Les Technologies DSL/xDSL

Les Technologies DSL/xDSL
ADSL/SDSL... 14 Mars 2009 N° 14 Elior BOUKHOBZA 1

Groupe 14 – Boukhobza Elior
Plan Introduction DSL/xDSL ADSL Autres technologies DSL Conclusion 2 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 2

Introduction Issue : Find a way to transmit data in high bitrate. Many solutions were proposed : Optical Fiber Satellite Cable DSL etc... Issue : Find the least costly solution in terms of deployment and the best one in terms of return of investment for the Telecom operator. 3 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 3

Plan 1) DSL/xDSL Définition Principe Historique Les différentes technologies DSL Installation et Déploiement Conclusion 4 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 4

Définition DSL : Digital Subscriber Line 5 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 5

Principe (1/2) Utiliser les hautes fréquences de la ligne téléphonique pour transmettre des données à haut débit. POTS (Plain Old Telephone Service) : Hz ~ 3,4 kHz DSL : Utiliser les fréquences supérieures à 20 kHz pour le haut débit (émission-réception). 6 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 6

Principe (2/2) Le signal est modulé sur les hautes fréquences => Nécessité d'un modem La ligne analogique est séparée de la ligne numérique à l'aide d'un filtre passe-bas (ou filtre gigogne). 7 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 7

Historique (1/3) xDSL est apparu dans les années 90 comme service de l'ISDN (RNIS en France) pour le haut débit. Fin 1998-Début 1999 : L'ARCEP (anciennement ART) donne son autorisation pour le déploiement de l'ADSL en France. Mi 1999 : France Telecom publie ses premières offres d'accès Internet à haut débit : « Netissimo ». 8 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 8

Historique (2/3) : La Cour d'Appel et l'ARCEP préconisent une concurrence loyale entre les différents FAI et leur permet d'utiliser la boucle locale. Apparition du dégroupage. 2004 : Lancement de l'ADSL 2+ 2005 : France Telecom lance son offre d'ADSL nu, l'accès à Internet sans téléphone. Novembre 2005: FT est condamné à verser 80 millions d'euros pour pratiques anti-concurrentielles pour le marché de l'ADSL jusqu'en 2002. 9 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 9

Historique 3/3 2006: Lancement des offres « Triple Play » intégrant la téléphonie et la télévision à l'accès à Internet. 2007 : Certains FAI commencent à déployer la fibre optique pour le très haut débit. 2008 : Sortie des modems utilisant le CPL (Courant Porteur de Ligne) 2009: Lancement des offres « quadruple play » permettant d'offrir en plus de la téléphonie mobile. 10 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 10

Les différentes technologies DSL (1/2) Technologies DSL (aussi appelées xDSL) : IDSL (ISDN DSL) ADSL (Asymmetric DSL) SDSL (Symmetric DSL) VDSL (Very High Bitrate DSL) HDSL (High Bitrate DSL) ADSL 2, ADSL 2+ SHDSL (Symmetric High Bitrate DSL) RADSL (Rate Adaptative DSL) Re-ADSL (Reach Extended ADSL) 11 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 11

Les différentes technologies DSL (2/2) Normes relatives à xDSL (de l'UIT-T) : G.991.x : Spécifications de la HDSL G.992.x : Spécifications de l'ADSL G.993.x : Spécifications du VDSL G.994 à G.997 : Spécifications communes aux technologies xDSL (authentification, couche physique, etc)... RFC relatives aux protocoles utilisés RFC 1661 et 1662: Protocole PPP (Point to Point Protocol) RFC 2512 : Protocole ATM RFC 2516 : PPPoE (PPP over Ethernet) RFC 2661 : L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) RFC 2058 : RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service) 12 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 12

Installation et déploiement (1/6) Chez l'abonné : Modem ADSL pour la modulation du signal Filtre gigogne pour séparer la voix analogique du signal numérique Chez le répartiteur : DSLAM qui fait converger les lignes des abonnés vers le réseau Internet et téléphonique. Filtres passe-haut pour récupérer les appels analogiques des abonnés. 13 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 Source: Atelier Aménagement Numérique des Territoires 13

Installation et déploiement (2/6) Entre les deux points : le câble téléphonique de cuivre (la boucle locale). Elle transporte à la fois voix analogique et données numériques. Aucun câblage n'est à effectuer => gains de production. La boucle locale est la propriété de France Telecom. La réglementation impose de mettre ce câble à disposition de tout opérateur qui le demande: c'est le dégroupage. Contraintes: Affaiblissement avec la distance : Distance maximum Abonné-DSLAM : environ 5 km. Perturbations, bruit qui diminuent les performances. 14 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 14

