Codage DMT La voix est transportée sur les quatre premiers kilohertz, ce qui libère le reste. Cependant l'amplification n'est pas la même pour toutes les fréquences, c'est pourquoi DMT divise en 256 portions les fréquences supérieures jusqu'à 1,1 MHz. Chacune de ces fréquences est une chaîne indépendante qui possède son propre flux, défini par le protocole appelant ( ex : ADSL). Les subdivisions n'interfèrent pas avec la zone utilisée par la voix grâce au filtre (splitter). Comparaison entre CAP et DMT Ainsi il existe deux approches principales pour les technologies xdsl, ceux qui incorporent la modulation discrète (DMT), et celles qui sont basées sur une technique plus ancienne, modulation d'amplitude/phase (CAP). DMT est un meilleur choix que la CAP en termes : d'interopérabilité : les constructeurs multiples, y compris tous les constructeurs principaux de circuits intégrés de télécommunication, visent à développer les solutions interopérables basées sur la norme DMT. En conséquence, la plupart des constructeurs sur le marché ADSL coopèrent aux questions d'interopérabilité. d'exécution : en dépit de la maturité de CAP, des essais impartiaux, tels que celui récemment conduit par Network Computing, ont prouvé que des modems de DMT pouvait être plus rapide, plus robuste et pouvaient couvrir de plus longues distances. CAP a une exécution plus faible pour des cadences équivalentes et des boucles. d'immunité au bruit : la meilleure technique de transmission est celle qui adapte son signal au canal. DMT surveille facilement le canal et adapte alors sa transmission aux caractéristiques de la ligne téléphonique, et met à jour en permanence ses caractéristiques. Pour chaque ligne, DMT transmet le meilleur signal. Les systèmes de CAP ne peuvent pas modifier l émission et ainsi il doit essayer de défaire toute l'atténuation. Ceci rend des systèmes de CAP moins tolérants, et donc, moins robustes. Un autre défi que les systèmes de transmissions doivent surmonter est le bruit. Puisqu'un symbole de DMT est beaucoup plus long que celui d un CAP, un parasite aura moins d'impact, rendant la technique de DMT plus robuste

10 DMT a été adopté comme norme par l'ansi, l'institut européen de normes de télécommunications (ETSI) et l'itu. En conséquence, tous les constructeurs dans le marché d'adsl, développent la technologie de DMT. 3 DWMT : Le Wavelet Discret Multi Tone C'est une technologie en cours de développement pour des produits à haut débit, symétriques ou asymétriques, de type VDSL. DWMT est une modulation dont le principe de fonctionnement est proche de DMT. Elle s appuie sur une base mathématique différente de DMT qui est celle des transformées en ondelettes. Le codeur utilise une modulation réalisée par une transformée inverse rapide en ondelettes (IFWT : Inverse Fast Wavelet Transform). La démodulation est réalisée par une transformée rapide en ondelettes (FWT : Fast Wavelet Transform). Grâce à cette technique, les sous-canaux peuvent avoir un espacement moitié moindre que celui nécessaire à DMT. Les performances promises par DWMT semblent nettement supérieures à celles affichées par DMT. Néanmoins, sa complexité semble prohibitive. D avantage de travaux de recherche seront nécessaires pour réduire sa complexité et envisager une implémentation. 4 Un matériel particulier : le DSLAM Le DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) est un équipement généralement installé dans les centraux téléphoniques assurant le multiplexage des flux ATM vers le réseau de transport. Cet élément n accueille pas seulement des cartes ADSL mais peut aussi accueillir différents services DSL tels que SDSL ou HDSL en y insérant les cartes de multiplexages correspondantes. Chaque carte supporte plusieurs modems ADSL. Les éléments regroupés dans le DSLAM sont appelés ATU-C (ADSL Transceiver Unit, Central office end). En fait tous les services disponibles sur le réseau arrivent par broadband vers une station DSLAM pour être ensuite redistribués vers les utilisateurs. La maintenance et la configuration du DSLAM et des équipements ADSL est effectuée à distance. IV Zoom sur l ADSL L ADSL utilise FDM pour séparer les différents canaux ce qui permet de préserver l existence du signal téléphonique pendant l émission et/ou la réception de données. La figure D représente ce qu il se passe dans la bande de fréquence d un fil de cuivre. Le signal POTS représente le signal téléphonique

