Avec plus de deux décennies d'histoire derrière elle, la norme DOCSIS continue d'insuffler une nouvelle vie à l'industrie du câble grâce à sa capacité à suivre le rythme de l'évolution technologique. Cependant, comme les FAI sont confrontés au défi de la gestion des CPE qui gèrent le trafic basé sur DOCSIS, les solutions de provisionnement DOCSIS doivent leur venir en aide.
Data Over Cable Service Interface Specifications (abrégé en DOCSIS) est une norme de télécommunications mondialement reconnue qui permet le transfert de données à grande largeur de bande via les systèmes de câbles coaxiaux existants, utilisés à l'origine pour la transmission de signaux de programmes de télévision par câble (CATVS). La norme en est aujourd'hui à sa troisième génération, et les perspectives d'avenir du marché restent prometteuses.
Avec l'essor de l'internet à haut débit par fibre optique, les réseaux câblés ont commencé à perdre progressivement du terrain. Mais cette menace concurrentielle, aussi forte soit-elle, n'a pas entraîné la disparition d'une technologie bien fondée mais nettement plus ancienne. C'est la norme DOCSIS qui s'est avérée être le tremplin dont la technologie du câble coaxial avait besoin pour rester dans la course et permettre un accès à l'internet toujours plus rapide tout en évitant la tâche herculéenne (et extrêmement coûteuse) de remplacer l'ensemble de l'infrastructure physique du réseau.
Ainsi, parallèlement à l'évolution rapide de la technologie de transfert de données, DOCSIS a connu de nombreuses améliorations et modifications depuis sa création en 1997. Faisons un bref survol de la longue histoire de cette solution persistante et durable.
Tout a commencé en mars 1997 avec l'introduction de la spécification DOCSIS 1.0. Consacrée à la mise en œuvre des services typiques liés à l'accès à l'internet, la version D1.0 permettait d'obtenir une bande passante allant jusqu'à 40 Mbps dans le canal descendant et environ 10 Mbps dans le canal ascendant. Bientôt mise à niveau vers la version D1.1 (avril 1999), elle a conservé les mêmes débits tout en devenant une base de longue date pour la mise en œuvre de services de voix sur IP pour les abonnés à la télévision par câble. La norme, complétée par des éléments de QoS (Quality of Service), a commencé à répondre aux exigences de sécurité étendues pour la transmission de données DES 56, y compris l'utilisation du filtrage et du cryptage de la transmission.
En janvier 2002, une autre version de la spécification DOCSIS 2.0 a été publiée, offrant une largeur de bande de transport plus symétrique (en aval et en amont), en réponse à la demande accrue de largeur de bande du réseau de la part des fabricants. Les vitesses maximales atteintes dans cette version étaient donc les suivantes : 40 Mbps en download et jusqu'à 30 Mbps en upload. Cela a été rendu possible par la mise à disposition d'une bande plus large dans la direction amont (par exemple, des canaux de 6,4 MHz) et par la mise en œuvre de schémas de modulation plus efficaces.
Pour relever le défi de l'optimisation de la vitesse, la spécification DOCSIS 3.0 a été introduite en 2006 pour permettre de combiner les canaux en aval et en amont (channel bonding), la multidiffusion IP, la fonctionnalité IPv6 et le cryptage AES. La spécification 3.0 permet de connecter des canaux de 6 ou 8 MHz dans le sens descendant, ce qui permet d'atteindre des vitesses allant jusqu'à 340 Mb/s (DOCSIS) et 440 Mb/s (EuroDOCSIS). Dans la direction amont, la vitesse possible est d'environ 120 Mbps. Depuis sa publication, D3.0 est devenu la technologie de base des opérateurs travaillant dans les réseaux HFC.
En parlant de HFC, il est important de mentionner que la mise en œuvre de la norme DOCSIS et ses modifications ultérieures ont agi comme un catalyseur pour le développement de la technologie HFC qui continue à jouer un rôle important sur le marché et dans l'industrie des télécommunications. La topologie du réseau HFC (Hybrid Fiber-Coax) consiste en une infrastructure de câbles coaxiaux connectés à un nœud optique qui assure la conversion électrique-optique. Les nœuds optiques, reliés à un site central par fibre optique, alimentent généralement un amplificateur connecté au câble coaxial. L'emplacement central est appelé CMTS (Cable Modem Termination System) et constitue une plaque tournante pour les modems connectés à un réseau HFC distribué.
