Réseaux locaux optiques passifs

Depuis des décennies, le réseau local (ou LAN) est la pierre angulaire des architectures informatiques des entreprises. Grâce à l’agrégation en cascade et aux appareils de commutation reliés par des câbles en cuivre, ces réseaux perfectionnés ont sans cesse évolué, de l’accès selon le principe du meilleur effort à la disponibilité permanente, de la connexion des ordinateurs à celle des points d’accès Wi-Fi, des caméras et des appareils IP. Ils sont également la cible de virus et de toute une série de menaces, notamment le vol de données et l’espionnage. Les limites de bande passante imposées par les câbles de cuivre nécessitent toutefois souvent une approche disruptive qui consiste à remplacer les équipements pour suivre l’évolution de la technologie. Une nouvelle architecture nommée « réseaux locaux optiques passifs » (ou POL, Passive Optical LAN) a donc été conçue pour éviter les limites de bande passante dues aux câbles de cuivre.

Elle découle des réseaux optiques passifs (ou PON, Passive Optical Networks) utilisés dans les architectures FttH (Fiber-to-the-Home ou fibre jusqu’au domicile) déployées par les fournisseurs de services de télécommunications. Les réseaux PON sont conçus pour une utilisation en intérieur, car ils permettent de réduire la taille de l’appareil final optique-électrique, appelé terminaison de réseau optique (ONT, Optical Network Termination) à celle d’un boîtier électrique AC encastré pour une installation facile. La possibilité d’alimenter des appareils PoE et d’utiliser des protocoles Ethernet avancés nécessaires à la connectivité de toute entreprise moderne représente d’autres adaptations de l’ONT. L’architecture POL correspond à celle de sa cousine des télécommunications pour tous les autres aspects.

POL utilise une terminaison de ligne optique (OLT) commune pour connecter les câbles à fibres optiques aux ONT aux points de terminaison du réseau LAN. Pour minimiser les coûts de câblage, les séparateurs optiques passifs divisent les fibres en plusieurs chemins indépendants (p. ex. 1x8, 1x16, 1x32) pour la connexion aux terminaux. Les ONT se connectent à leur tour aux téléphones, aux ordinateurs, aux écrans vidéo, aux points d’accès Wi-Fi, aux caméras, aux terminaux des bâtiments intelligents, etc.

Voir la Figure 1 pour un schéma fonctionnel d’un réseau POL typique.

Les POL modifient les chemins de connexion, mais non les points de terminaison du LAN, les connexions réseau et les services existants sont donc conservés. Aucun changement n’est apporté aux ordinateurs de bureau, aux téléphones, aux points d’accès Wi-Fi, à la surveillance de la sécurité ou aux fonctions de vidéoconférence, mais la connexion est réalisée à l’aide de câbles à fibres optiques ultrarapides au débit très élevé. L’élimination des réseaux locaux à câbles de cuivre permet de supprimer leurs équipements coûteux et à bande passante limitée, d’améliorer la sécurité en réduisant le nombre de points de vulnérabilité du réseau (accès aux équipements et gestion humaine, par exemple), diminue les dépenses totales en réduisant le coût et le poids des câbles et évite de devoir les remplacer lorsque la demande de bande passante évolue. Lorsque les terminaux changent ou si une bande passante supérieure est nécessaire, il suffit de moderniser les OLT et les ONT. En d’autres termes, il n’est jamais nécessaire de moderniser les câbles à fibres optiques.

Alimentation : talon d’Achille ou moteur du déploiement ?

Le seul souci avec les POL concerne l’alimentation des nombreux ONT. La méthode classique d’alimentation locale à partir d’une prise secteur est coûteuse et lourde. Celle-ci peut en effet coûter très cher, parfois jusqu’à 1 500 dollars. Même s’il existe déjà une prise secteur, toute personne peut y accéder et la débrancher accidentellement, ce qui peut provoquer des interruptions de service. De plus, lorsque des batteries de secours sont nécessaires, il faut une ASI encombrante pour chaque ONT protégé. Cela augmente non seulement le coût d’investissement, mais engendre également des frais d’exploitation réguliers pour l’entretien des batteries. Il était évident qu’une meilleure solution d’alimentation était nécessaire pour que les POL deviennent la solution standard pour les architectures LAN.