11 Illustration 4Spectre de fréquence spécifique à la technologie ADSL Comme on peut le voir le spectre ADSL contient trois canaux : la voix humaine, la voie montante et la voie descendante. On peut également constater la flagrante dissymétrie du système. Ce dessin ne représente certes pas la réalité à l échelle, mais l idée qu il donne est exacte. La voie descendante (dont le débit peut atteindre plusieurs Mbits/s) est largement plus importante que la voie montante (dont le débit plafonne à 640 kbits/s), c est pourquoi on parle de DSL asymétrique. La base du système est constitué d un multiplexeur d accès ADSL qui multiplexe les flux voix provenant des réseaux de commutation de circuit et le flux de données en provenance du réseau haut débit. Chez le particulier, une terminaison numérique ADSL achemine le flux voix vers le téléphone et le flux de données vers l ordinateur. Les modems effectuent un traitement spécifique du signal pour réduire l influence du bruit et supprimer les échos parasites. Ces techniques permettant d atteindre un débit de plusieurs Mbits/s sur une distance de quelques kilomètres. V La famille xdsl Cette rubrique n a pas pour but de présenter un panorama exhaustif de la famille xdsl, ce qui serait long et peu pertinent. Nous nous sommes limité aux plus usitées, plus quelques autres à titre de témoignage

12 a ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) C est la plus populaire des technologies xdsl chez les particuliers. Comme son nom l indique, elle échange les données sur un mode asymétrique. Cette technologie offre un flux descendant dont le débit est significativement plus important que celui du flux montant, ce qui est adapté au comportement des particuliers. Elle nécessite l'installation d'un filtre et d'un modem spécifique à chaque extrémité du réseau (central téléphonique, équipement abonné). ADSL convient bien aux applications interactive du type vidéo à la demande (VOD), aux services audiovisuels interactifs fournissant plusieurs canaux TV, et permet une interconnexion entre réseaux. ADSL préservant le canal de voix, il est donc possible de téléphoner tout en naviguant sur Internet. b CDSL (Consumer Digital Subscriber Line ) C'est une technologie propriétaire déposée par Rockwell International. c G.lite (également connu sous le nom de ADSL Lite) C'est une version de l ADSL comme prolongation à la norme ANSI T1.413 standardisée par l'uawg Universal ADSL Working Group) mené par Microsoft, Intel, et Compaq. Elle est connue en tant que G au sein du comité de normalisation ITU. Il emploie le même arrangement de modulation qu'adsl (DMT). Cette adaptation permet de se dispenser du filtre que l'on doit installer chez l'abonné pour séparer le téléphone analogique et le flux ADSL transmis sur la même paire. La mise en oeuvre est donc très simple: les modems ADSL lite peuvent être installés par l'abonné lui même. La suppression du filtre permet également de simplifier l'exploitation - maintenance. Les principales différences entre l'adsl et l'adsl lite portent sur le spectre de fréquence avec une réduction de la bande passante de 1,1 Mhz à 500 khz pour la canal descendant, le nombre maximal de bits par symbole ramené à 8 au lieu de 15 et la limitation du débit descendant à 1,5 Mbit/s. Ces modifications permettent de s'affranchir du filtre d'aiguillage et donc de réduire les coûts de raccordement, tout en conservant la portée de transmission de l'adsl. Cette solution parait donc intéressante en terme de déploiement grand public. Notons toutefois que l'utilisation du filtre, côté client, permet de résoudre de nombreux problèmes liés à la technologie ADSL. Il permet de protéger le réseau opérateur contre des éventuels dysfonctionnements du modem ADSL de l'abonné et de s'affranchir des interférences pouvant exister entre le téléphone et le modem ADSL, comme par exemple, des perturbations sur les données au moment du décrochage, des tensions d'appels ou encore de la numérotation. d G.shdsl (Single-pair High-speed Digital Subscriber Line) ou Ligne Numérique d'abonné Symétrique à très haut niveau de transmission sur des distances plus grandes que les autres technologies DSL. Il s agit d une norme d'itu qui offre un riche ensemble de dispositifs (par exemple le taux adaptatif) et offre de plus amples extensions que