Installation et déploiement (3/6) 15 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 15

Installation et déploiement (4/6) Du répartiteur vers le backbone : Le BAS BAS (Broadband Access Server): point de collecte des flux ATM des DSLAM. Ils assurent la liaison Point à Point (PPP) entre les abonnés et leur FAI. C'est le processus de « Collecte ADSL/IP » pour l'ADSL. Permet l'authentification de l'abonné auprès de son FAI par le serveur RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service). 16 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 16

Installation et déploiement (5/6)
Répartiteur téléphonique 17 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 17

Installation et déploiement (6/6)
DSLAM (DSL Access Multiplexer) DSLAM Lucent 18 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 18

Conclusion La technologie xDSL a été adoptée comme LA technologie haut débit en France Moins coûteuse que la fibre optique Pas de câblage à effectuer Son principal concurrent : le Câble Très répandu aux Etats-Unis, il l'est beaucoup moins en France où l'ADSL a une place prépondérante dans le marché du haut débit. En Juin 2006, 11 millions de Français étaient connectés au haut débit dont 10,5 millions à une offre ADSL. 19 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 19

Chiffres et graphiques (1/2)
Chiffres du marché français du haut débit pour le 3e trimestre 2008 Source : ARCEP 20 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 20

Chiffres et graphiques (2/2) Source : ARCEP 21 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 21

Plan 2) ADSL Définition Détails de fonctionnement Le multiplexage de fréquence Modulation QAM Modulation DMT/CAP Trames ADSL et supertrames Capacité de trafic Transport des données Transport ATM Protocoles PPP/PPPoE/PPPoA L'ADSL et les interférences Applications de l'ADSL Offres commerciales 22 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 22

ADSL 23 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 23

Définition ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line (Ligne d'abonné numérique asymétrique) Asymétrique : La bande de fréquence réservée au sens descendant (downlink) est plus importante que celle réservée au sens montant (uplink). Réservée surtout aux particuliers et petites entreprises qui ont plus besoin de recevoir que d'envoyer des données. 24 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 24

Détails de fonctionnement Le multiplexage de fréquence Modulation QAM Modulation DMT/CAP Trames ADSL et supertrames Capacité de trafic 25 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 25

Le multiplexage de fréquence (FDM) (1/4) FDM : Frequency Division Multiplexing Bande de fréquences de la ligne téléphonique cuivrée: 0 à 1,1 MHz Principe : Diviser cette bande de fréquence en canaux spécifiques à une fonction : voix analogique, débit montant et descendant. Gaps entre chacun des canaux pour réduire les interférences. 26 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 26

Le multiplexage de fréquence (FDM) (2/4) 0 à 4 kHz : POTS (voix analogique) 20 à 140 kHz : réservées au sens montant 150 à 1100 kHz : réservées au sens descendant 4 à 20 kHz: Fréquences inutilisées pour ne pas interférer avec les fréquences réservées au POTS. 140 à 150 kHz : Marque la séparation entre l'uplink et le downlink. Figure 1 : Division en canaux du spectre de fréquences 27 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 27

Multiplexage de fréquence (FDM) (3/4) Autre méthode : « annulation d'écho » (echo cancelling). Permet d'augmenter le débit descendant en utilisant la bande de fréquences réservée au débit montant puis en annulant en temps réel l'écho produit. Phase d'apprentissage à l'initialisation du modem pour déterminer l'écho. Problème : Plus sujet à la paradiaphonie (diaphonie locale). 28 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 28

Multiplexage de fréquence (FDM) (4/4) Figure 2 : 29 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 29

Modulation QAM (1/4) QAM = Quadrature Amplitude Modulation Découle du codage 2B/1Q utilisé par le RNIS Elle s'opère sur une seule fréquence. Elle consiste à associer à une suite de n bits appelée symbole, un « état » qui correspond à une modulation en amplitude et en phase. On parle de « constellation N-QAM » où N est le nombre d'états. 30 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 30

Modulation QAM (2/4) Figure 3 : À un symbole de 4 bits correspond 16 états. 31 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 31

Modulation QAM (3/4) QAM = Quadrature Amplitude Modulation Découle du codage 2B/1Q utilisé par le RNIS Elle s'opère sur une seule fréquence. Elle consiste à associer à une suite de n bits appelée symbole, un « état » qui correspond à une modulation en amplitude et en phase. Permet d'augmenter sensiblement la bande passante mais la difficulté de modulation augmente avec le nombre d'états. 32 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 32

Modulation QAM (4/4) Modems ADSL : 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM Aujourd'hui on peut aller jusqu'à QAM (15 bits par symbole), mais les modems ne vont pas jusque là (difficulté de modulation, atténuation du signal...) 33 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 33

