G-PON, XGS-PON et 50G-PON : jusqu’à 50 Gb/s en fibre optique

Orange organise en ce moment ses Open Tech Days. Hier, l’opérateur avait convié la presse, et nous étions sur place. Une démonstration portait sur la fibre à 50 Gb/s alias 50G-PON. Elle n’arrivera pas dans un avenir proche, d’autant que le XGS-PON (jusqu’à 10 Gb/s) vient seulement de faire son entrée. Il est néanmoins intéressant de voir comment la fibre optique (résidentielle et professionnelle) pourra évoluer chez les opérateurs.

Au début était G-PON

La fibre est actuellement déployée en France, avec la volonté d’arriver à 100 % d’éligibilité, et d’en faire un service universel à la place du cuivre. La première technologie utilisée par la fibre est le PON, ou réseau optique passif (Passive Optical Network dans la langue de Shakespeare). Il y a deux termes importants, nous explique Orange.

Réseau pour commencer, car c’est vraiment un réseau que l'on déploie. Il se place d’ailleurs en parallèle du cuivre pour le XDSL, voué à disparaitre dans quelques années. Passif ensuite, « car, on ne fait rien avec […], il n’est pas alimenté en électricité. Dans l'armoire de rue, il n’y a pas d'électricité. Entre le client et le central, il n’y a aucun élément électrique : pas de répéteur ni amplificateur, uniquement des coupleurs ». Un coupleur permet de relier une ou plusieurs entrées à une ou plusieurs sorties.

La première génération de fibre était en G-PON, avec le G pour Gigabyte… ou presque puisque la signification complète est « gigabit-capable passive optical network », explique l’IUT (International Telecommunications Union). Page 9 de ce document (PDF), vous trouverez les différentes combinaisons de débits montants et descendants. Sachez simplement qu’on peut monter jusqu’à 2,4 Gb/s en symétrique avec le G-PON. En France, on est généralement sur de l’asymétrique avec 1 Gb/s en téléchargement et quelques centaines de Mb/s en upload.

Digression sur le multiplexage

D’un point de vue pratique, les lignes fibre optique des clients (qui vont dans leur logement) sont regroupées par paquets de 32, 64 ou 128, cela dépend des plaques. Elles sont ensuite agrégées dans une seule fibre au niveau des points de mutualisation (armoire de rue par exemple), des équipements passifs avec des coupleurs. Des fibres partent ensuite des PM vers les équipements réseau de chaque opérateur (nœuds de répartition optique NRO). Il existe aussi des fibres point à point (ou fibre dédiée) qui vont directement au NRO.

Dans la fibre, « chaque client a un temps de parole. Donc en descendant, tous les clients reçoivent tous les paquets, mais ils ne peuvent décoder que les leurs. En montant par contre, c'est la machine du central qui lui dit "tu peux parler à tel moment et ton voisin ne parlera pas en même temps que toi" […] Et si tu veux parler longtemps parce que tu as besoin de transmettre une grosse photo, tu peux augmenter la taille du paquet ». C’est « vraiment un partage en temps », réalisé de manière dynamique.

Passage au 10 Gb/s avec 10G-EPON et XGS-PON

Le 10 Gb/s est ensuite arrivée chez les clients. Chez Free pour commencer, avec du 10G-EPON. On ne va pas entrer dans tous les détails, mais un premier point très important est à noter : les débits ne sont pas symétriques. On peut avoir jusqu’à 10 Gb/s en download, mais « seulement » 1,2 Gb/s seulement en upload.

En France, Free est le seul sur la technologie 10G-EPON, les trois autres opérateurs nationaux utilisent le XGS-PON : « X, c'est pour le chiffre romain 10, G pour le giga et S pour symétrique, parce que c'est 10G dans les deux sens », nous explique Orange. Pour plus de détails sur ces deux technologies, Vivien Guéant du forum Lafibre.info propose des tableaux comparatifs afin de bien comprendre de quoi il retourne.

La Livebox 7 est compatible avec le G-PON et le XGS-PON. Donc, en fonction de votre forfait et des équipements réseaux disponibles sur la plaque optique de votre ligne FTTH, vous aurez du G-PON (1 Gb/s) ou du XGS-PON (10 Gb/s). La box peut basculer de l’un à l’autre, sans avoir besoin de la changer.

D’un point de vue technique, « ces deux technologies sont superposées en longueur d'onde […] On donne une couleur à chaque technologie : une couleur dans le sens descendant et une couleur dans le sens montant ».

Théorie vs pratique (commerciale) : attention aux différences

Entre la théorie et la pratique, il y a souvent une différence. Ce n’est pas parceque le 10G PON permet d’obtenir 10 Gb/s en symétrique que les opérateurs proposent un tel débit. Pour rappel, la théorie du 10G-EPON est de 10 Gb/s en téléchargement et 1,2 Gb/s en upload (Free). Elle est toujours de 10 Gb/s pour le XGS-PON (Bouygues Telecom, Orange et SFR), mais en symétrique.