13 beaucoup de normes courantes. G.shdsl tient compte également de la négociation d'un certain nombre de protocoles encadrants comprenant ATM, T1 / E1, RNIS et l'ip. Elle permet de relier des utilisateurs situés à plus de 5,4 km. La vitesse de transmission symétrique varie de 144 kbps jusqu'à 2.3 Mbps sur une simple paire de fils de cuivre soit 40 fois plus rapide qu avec un modem analogique 56K. Une bonne solution pour les applications à forte consommation de bande passante, telles que la vidéoconférence et l enseignement à distance par exemple. e HDSL (High Bit-rate Digital Subscriber Line) Technique de transmission full duplex destinée à stimuler le réseau de distribution en cuivre en offrant des équivalents à l accès primaire RNIS de types T1 (1544 kbit/s) et E1 (2048 kbit/s). HDSL exploite en outre deux ou trois paires téléphoniques. HDSL est de plus en plus apprécié pour transporter les données en full-duplex sur les distances modérées par l'intermédiaire des paires torsadées du réseau téléphonique. HDSL tolère une plus large distance entre les répéteurs que la technologie T1/E1. Il fonctionne avec pulse amplitude modulation (PAM) sur une boucle 4-fils. f IDSL (ISDN over DSL) Il s agit d un DSL basé sur RNIS et développé à l'origine pour les communications montantes. IDSL utilise la ligne des taux de codage et de transfert d'informations supplémentaires de 128 Kb/s 2B1Q. Beaucoup d'utilisateurs ont du se contenter du service d'idsl quand la pleine vitesse d ADSL n'était pas disponible dans leur secteur. Cette technologie est semblable à RNIS, mais utilise toute la bande passante des deux canaux porteurs de 64Kb/s plus un des canaux D de 16 Kb/s. g MDSL (multi-rate Digital Subscriber Line) Il dépend du contexte de l'acronyme quant à sa signification. C'est ou un arrangement de propriété industrielle pour SDSL ou simplement une alternative générique au nom plus commun d'adsl dans l'ancien cas, on peut aussi trouver l'acronyme MSDSL. Il y a également un autre arrangement de propriété industrielle qui représente le medium-bit-rate DSL Cela reste pour l instant assez confus. h RADSL (Rate Adaptative Digital Subscriber Line) Extension de la variante ADSL, désignant n'importe quel modem adaptatif de taux xdsl. Se rapporte aussi plus spécifiquement à une norme industrielle propriétaire de modulation conçue par Globespan Semiconductor. Elle emploie la modulation d'amplitude et de phase (PAC). Les modems standards de T1.413 DMT sont également techniquement RADSL, mais généralement non désignés sous ce nom. Le taux d'uplink dépend du taux de downlink, qui est une fonction de l état de la ligne et du rapport signal-bruit (SNR)

14 La particularité de cette technique asymétrique est de mettre en œuvre des mécanismes de replis permettant l adaptation du débit aux ratés physiques intervenue sur le canal. i SDSL (Symetric DSL ou Single line DSL) version monoligne de HDSL, mais plus limitée en distance. Le SDSL est tout à fait adapté à la visioconférence, aux travaux en groupe sur réseaux LAN interconnectés et est une solution pour le remplacement des T1/E1. j VDSL (Very High Bit-rate Digital Subscriber Line) Désignation commune à toutes les déclinaisons DSL à très large bande offrant un débit réseau vers abonné de 13 Mbit/s à 51 Mbit/s selon une distance de raccordement inversement proportionnelle à ces calibres. Pour une boucle locale de 1km, le débit offert est limité à 26Mbit/s. Cette variante xdsl vise à compléter une infrastructure FTTC (Fiber To The curb), mais cette architecture hybride ne se développe pas beaucoup dans les réseaux de distribution des opérateurs, à l inverse de HDSL ou ADSL. C est une technologie asymétrique en cours de développement qui devrait autoriser un débit de l ordre de 50Mbits/s sur le canal de diffusion. Elle pourra s appliquer à l interconnexion d immeubles ou de boucles de raccordement complémentaires à une infrastructure de type FFTC, ainsi qu à la télévision haute définition TVHD