Modulation CAP CAP : Carrierless Amplitude/Phase Modulation Basée sur QAM : A l'émission, on soustrait la porteuse du signal (carrierless) Modulation à constellation variable : Si dégradation du rapport Signal/Bruit, diminution du nombre d'états/symbole et donc diminution du débit. Peut aller jusqu'à 9 bits/symbole (512-CAP) Remplacé par la modulation DMT en 1996. 34 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 34

Modulation DMT DMT : Discrete Multi-Tone Normalisé par l'ANSI et l'ETSI Consiste à partager la bande passante en 255 sous-canaux de kHz. Ce sont des porteuses de signal. Chaque porteuse est modulée indépendamment en QAM, de 0 à 15 bits/symbole => 64kb/s max. Entre deux canaux : 300 kHz 35 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 35

Modulation DMT 36 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 36

Modulation DMT : Allocation des porteuses Porteuse 1: réservée à la voix analogique (0.3 ~3.4 kHz). 2 à 6 : bande de garde de la voix analogique avec les porteuses du signal ADSL. 30 porteuses suivantes: réservées au sens montant (uplink) Les sous-porteuses restantes sont réservées au downlink. 37 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 37

Modulation DMT : Bitswap DMT optimise le débit de chaque canal selon le rapport signal/bruit. Le nombre de bits sur chaque porteuse est donc variable. DMT va allouer plus de bits sur les canaux dont les conditions sont bonnes : bitswapping. 38 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 38

Trames ADSL : Codage de Reed-Solomon (1/2) Principe : Utiliser des octets de redondance pour corriger les erreurs au sein d'une trame. On parle de « mots-codes Reed-Solomon ». Les mots-codes pour l'ADSL sont en « RS(240,224,8) », c'est à dire que les mots-codes font 240 octets dont 224 d'octets utiles et que 8 octets sur 224 peuvent être corrigés. 39 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 39

Trames ADSL : Codage de Reed-Solomon (2/2) Avantages : Gestion et correction d'erreurs efficace. Inconvénients : Moins de données véhiculées => diminution du débit maximal En moyenne, on atteint un débit de 8 Mbps, contre les 13 Mbps théoriques. 40 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 40

Trames ADSL Trame ADSL : Deux tampons : Un réservé aux données rapides (FastPath) Un réservé aux données entrelacées (Interleaved) Permet de gérer la priorité des données. 41 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 41

Supertrames (1/2) Les données ADSL sont encapsulées en supertrames, qui sont des trains de trames. Une supertrame comporte 68 trames : Trame 0: Contient les corrections d'erreur CRC des données FastPath Trame 1, 34 et 35 : Trames de maintenance de la liaison ADSL Trame 68 : Trame de synchronisation Les autres trames sont des trames de données Durée d'une supertrame : 17 ms 42 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 42

Supertrames (2/2) Supertrame ADSL 43 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 43

Capacité de trafic 220 sous-porteuses réservées au débit descendant, 30 au débit montant. Supertrame : 17 ms => 4000 trames/s Trames de 256 octets dont 16 de redondance => 240 octets utiles Soit un débit sans nuisance de : trames * 240 * 8 = 8128 kbps (downlink) En uplink, on atteint environ 1024 kbps. 44 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 44

Transport des données Transport ATM Protocoles PPP/PPPoE/PPPoA 45 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 45

Transport ATM Les trames ADSL sont véhiculées par transport ATM. ATM : Asynchronous Transfer Mode Cellules de 53 bits dont 5 bits de service qui servent à acheminer les données sur un réseau virtuel. Transfert en mode connecté. Débit ATM plus rapide que le débit IP. 46 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 46

Protocole PPP PPP : Point to Point Protocol Permet de créer une liaison entre l'abonné et le FAI : liaison point à point. Services : Contrôle de la liaison (LCP) et couche réseau (NCP) Système d'identification PAP ou CHAP : renseignement du login/mdp de l'abonné directement par le modem. Encapsulé par les protocoles PPPoE ou PPPoA. 47 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 47

Protocole PPPoE/PPPoA PPPoE : PPP over Ethernet Permet l'initialisation de la liaison PPP par l'interface Ethernet. Protocole de découverte : chaque machine doit apprendre l'adresse Ethernet de son correspondant afin d'établir une liaison. 48 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 48

Protocole PPPoE/PPPoA Schéma d'une connexion ADSL SDH : Synchronous Digital Hierarchy L2TP : Layer Two Transfer Protocol AAL5: ATM Adaptation Layer FR : Frame Relay RBCI : Reseau Backbone de Connections Internet RAEI : Reseau d'Acces aux Entreprises à Internet LNS : L2TP Network Server RADIUS : Remote Access Dial In User Service 49 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 49