L'introduction de DOCSIS 3.1 en 2013 a permis la mise en œuvre de services GigabitEthernet dans les réseaux HFC existants tout en répondant au défi posé par les réseaux d'accès en fibre optique. La technologie D3.1 introduit une nouvelle génération de couche physique (PHY), qui intègre les mécanismes OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) et FEC (Forward Error Correction). Cette combinaison augmente l'efficacité de 50 % dans le sens descendant et de 66 % dans le sens ascendant, grâce à l'utilisation d'une modulation améliorée de 1024QAM à un maximum de 4096QAM. La version 3.1 utilise également la largeur de bande disponible d'autres manières. Les largeurs de canal de 6 ou 8 MHz des itérations précédentes ont été remplacées par des sous-porteuses OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) plus étroites (25 kHz ou 50 kHz de large) qui, combinées, forment un spectre de blocs d'une largeur de 200 MHz. Il en résulte une largeur de bande échelonnée de 1 ou 2 Gbit/s en amont et de 10 Gbit/s en aval.
Le développement de normes distinctes pour les États-Unis et l'Europe dans le cas des versions antérieures à D3.1 était nécessaire en raison de certaines différences significatives entre les deux systèmes : alors que la télévision par câble européenne est conforme au système PAL (phase alternating line) ou SECAM (séquentiel couleur à mémoire), les États-Unis ont d'abord adopté le système de diffusion analogique en couleur NTSC (National Television System Committee). Ces deux systèmes fonctionnent dans des canaux de radiofréquence (RF) différents (6 MHz aux États-Unis et 8 MHz en Europe), ce qui a des conséquences sur la largeur de bande des canaux : dans les architectures EuroDOCSIS, 8 MHz permet d'attribuer une plus grande largeur de bande au chemin de données orienté vers l'utilisateur (en aval).
En outre, EuroDOCSIS et son équivalent américain diffèrent sur un autre aspect essentiel : le plan de fréquences concernant le chemin en aval. Les modems conformes à EuroDOCSIS mettent en œuvre un plan de fréquences unique mais flexible, avec des fréquences centrales commençant à 112 MHz et allant jusqu'à 858 MHz, mais avec de petits sauts de fréquence de 250 kHz. DOCSIS, quant à lui, prend en charge trois plans de fréquences : HRC/IRC/STD. Leurs fréquences centrales culminent à 867 MHz mais nécessitent des sauts de fréquence de seulement 6 MHz.
Il devrait être évident que le DOCSIS reste une norme bien établie et populaire dans le monde entier. Face à cela, ce que les fournisseurs d'accès à l'internet peuvent considérer comme une menace n'est pas l'avenir de la technologie elle-même (nous aborderons cette question plus loin dans l'article), mais plutôt la multiplicité des modems câble et des dispositifs d'abonné dans l'ensemble de l'industrie. Selon des estimations approximatives, il existe entre 5 000 et 8 000 modèles de CPE compatibles avec différentes versions de la norme et provenant de plusieurs fabricants. Il ne fait donc aucun doute que la gestion d'un tel ensemble d'appareils souvent disparates et incompatibles sans une solution complète de gestion d'appareils représente un énorme défi pour les petites entreprises ainsi que pour les opérateurs avec des déploiements de plusieurs millions.
AVSystem est l'un des rares fournisseurs de logiciels de gestion d'appareils qui se consacre à la résolution du problème de la gestion fiable des appareils DOCSIS existants et de leur intégration uniforme avec d'autres technologies d'accès. Sa solution - Unified Management Platform - offre une prise en charge complète des protocoles D1.0/1.1, D2.0, D3.1 ou PacketCable 2.0, ainsi que de leurs extensions de sécurité, et fournit un mécanisme flexible pour la découverte automatique de nouveaux CPE. Les dispositifs DOCSIS déjà fournis sont gérés et surveillés via un protocole de gestion (par exemple : SNMP, TR-069, Telnet/SSH ou autres) pour permettre des opérations supplémentaires telles que des mises à jour de microprogrammes, des redémarrages et des fonctionnalités de surveillance plus avancées. Une version de l'UMP basée sur le cloud, Cloud ACS, est également disponible pour les déploiements de plus petite taille.
Malgré les rumeurs sur la fin apparemment imminente de DOCSIS qui se répandent depuis plus de 20 ans, CableLabs a récemment annoncé qu'elle avait fini de travailler sur la spécification D4.0. La solution peut désormais se targuer de pouvoir supporter des vitesses allant jusqu'à 10 Gbit/s et est conçue pour permettre des vitesses de transfert de données en amont allant jusqu'à 6 Gbit/s. Pour l'essentiel, ce type de performance est presque identique à celui des solutions à fibre optique, apparemment plus rapides, disponibles sur le marché grand public. La spécification DOCSIS 4.0 a donc pour but d'assurer la pérennité de la technologie des réseaux HFC et de stimuler le développement de l'ensemble de l'industrie du câble. Les premières infrastructures conformes à la norme D4.0 devraient apparaître aux alentours de 2022. Comme nous pouvons le constater, la technologie Data Over Cable Service Interface Specifications ne dépose pas les armes ; au contraire, il semble qu'avec une nouvelle vie apportée au HFC, l'industrie mène une nouvelle guerre pour combattre la fibre par... la fibre.