15 k Tableau comparatif de quelques technologies xdsl Technologie Signification Mode de transmission Débit descendant ADSL ADSL Lite ou G.Lite HDSL IDSL RADSL SDSL VDSL Asymetric DSL Asymétrique (DMT) Asymétrique Débit remontant Limite de distance à débit maximu m Mbits/s 16 Kbits/s à 640 à m kbits/s Mbits/s 384 Kbits/s à?? 1.5 Mbits/s High bit rate Symétrique DSL (2B1Q/CAP) 2 Mbits/s 2 Mbits/s 3600 m ISDN over Symétrique (2B1Q) DSL 144 kbits/s 144 kbits/s 5500 m Rate 600 Kbits/s à 128 Kbits/s à Adaptative Asymétrique 2700 m 7 Mbits/s 1Mbits/s DSL Single-line DSL Symétrique (2B1Q) 2 Mbits/s 2 Mbits/s 1500 m Very-High- Rate DSL Asymétrique (CAP/DMT) 13 Mbits/s à 53 Mbits/s Mbits/s à 300 m 2.3 Mbits/s Les limites de distances fluctuent en fonction du diamètre des paires de cuivres utilisées. Il est toujours possible d augmenter la distance de transmission, mais en acceptant une diminution de la bande passante. En effet, les plus hautes fréquences sont atténuées à mesure que la longueur du support augmente. Ainsi, il est possible de transmettre en ADSL jusqu à 5400 mètres, mais à 1544 Kbits/s pour le flux descendant. Ce tableau permet de se faire une idée quand aux raisons du grand succès chez les particuliers de l ADSL par rapport aux autres technologies xdsl. En effet, le mode de transmission asymétrique est mieux adapté à l utilisation domestique comme le téléchargement et les services multimédia, gros consommateurs de bande passante, alors que les informations envoyées par le particulier sont, en comparaisons assez modestes en taille. Pour une distance à débit maximum relativement raisonnable en comparaison de la concurrence, les débits sont plus favorables qu avec les autres technologies. VDSL, par exemple promet des débits très importants, mais ne permettrait pas une bonne diffusion en raison de la faible distance offerte par cette technologie

16 VI Conclusion sur les technologies XDSL Les technologies xdsl répondent parfaitement aux besoins des utilisateurs. Comme on a pu le voir, elles proposent d importants débits tant pour le flux montant que pour le flux descendant ce qui autorise tout genre d utilisation requérant un fort débit comme le multimédia par exemple. Avec l ADSL et le VDSL, ces technologies permettent même l usage du téléphone pendant l utilisation de la connexion à Internet. De plus, les données étant transférées sous forme numérique, les technologies xdsl assurent une grande qualité et diversité de services. En outre, ces technologies reposant sur les structures existantes, les lignes téléphoniques, elles permettent un accès aux réseaux pour un coût faible. Ces quatre points (forts débits, conservation du canal téléphonique, qualité des transmissions, faible coût) vont dans l intérêt de l utilisateur. xdsl désengorge le réseau Internet et permet à ses usagers d accéder enfin, de manière réaliste, à de véritables services multimédias et autres. De multiples services, de nouvelles applications sont désormais accessibles aux usagers (avant l utilisation des technologies xdsl, ils étaient souvent difficilement concevables) : La vidéo à la demande (VOD) permet d accéder à tout programme vidéo qui vous intéresse et ceci à n importe quel moment. Les technologies xdsl permettent de jouer en réseau, les jeux étant accessibles depuis un serveur. La vidéo conférence avec une grande qualité d images, améliore les communications. xdsl permet le vrai télétravail. L employé travaille de chez lui, sur un réseau LAN virtuel avec d autres télétravailleurs et ceci avec tous les avantages d un réseau local : accès à un serveur d applications, partage de fichiers De plus, xdsl permet d interconnecter des réseaux LAN entre eux. Des universités, des laboratoires peuvent ainsi relier leurs réseaux LAN locaux entre eux de manière transparente. Même si la technologie xdsl est souvent une bonne solution à un tarif très intéressant, elle n offre malheureusement pas toujours une liaison d une qualité irréprochable. En effet, une ligne en xdsl est par définition constituée d une ou deux paires de fils de cuivre; elle est donc influencée par des éléments externes et par la longueur et la résistance ohmique de la liaison considérée. Sa qualité peut varier dans le temps et enfin, la bande passante proposée est particulièrement contrainte par la distance. Malgré cette limitation, on s attend dans les années à venir à un impact significatif des technologie xdsl, intrinsèquement adaptées aux besoins en communication multimédia employant une large bande passante : accès à Internet à haute vitesse, services on line, vidéo sur demande, distribution de signaux vidéo, jeux interactifs