Protocole PPPoE/PPPoA PPPoA : PPP over ATM Utilisé par les modems connectés en USB pour les modems ne supportant pas le protocole PPPoE nativement (par ex les premiers modems FT utilisant le protocole déprécié PPTP). Utilise le transfert ATM plutôt que Ethernet. 50 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 50

Protocole PPPoE/PPPoA 51 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 51

ADSL et les interférences (1/2) La transmission est soumise à des perturbations qui altèrent le signal : Diaphonie : Interférences entre deux paires d'un même câble de transport. On parle de diaphonie locale, distante ou autodiaphonie. La distorsion du signal : La distance, les points de coupure et le faible diamètre des paires de cuivre peuvent déformer le signal. Interférences radio (bruit): Dû aux appareils téléphoniques à proximité qui perturbent le signal. L'affaiblissement (en dB) : Il est proportionnel à la longueur du câble. Il varie en fonction de la fréquence et du calibre du câble. Mesure de la qualité de la ligne : rapport Signal/Bruit. (en dB) 52 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 52

ADSL et les interférences (2/2) Les mécanismes de contrôle d'erreur (FEC, CRC) permettent de corriger la plupart des erreurs de transmission. Test d'éligibilité de la ligne: Tester si la ligne peut être exploitée par les différents opérateurs pour l'ADSL. 53 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 53

Applications de l'ADSL Offre « triple play » des opérateurs: Internet, Télévision et Téléphonie. Télévision : Video over IP; Téléphonie: Voice over IP. CPL (Courant Porteur de Ligne) : utiliser la ligne électrique pour transmettre les données. Récemment : « Quadruple play »: Téléphonie mobile sur IP. Autres services: ADSL peut servir d'accès à un service de réseau privé virtuel (VPN). 54 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 54

Offres commerciales Première offre ADSL : Netissimo ( ) : 500 kbps/128 kbps (Wanadoo) Netissimo 2 en 2002 : 1024/128 kbps 2003: Dégroupage partiel et total. Débits variant entre 2 et 8Mbps (downlink) A partir de 2004: Arrivée des box proposant l'ADSL 2+. Débits allant jusqu'à 20 Mbps / 1 Mbps: Freebox Neufbox Livebox … 2008 : Apparition d’opérateurs tiers proposant des offres ADSL : Darty, Bouygues Telecom. 55 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 55

Plan 3) Autres technologies DSL ADSL 2+ Re-ADSL SDSL VDSL HDSL 56 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 56

ADSL 2+ Principe: Utiliser une bande de fréquence plus grande : jusqu'à 2.2 MHz 2 fois plus de sous-porteuses (511) d'où un débit plus élevé (jusqu'à 22 Mbps en downlink) Nécessite d'être proche du DSLAM (2-3km) 57 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 57

Re-ADSL Principe : Prolonger la portée des signaux pour desservir plus de zones. Utiliser plus d'énergie dans les basses fréquences ( uplink, downlink). Portée augmentée jusqu'à 10%. Débits plus faibles : 512 kbps ~128kbps 58 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 58

SDSL Principe : Le nombre de porteuses utilisées pour le sens montant est le même que pour le sens descendant. Destinées aux entreprises ayant besoin d'envoyer beaucoup de données. Débit pouvant aller jusqu'à 8 Mbps dans les deux sens. Versions SDSL2, SDSL2+ 59 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 59

VDSL DSL à très haut débit (13 à 50 Mbps en downlink, 1.5 à 6 Mbps en uplink) Utilisée au sein d'un réseau domestique ou d'un immeuble. Portée limitée: 300 m du DSLAM. Nécessite la fibre optique pour raccorder chaque quartier au DSLAM (FTTN) Délaissé au profit de la fibre optique jusqu'à l'abonné (FTTH, Fiber To The Home). 60 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 60

HDSL Première technologie DSL, développée aux Etats-Unis (1990). Utilise les lignes T1 ~ 1.5 Mbps (deux sens). Ne permet pas le POTS. Remplacé par le SDSL 61 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 61

Conclusion Nowadays, DSL technologies are the common solutions for Internet at high bitrate. While in US, Cable technologies are a serious concurrent for DSL, in France DSL superiority is undeniable. However, these technologies will reach their end with the deployment of the Optical Fiber. In the future, DSL technologies will surely be reserved for regions not connected with the fiber. 62 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 62

Webographie mas/transmission/xDSL/modulations_xDSL.htm 63 Groupe 14 – Boukhobza Elior 14 Mars 2009 63

Fin Le 14 Mars 2009 Groupe 14 – Boukhobza Elior 64 64

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