Les problèmes liés à l’alimentation locale ont conduit au développement d’une nouvelle solution appelée « alimentation à distance ». L’alimentation des ONT n’est pas fournie par une prise secteur locale, mais par une alimentation située dans un site central qui peut se trouver à quelques dizaines de mètres. L’alimentation est fournie par l’intermédiaire de câbles de cuivre classiques qui sont raccordés aux ONT. Ils peuvent être installés derrière les murs, ce qui permet de résoudre le problème de déconnexion accidentelle.

Il existe trois exigences électriques fondamentales pour un réseau d’alimentation à distance. Tout d’abord, elle doit fournir une puissance suffisante pour alimenter les ONT. Une ONT à 4 ports fournissant une alimentation électrique par câble Ethernet (PoE) aux appareils en aval consomme 60 à 70 watts. Deuxièmement, la tension doit être d’au moins -50 VDC sur les ONT pour fournir une alimentation PoE+ aux appareils en aval. Troisièmement, le réseau électrique doit respecter les exigences du National Electrical Code™.

L’article 725 du NEC définit un type spécial de circuits d’alimentation à distance appelés circuits de classe 2. Pour garantir la sécurité et la prévention des incendies, ces circuits sont limités à une puissance maximale de 100 W et une tension maximale de 60 VDC. De plus, ils doivent atteindre la limite de 100 W même si le circuit de protection primaire ne fonctionne pas correctement. La conformité à la classe 2 procure d’énormes avantages en matière d’installation, car ils peuvent être déployés sur des câbles de cuivre classiques, une gaine ou la certification par des électriciens agréés ne sont pas nécessaires.

Fonctionnement

La source d’alimentation d’un réseau d’alimentation à distance est un redresseur -48 VDC et une installation de batteries. Il s’agit souvent du même équipement que celui utilisé pour alimenter les OLT et l’équipement réseau. Pour allonger la portée, l’installation -48 V est reliée à un convertisseur DC-DC spécial qui élève la tension à une sortie -57 VDC constante et est à son tour relié aux câbles.

Les convertisseurs DC-DC sont spéciaux en raison de la fonction intégrée de limitation du courant actif qui limite la puissance à un maximum de 100 W par circuit. Le niveau de tension -57 VDC respecte les exigences de la tension NEC, est supérieur aux exigences de -50 VDC pour PoE+ sur les ONT et il est suffisant pour remédier à la chute de tension dans les câbles de cuivre qui permet aux circuits d’atteindre les ONT à la périphérie du réseau. Par exemple, un câble de 18 AWG peut alimenter les ONT à une distance pouvant atteindre 90 à 120 mètres de la source d’alimentation.

Le réseau d’alimentation à distance est représenté sur la figure 2.

La conception de l’architecture de l’alimentation dépend du site. L’agencement général de celui-ci, la disponibilité de l’espace pour la colonne montante et les installations de distribution intermédiaire ainsi que le nombre et l’emplacement des ONT sont des facteurs qui sont pris en compte lors de la conception. Il existe deux architectures principales pour déployer les réseaux POL avec alimentation à distance. Dans l’architecture d’alimentation à distance distribuée, l’alimentation AC est fournie à l’équipement d’alimentation situé sur certains étages de l’installation par l’intermédiaire de la colonne montante. Dans l’architecture d’alimentation à distance centralisée, l’équipement d’alimentation et les batteries -48 VDC sont regroupés dans un emplacement central qui se trouve souvent au premier étage ou au sous-sol. Les câbles transportent l’alimentation DC vers les convertisseurs DC-DC placés dans les étages. Dans les deux cas, les câbles de cuivre sont déployés le long des fibres vers chaque ONT.

Conclusion

Les POL représentent une solution à fibres optiques évolutive pour les réseaux locaux pour lesquels la demande de bande passante augmente sans cesse, que ce soit dans les bâtiments ou sur les campus. Si la demande de bande passante augmente par la suite, passe de 1 à 10 gigabits, par exemple, seule l’électronique des points de terminaison (OLT et ONT) doit être remplacée. L’infrastructure à fibres optiques reste inchangée. De même, les câbles de cuivre utilisés dans les réseaux d’alimentation à distance sont un investissement unique. La méthode d’alimentation à distance réduit les coûts totaux d’installation, améliore la fiabilité grâce à des batteries de secours centralisées et permet de respecter le NEC. La combinaison de fibres et câbles de représente la solution parfaite pour déployer les LAN.