17 B. LE CÂBLE I Le câble en France Le câble est le dernier moyen filaire en date ayant massivement accès aux logements des particuliers. Son développement date des années 1980 en France. Contrairement aux autres liaisons filaires présentées dans ce rapport, le câble a un taux de pénétration beaucoup plus faible:35,2% des foyers français sont raccordés au câble et seulement 14% y sont abonnés. Cette faible pénétration vient en partie de la fonctionnalité d'origine offerte par le câble: à savoir offrir un éventail conséquent de chaîne de télévision. C'est à dire que ce service n'est pas aussi essentiel voire vital que ne l'est le téléphone ou l'électricité, le câble offre un service de confort. Le câble ne concerne donc à l'origine que 23,5 millions de foyers équipés de télévision. Et seulement 10 millions sont abonnés à une offre de télévision payante (câble, satellites, hertzien:canal+). In fine, les câblo-opérateurs ne touchent que 3,5 millions de foyers via quatre acteurs principaux (Noos, France Telecom câble, NC Numéricâble, UPC France), et seul personnes 2 (6,6% des personnes câblées) surfent sur Internet par le câble. Le câble en France n'a jamais vraiment marché, par conséquent, son poids est faible aussi bien dans l'audiovisuel, que dans la téléphonie ou l'internet. D'un point de vu pratique, les gens n'ont pas toujours prévu de mettre l'ordinateur près de la prise du câble, alors, que désormais, un prise téléphone n'est jamais très loin de l'ordinateur familial. On peut noter 3 nuages qui s'amoncellent autour câble: Arrivée d'un nouveau support pour la télévision, métier historique du câble. En effet une offre est déjà disponible avec Free via son réseau ADSL dégroupé 3. Une concurrence accrue avec la télé par satellites. Alors que jusqu'à présent le nombre de clients au câble était supérieur à celui du satellite, désormais le satellite progresse plus vite et est en passe de rattraper le câble. 2 Chiffre au 30 janvier Deux autres offre, sont en projet (France Telecom + TF1 et LDCom + Canal+)

18 Rajoutez à cela une concurrence accrue concernant l'accès ADSL avec une guerre des prix assez féroce où le câble est plutôt timide. Le câble peine à trouver sa place et on peut légitimement se questionner sur sa viabilité. Cependant, cette situation est particulière à chaque pays, aux États-Unis, le câble représente le mode de réception majoritaire de la télévision, en Belgique 96,7% des foyers sont abonnés au câble. Ainsi même si l'internet par le câble reste confidentiel en France, c'est un support qui a son importance au niveau mondial. Contrairement aux deux autres méthodes d'accès étudiées dans ce sujet, l'internet par le câble a un taux de pénétration extrêmement variable selon les pays, mais à n'en pas douter, les câblo-opérateurs français vont tout faire pour amortir les 20 ans d'investissement nécessaires à la mise en place du réseau actuel. II Infrastructure réseau Tout d'abord, il faut signaler que les infrastructures câblées n'ont pas été initialement conçues pour les données numériques. Ainsi, en France environ 30 % du réseau a du être totalement redéployé. En effet, à l'origine, la câble fonctionnait avec une communication unidirectionnelle: le câblo-opérateur envoyait les chaînes télé au client; aucun retour d'information n'était nécessaire. Les modifications nécessaires ont été les suivantes : L installation de répéteurs régénérateurs pour les deux sens de transmission le long de l infrastructure. La mise en place d'un protocole pour le partage dynamique et équitable de la bande passante disponible Vu que Internet requiert de l'interactivité, les câblo-opérateurs ont du aussi distinguer trois types de communications numériques sur leurs réseaux : Diffusion (Downstream Broadcast Channel), permettant de diffuser de la voix ou de la vidéo (programmes télévisés). Communication point à point de l opérateur à l utilisateur (Downstream Interactive Channel) Communication point à point de l utilisateur à l opérateur (Upstream Return Channel) A l'origine, les réseaux câbles étaient composés uniquement de câble coaxial. Désormais, on se tourne vers un nouveau type de réseau appelé HFC (Hybrid Fibre/Coax). Comme son nom l'indique, il repose sur l'utilisation de la fibre optique et du bon vieux câble coaxial. Le schéma suivant montre une réseau câble HFC type

19 Illustration 5Réseau HFC type Le headend permet le raccordement d'un réseau HFC avec d'autres réseaux, comme Internet ou le réseau CATV analogique. Il communique avec les centres de distribution au travers du SONET (Synchronous Optical NETwork) ring. Les centres de distributions contrôlent l allocation des bandes de fréquences et le routage de l information. Ils sont aussi responsables du cryptage des données lorsqu il est nécessaire que celles-ci soient confidentielles. En fonction du type d équipement, un centre de distribution est capable de gérer 500 à 2000 connexions. Les noeuds O/E servent à convertir les signaux optiques en signaux électriques et vice et versa. Les amplificateurs permettent de compenser l atténuation engendrée par la longueur des câbles. III Bande passante Ce type de réseau dispose d'une bande de fréquence de 750Mhz (au lieu de 600 Mhz pour les anciens réseaux) mais il est prévu que cette bande soit élargie. Actuellement, les canaux sont répartis suivant ce schéma :