Passons aux offres commerciales. Dans le cas de la Livebox 7, Livebox Max Fibre ne propose que 5 Gb/s en téléchargement et 2 Gb/s en upload. Chez Free, la Freebox Delta grimpe à 8 Gb/s et 700 Mb/s, Bouygues Ultym à 2 Gb/s et 900 Mb/s, et SFR Premium à 8 Gb/s et 1 Gb/s.

Pour rappel, les technologies PON 10G sont en cours de déploiement chez les opérateurs. Avoir un forfait et une box compatibles n’est donc pas toujours suffisant. Selon un employé Orange aux Open Tech Day, 11 % du territoire serait actuellement compatible avec le XGS-PON. Dans un communiqué récent, Orange explique que, « en France, nous devrions avoir 30 % de clients éligibles au XGS-PON d’ici fin 2024 et nous visons 100 % fin 2026 ».

Trouver de la place pour le 50G-PON (sans virer le G-PON)

Le débit qui transite dans la fibre à une certaine influence qu’il faut prendre en compte. Plus il augmente, plus « il devient compliqué de transporter » les données. C’est notamment dû à la dispersion chromatique. Dans les fibres optiques, cette « dispersion est nulle au voisinage de 1 310 nm », rappelle l’IUT. « C'est vraiment l'endroit idéal pour transmettre », nous confirme Orange.

Problème, il y a déjà le G-PON sur cette longueur d’onde, et cette technologie occupe une bande relativement large, comme on peut le voir sur la photo ci-dessous (US signifie Upstream ou sens montant, DS Downstream ou sens descendant) :

L’explication de cette grande largeur de bloc est simple : « la box peut être dans le garage, sur un ordinateur et, aux États-Unis, à l'extérieur de la maison ». La fibre est ainsi soumise à différentes températures en fonction de la position de la box et des saisons. Ces variations se répercutent sur le faisceau laser qui passe à l’intérieur de la fibre. « Or, un laser qui varie en température est un laser dont la longueur d'onde varie ».

Éteindre le G-PON pour le 50G-PON : une idée, non retenue

La longueur d’onde « parfaite » (aux alentours de 1 310 nm) étant déjà occupée, impossible de la reprendre en l’état pour du 50G-PON… sauf à éteindre complétement le G-PON. « C'est ce que voulaient faire les asiatiques », affirme Orange. Une autre solution a été trouvée au niveau international, avec des bandes étroites juste à côté des longueurs d’ondes du GPON, explique l’opérateur.

Ces bandes étroites pour le 50G-PON obligent le laser à ne pas bouger de sa longueur d’onde. Conséquence directe, il doit donc rester à une température stable. La solution avancée par Orange est finalement assez simple, sur le papier : « on va devoir réguler [la température] dans la box ». Rien de compliqué techniquement, selon l’entreprise : « On peut le faire. Ça coûte un peu plus cher, mais c'est quelque chose qu'on saura faire ». Ça consomme un peu plus, « mais pas extrêmement plus, ce n’est pas vraiment sensible à cela ».

Ces longueurs d’ondes ont été adoptées au niveau international, affirme Orange. Les constructeurs chinois ont également adopté cette technologie « car ils n’ont plus envie d’enlever le 10G-PON » de leurs clients. Le développement du 50G-PON sur ces longueurs d’onde est en cours, du matériel est déjà disponible.

Le 50G-PON n’est pas une exclusivité ou une technologie Orange. Comme le G-PON, le XGS-PON et les autres « PON », n’importe quel opérateur peut s’en servir. Preuve en est, les équipementiers proposent des produits indépendants des opérateurs.

1 Gb/s, 10 Gb/s et ensuite 50 Gb/s sans changer de fibre

Il existe aussi une alternative avec le 25 Gb/s, mais Orange préfère directement passer de 10 à 50 Gb/s : « C'est quelque chose qui est développé par Nokia [le 25 Gb/s, ndlr], mais on ne le fera pas », indique l’opérateur. 50G-PON sera donc « la troisième génération de PON qu’Orange déploiera », après le G-PON et le XGS-PON. Plusieurs opérateurs alternatifs français pour les professionels proposent déjà du 25 Gb/s symétrique en France.

La fibre est dans tous les cas exactement la même. Celle posée il y a des années ne demande aucun changement, quel que soit l’opérateur qui l’a déployé. Il faut que l’opérateur installe les équipements de son côté du réseau et que le client dispose d’une box compatible, mais le « tuyau » ne demande aucune adaptation. « La fibre est la même, on déploie tous la même fibre », affirme Orange.