20 Illustration 6Spectre des fréquences utilisées sur le câble La communication entre le modem et le CMTS (Cable Modem Termination System) se déroule sur un réseau de diffusion. Le CMTS est placé au niveau du headend. Un CMTS dessert par conséquent plusieurs centaines de modems. Afin de permettre un accès concurrent à tous les modems, le CMTS doit attribuer un canal de fréquence à chaque abonné. IV DOCSIS : Data Over Cable Service Interface Specification De nouvelles techniques d accès ont du être mises en place pour fournir des services internet au particulier, car la topologie et le type de média des réseaux câbles sont différents du réseau téléphonique. Deux types de normes existent pour gérer les données, une norme européenne (DVB-DAVIC) et une norme américaine (DOCSI). Il semblerait que la norme américaine soit en passe de devenir le standard le plus utilisé, nous allons donc l'étudier rapidement. DOCSIS a les propriétés suivantes: service Best Efforts mécanisme de requête/réponse pour l'accès au médium Qualité de service pour chaque modem Sécurité et confidentialité, basée sur un système de cryptage 56-bit QoS La couche de liaison de DOCSIS 1.0 est divisée en trois sous-couches. La sous-couche LLC (Logical Link Control) correspond à la norme de l IEEE. La sous-couche Link Security gère le cryptage de l information, ainsi que les problèmes d authentification. La pile protocolaire suivante monte le dépilage et l'empilage réalisés par le modem du particulier

21 Fournisseur Câble Modem La couche câble MAC se charge de l attribution des canaux et détermine la longueur des paquets. En ce qui concerne les couches U/D TC et PMD, elles ont pour mission de gérer l émission et la réception sur le câble coaxial. DOCSIS 1.0 utilise pour cela deux types de modulations : QPSK ou 16QAM pour les canaux montants 64QAM ou 256QAM pour les canaux descendants V Conclusion sur le câble Les câblo-opérateurs ont été les premiers à proposer une offre d accès permanent à Internet tout en permettant d'utiliser son téléphone. Malheureusement, ils n ont pas su profiter de cet avantage. L'ADSL s'est pour l'instant imposé comme la solution pour l'internet haut débit. Pour des raisons d ordre historique et réglementaire, les réseaux câblés ne couvrent pas de manière homogène tout le territoire français mais sont divisés en plaques géographiques, chacune étant exploitée par un opérateur. Par conséquent, il n'y a pas de réelle concurrence, seul l'opérateur local peut offrir ses services télé et internet. Ainsi, il est plus difficile de lancer de fortes campagnes publicitaires. En outre, la tendance marketing s'inverse. Avant, on vendait le câble et pour attirer le client, on lui proposait en sus l'accès à internet. Maintenant, Free vend l'adsl et offre l'accès à la télévision pour attirer le client. La télé dans ce contexte n'est plus qu'un simple produit d'appel. L'internet par le câble, ça marche, c'est une technologie rodée. Avec la concurrence agressive actuelle sur le haut débit, le câble ne fournit pas d'offre qui se démarque du lot, c'est une solution qui peut s'avérer intéressante pour les personnes qui ne veulent pas payer d'abonnement téléphonique par exemple

22 C. INTERNET PAR COURANT PORTEUR Concernant encore plus de personnes que le câble téléphonique, le câble électrique semble avoir du potentiel, et occupe de nombreux chercheurs. C'est la technologie étudiée dans ce rapport la plus expérimentale. Bien que son implémentation concerne essentiellement les collectivités publiques, les LAN utilisant cette technologie sont déjà une réalité. Par exemple, le conseil général de la Vienne a doté les écoles maternelles d un réseau en utilisant la solution du courant porteur. I Bref historique Plusieurs expérimentations à la fin des années 1990, en Europe et notamment au Royaume-Uni et en Allemagne, avaient suscité un grand engouement pour ce procédé d'accès à internet. Toutefois, elles n avaient pas, à l époque, répondu aux attentes des équipementiers et des exploitants de réseaux électriques à l initiative de ces projets. Les développements technologiques issus des réalisations sur la paire de cuivre sont exploités pour être utilisés par la technologie CPL. Et c'est suite à ces avancées technologiques que le CPL connaît une deuxième naissance, mais cette technologie est encore en cours de tests et de validation. Les protocoles et autres normes sont toujours en cours d'élaboration; les informations fournies dans cette partie sont donc parfois vagues. Petit rappel technique: Le réseau électrique se décompose en 3 niveaux distincts. Le premier niveau est celui de la haute tension ( kv), le second, celui de la moyenne tension (10-30 kv) et enfin, celui de la basse tension (< 0,4 kv). Chaque niveau est séparé par des transformateurs

23 II Principe de fonctionnement L'électricité circule à des fréquences de 50hz. On ajoute un signal contenant l'information. Chez le particulier, les modulateurs comprennent un coupleur qui élimine la composante basse fréquence (50Hz) électrique. On distingue deux technologies PCL: La technologie à bande étroite qui exploite la bande de fréquences de 9 à 148,5 khz permet des débits de transmission de données jusqu'à 150 kbit/s. Cette technologie est plutôt destinée à la domotique 4. Illustration 7Spectre des basses fréquences utilisées sur le fil électrique La technologie PLC à large bande utilise la bande de fréquences entre 1,6 et 30 MHz, et doit permettre des débits de transmission plus élevés (ordre de grandeur: quelques Mbit/s). L'écart entre ces deux tranches de fréquence permet de les «isoler» afin qu'elles ne se perturbent pas. Au dessus de 30 Mhz, l'atténuation est trop importante, pour exploiter ce support sur une distance de quelques kilomètres. 4 Démotique: Ensemble des techniques de gestion automatisée appliquées à l'habitation (confort, sécurité, communication). (Def petit Robert)

24 Le fonctionnement est similaire à celui de l'accès par le câble. Concrètement, le particulier branche un modem spécifique sur sa prise électrique et sur son ordinateur. Puis l'information va circuler via la ligne électrique basse tension jusqu'au compteur électrique du particulier puis au 1 er transformateur. Ensuite, la plus part du temps, l'information va reprendre un média de transport plus classique comme la fibre optique. (Elle pourrait continuer sur des lignes moyennes et hautes tensions, mais cette situation semble encore plus expérimentale.) En effet, en parallèle des lignes moyennes et hautes tensions de la fibre optique est souvent posée (comme la SNCF le long de ses lignes...). Et c'est ces dernières qui peuvent servir à mettre en place un réseau global. L'objectif actuel n'est pas d'utiliser tout le réseau électrique pour le transformer en réseau informatique, mais d'atteindre le particulier par un nouveau média. L'objectif est plus d'utiliser la «boucle locale» électrique. Un modulateur spécifique est installé dans chaque local de transformateur pour transmettre le signal informatique sur le câble électrique (un peu comme le DSLam pour l'adsl). Le schéma suivant illustre ces explications:

25 Tout comme pour l'accès via le câble, la bande passante est partagée. Ainsi, la plupart du temps, les documents fournis annoncent des débits rêveurs, mais ce sont des débits à partager entre 150 et 250 consommateurs. Petite particularité à noter: cette technologie intéresse plus les pays en voie de développement et l'europe dont les transformateurs relient habitations, alors qu'aux États-Unis, ils relient une dizaine de clients. Ainsi, il faudrait mettre un autre réseau pour relier les transformateurs aux États-Unis. III Contraintes Les difficultés rencontrées pour la mise en place de cette technologie sont liées aux particularisées dues aux transfert par large bande: l'atténuation et les perturbations. Le tableau suivant synthétise les problèmes mis en évidence et les solutions apportées: Problèmes Solutions Atténuation : distance type de réseau densité de branchements fréquence Répétition Choix des fréquences de travail