Si le G-PON et le XGS-PON utilisent la même fibre, « techniquement, il n’y a aucun problème » à utiliser les deux à la fois. On pourrait ainsi imaginer avoir du « 62 Gb/s » théorique (2 G-GPON + 10 XGS-PON + 50 50G-PON), mais cet usage ne semble pas vraiment intéresser l’opérateur qui préfère n’utiliser qu’une seule technologie à la fois.

Orange expose du matériel XGS-PON et 50G-PON à ses Tech Days. Sur la première image, on peut voir des racks. Le premier sur le haut avec huit ports permet d’installer 8 émetteurs/récepteurs fibre optique en 50G-PON (chacun pouvant gérer jusqu’à 128 clients). Trois crans en dessous, la même chose mais en XGS-PON, avec 16 emplacements.

Sur les photos suivantes, on peut voir que les émetteurs/récepteurs 50G-PON sont plus gros que les XGS-PON. Mais le travail est en cours chez les fabricants, qui assurent à Orange pouvoir arriver exactement au format du XGS-PON avec du 50G-PON.

Cela permettra de mettre à jour le cœur du réseau en 50 Gb/s, « simplement » en changeant le matériel, et donc en gardant la même densité. Dans le futur, les racks 50G-PON auront eux aussi 16 emplacements, exactement comme le XGS-PON et le G-PON. On change le rack, les modules émetteurs/récepteurs, on rebranche la fibre et c’est terminé pour la mise à niveau côté opérateur.

Le 50 Gb/s c’est pour quand ?

C’est un peu la question en trame de fond, mais elle n’a pas de réponse précise. Déjà, « Orange ne se prononce pas forcément sur les usages du 50G-PON […] Ce qui est important pour nous, c'est de vérifier et de préparer la future technologie pour qu'elle soit compatible avec le réseau qu'on a déployé », affirme notre interlocutrice.

En Chine, souvent en avance sur ces sujets, le 50G-PON vise les entreprises qui souhaitent profiter de lignes 10 Gb/s « dédiées » sur certains réseaux et au plus proche des machines.

Une « box » en 50G-PON est exposée par Orange, avec un switch en 4x 10 Gb/s Ethernet en sortie. Chaque ligne dispose donc de sa propre connexion 10 Gb/s sans forcément la partager avec les autres. C’est un peu la même idée que les switchs avec 1x 10 Gb/s et 4x 2,5 Gb/s.

Un autre usage pourrait permettre de relier les antennes de télécommunication et notamment les small cells. Plutôt que déployer plusieurs fibres dédiées pour chaque antenne, une seule pourrait en alimenter plusieurs petites.
Quoi qu’il en soit, le 50G-PON n’est pas encore tout à fait prêt techniquement. Il faut notamment « augmenter un petit peu les capacités des optiques » pour limiter les pertes. « Mais ça va venir. C'est une histoire de maturité technologique ». C’était la même chose avec le 10G quand il était en test dans les labos, il y a une dizaine d’années. Il reste dans tous les cas plusieurs années avant que le 50G-PON n’arrive chez Orange.

Notre interlocutrice nous explique la vision d’Orange sur la « course » technologique : « On donne le temps aux équipements de vivre. On ne va donc pas pousser de nouveaux équipements pour être les premiers. On va chercher à arriver un peu avant le besoin d'usage ». C’est Free qui fait office de moteur de ce côté-là, c’était par exemple le premier opérateur commercial grand public (et national) à annoncer du 10 Gb/s fin 2018.

Quid du 100 Gb/s et des équipements de Huawei ?

Coté fixe, Orange utilise du matériel de trois fournisseurs : Nokia, Huawei et ZTE. « Huawei n’est pas interdit du tout sur réseau fixe, c'est plus dans le cœur de réseau mobile ». Dans le cas de la fibre, les Optical Line Terminal (OLT) de chez Huawei – ou d’un autre fabricant – sont « des équipements de niveau 2, on manipule des fonctions de type VLAN […] c’est de la tuyauterie […] À partir du moment où on rentre dans un équipement niveau IP, on rentre dans l'interception légale, les interceptions de routage de trafic. Là, on est sur des contraintes qui pourraient imposer l'exclusion de certains vendeurs ».

Nous posons la question de la suite, et notamment savoir si du 100G est dans les tuyaux ? « Oui, la recherche est déjà en train de travailler dessus », sans plus de précision. Et il y a encore de grosses marges de progression puisque la limite pratique – dans les laboratoires de recherche – de la fibre est actuellement de… plusieurs Pb/s.

Pour rappel, on multiplie par 1 000 quand on passe de Giga à Téra, puis à nouveau par 1 000 de Téra à Péta, soit par 1 000 000 entre Giga et Péta. À 50G, avec déjà du 1 000 000G en laboratoire, on a donc de la marge et c’est peu de le dire…