26 Perturbations : types de charges fréquence filtres Problèmes XDSL et autres techniques filaires... Solutions choix des fréquences de travail Techniques de modulation avancées Filtres IV Une des première expériences, un cuisant échec En Allemagne, un tel accès internet a déjà été proposé aux habitants de Essen (Allemagne) et Mühleim. Il fut lancé en grande pompe au CeBIT Dans ce cas, il semblerait que ce ne soit pas la technologie qui soit mise en cause, mais la viabilité économique du projet. La compagnie d'électricité RWE, premier producteur d'électricité, qui avait mis en place le projet annonçait pourtant des débits de 2Mbit/s. Mais au lieu des abonnements prévus, seul furent contractés. L'offre proposée était la suivante: RWE proposait un forfait mensuel pour 49 DM (25 euros) comprenant le modem et une consommation de 250 mégaoctets, c'est-à-dire une connexion illimitée pour les internautes qui se contentent de surfer sur internet, même 24 H/24, selon M. Rogall. (Source Le projet s'est arrêté fin septembre 2002 (début commercial mars 2001), alors qu'à l'origine, le réseau devait être étendu à la région de la Ruhr, ainsi qu'en Suisse, grâce à un partenariat avec la société helvétique Ascom Powerline Communication AG. V Conclusion sur le PCL Du point de vu technique, les normes sont à mettre en place. Mais des solutions opérationnelles existent. Trois fournisseurs espagnols proposent ces solutions à certains quartiers. De même, Tiscali a mis en place un test à Courbevoie dans les Hauts-de-Seine depuis Octobre 2003, cependant, aucune offre tarifaire n'est avancée. D'un point de vu législatif, tout est à faire. EDF n'a légalement pas le droit d'être un fournisseur d'accès internet et il ne semble pas tenter de le devenir. Ainsi, on peut se demander, si il ne faudra pas organiser un dégroupage de la boucle électrique locale. On voit la rapidité de cette opération dans le cas du téléphone, on imagine de même pour la technologie PCL. Des démarches trop lourdes pourraient casser le marché alors que d'autres technologies sont plus facilement disponibles. 5 Centrum der Büro und InformationsTechnik. Salon de l'informatique qui se tient tous les ans à Hannovre, en Allemagne, au printemps, considéré comme le pendant du COMDEX américain

27 CONCLUSION La problématique du multimédia en ligne est aujourd hui indissociable du phénomène Internet car ce dernier est en train de phagocyter la plupart des réseaux offrant des ressources ou de les rallier à ses standards. L une des conséquences est que le réseau des réseaux est en grand danger d engorgement. Analyser les conditions d accès nécessite de s occuper du problème des ressources et de leur poids en terme de volume de données. La compréhension de l enjeu du haut débit passe d abord par la bonne maîtrise de quelques données clés. Une page d accueil d un site Web représente en moyenne 64 kbits, une photo déjà compressée comportant 256 couleurs et occupant la totalité de l écran représente environ 640 kbits et une seconde de vidéo de qualité télévision numérique comparable aux images (déjà compressée) diffusées par Canal Satellite ou TPS représente 4 Mbits. Il est donc aisé de comprendre, à la lecture de ces quelques chiffres, que les contraintes liées à la diffusion de véritable multimédia en matière de bande passante sont importantes et que la qualité de consultation est intimement liée au débit des artères qui seront utilisées. Or, il n est pas besoin aujourd hui de faire le constat de l insuffisance des débits des accès offerts (RTC et RNIS) aux établissements pour consulter des services réellement multimédias. C'est pourquoi le développement de nouvelles technologies de transmission est pleinement justifiée L'ADSL semble avoir une longueur d'avance, mais le câble ainsi que le réseaux électrique, s'affranchissant tout deux des télécoms offrent une véritables alternatives en terme de technologies mais également en terme de groupe financier, ce qui implique une véritable mise en concurrence. Ces deux techniques souffrent pour l'instant d'un bémol pouvant ralentir leur essor : ce sont des technologie de type bus, ce qui peut laisser songeur quant à la sécurité des données

28 RÉFÉRENCES xdls DSL Valley ADSL France ADSL Forum. ADSL FAQ ADSL Forum. VDSL FAQ ADSL Forum. ADSL Tutorial ADSL Forum. VDSL Tutorial ADSL Forum. General Introduction to Copper Access Technologies ADSL Forum. Normes xdsl

29 ADSL Forum rapport sur LES TECHNOLOGIES xdsl Patrice KADIONIK & Philippe GOOLD Transmission numérique multimédia E. Rivier. Editions Eyrolles. Câble Généralités: Journal du net Zdnet 01Net Wanadoo Pages persos Economie, chiffre HFC DOCSIS «Télé-réseau : Services et stratégie d accès pour les services Internet et VoIP», Juin 2002 Jérôme Racloz

30 PCL Bakom PowerLine World ASCOM powerline Liste de liens «Les courants porteurs dans dans la Maison Communicante du XXIe siècle», 2001 EDF «CPL - Courants Porteurs en Ligne, Colloque RNRT», 2003 Alterlane «Réseaux IP, Voix et multimédia sur IP», 2003 Antoine Delley