histoire des telecommunications petite histoire du telephone

HISTOIRE DES TELECOMMUNICATIONS
PETITE HISTOIRE DU TELEPHONE
Par :
Michèle Germain http://comxper.free.fr
Dessins :
Laurent Germain http://dessin.laurent.free.fr/
Photos :
Michèle Germain
1 / 15
1.
LES DEBUTS
1.1.
LA PREHISTOIRE
Depuis que l’homme est homme, il a
recherché des moyens pour communiquer avec ses semblables. C’est
sans doute pour cette raison que
l’homme a développé un langage très
évolué qui lui permet d’échanger avec
ses semblables pensées profondes et
banalités.
Bien vite est apparue la nécessité de
communiquer avec d’autres hommes
qui ne sont pas à portée de voix et de
là est née la notion de télécommunication. Les débuts furent très frustes,
mais les signaux de fumée des
indiens et le tam-tam des tribus
africaines sont les prémices des
télécommunications. D’autres petits
futés utilisaient des signaux optiques ou faisaient parvenir leurs messages par pigeon
voyageur.
Pendant très longtemps, le vecteur de communication fut le cheval par courrier spécial
ou postal. Un courrier classique parti de Paris mettait huit jours pour parvenir à
Strasbourg.
1.2.
LE SEMAPHORE
Il faudra attendre 1791 et le sémaphore de
Claude Chappe (1763-1805) pour voir se
développer
un
réseau
organisé de
communication.
Le
sémaphore
était
supporté par une tour et se composait de
deux bras pouvant prendre sept positions
et reliés par une barre pouvant elle-même
prendre quatre positions, donnant donc
une capacité de 7x7x4=196 signaux de
signification convenue. Les sémaphores
étaient construits sur des points hauts
distants d’environ 15 kilomètres. Les
signaux émis depuis un sémaphore étaient
relayés de site en site jusqu’à leur
destinataire. La détection à distance se
faisait au moyen de longues-vues, rendue
possible par les progrès récents de
l’optique. Bien sûr, ceci supposait qu’il
fasse jour et que le temps soit clair. La
transmission d’un symbole entre Paris et
Strasbourg ne mettait plus que 6 minutes,
via 44 sites. La durée de transmission du message était bien sûr fonction de sa
longueur. En 1844, le réseau de sémaphores couvrait 5 000 km au moyen de 533
stations.
Le gros inconvénient du sémaphore était son manque de confidentialité car
évidemment, quiconque muni d’une longue-vue pouvait à son aise intercepter les
messages. On vit donc apparaître une nouvelle technique : la cryptologie. Le code était
défini par une phrase d’un livre détenu par l’émetteur et le destinataire.
2 / 15
1.3.
LES TEMPS MODERNES
En 1838 Samuel Morse (1791-1872) exploita l’électromagnétisme pour développer le
télégraphe et transmettre des messages codés par un alphabet de son invention
composé de traits et de points. Il réalisa en 1844 la première liaison radioélectrique
entre Washington et Baltimore. La liaison Paris - Strasbourg n’était plus qu’une
question de secondes. A partir de cette invention, des réseaux de fils commencèrent à
se déployer un peu partout. La rapidité de transfert de l’information fut un des
facteurs essentiels de la révolution industrielle. Malgré tout, l’invention de Morse eut
du mal à s’implanter en France et à
détrôner
le
bon
vieux
réseau
sémaphore.
L’invention de Morse permettait de
transmettre des données, mais pas
encore de la phonie. Il fallut attendre
1876 et Graham Bell pour peaufiner
l’invention de Morse afin de transporter
la phonie sous forme de signaux BF.
Pour ce faire, il découvrit qu’on pouvait
moduler le signal au moyen des
déplacements d’une membrane et faire
l’opération inverse à l’autre bout. Le
téléphone était né… les habitudes des
particuliers et des entreprises seront
dès lors profondément et définitivement modifiées.
2.
LE TELEPHONE
2.1.
COMMENT ÇA MARCHE ? C’EST ENFANTIN !
Le demandeur indique à son central de rattachement le numéro
d’appel de l’usager qu’il souhaite joindre. Le commutateur du
central va relier la ligne du demandeur à celle du demandé.
Comme il n’est pas question de relier ainsi tous les usagers deux
à deux, les communications transitent par des lignes allouées
dynamiquement qui sont connectées aux lignes des usagers
demandeur et demandé et le cas échéant à des lignes
intermédiaires par des centres de transit. Ainsi si demandeur et
demandé ne sont pas rattachés au même central, le central
demandeur va passer la main à un centre de transit régional.
Le principe est toujours le même : abouter deux lignes, comme ici dans une matrice de
commutation :
Lignes sortantes
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
Lignes entrantes
E1
E2
E3
E4
E5
La mise en relation de E3 avec S2 et de E2 avec S6 se
fait en connectant électriquement les deux lignes.
3 / 15
Les lignes sont alimentées en -48 volts et supportent également un courant
50 Hz/80 V pour la sonnerie.
2.2.
L’EPOQUE DES DEMOISELLES DU TELEPHONE
Dans un premier temps, les connections se font en enfichant des prises (jacks) à la
jonction des lignes à raccorder. Les centraux employaient pour cela les fameuses
« demoiselles du téléphone ». La petite histoire raconte que les jeunes filles
(célibataires et de très haute moralité) étaient préférées aux hommes car moins
enclines que ceux-ci à envoyer promener les usagers râleurs.
L’usager avait un poste téléphonique parfois beau, souvent
en bois massif. La signalisation était des plus frustres. Du
côté du demandeur, une manivelle commandait un
générateur de courant alternatif qui produisait le courant
d’appel de l’opératrice. Du côté du demandé, l’opératrice
appuyait sur un bouton pour envoyer un courant alternatif
qui excitait une sonnerie. L’envoi du numéro se faisait de la
façon la plus rudimentaire qui soit : en le disant à
l’opératrice, laquelle le répétait à l’opératrice suivante et
ainsi de proche en proche jusqu’au central du destinataire.
Assez tôt on différencia les fonctions émission et réception
en utilisant un microphone et un écouteur. La
communication s’effectuait sur deux fils et bientôt on inséra
une bobine d’induction pour amplifier le signal émis et
réduire l’effet local du microphone (c'est-à-dire, faire en
sorte que celui qui parle ne s’entende pas dans l’écouteur).
2.3.
L’AUTOMATIQUE
Bien vite les commutateurs se perfectionnèrent, s’automatisèrent et prirent le nom
d’autocommutateurs. Les demoiselles du téléphone entrèrent dans la légende.
Le premier autocommutateur automatique fut le Strowger inventé en 1889 par un
entrepreneur de pompes funèbres du même nom (les voies des télécoms sont parfois
impénétrables), las de voir l’opératrice diriger tous les appels vers son concurrent qui
était par ailleurs le mari de ladite opératrice. Le sélecteur de ligne était commandé par
les impulsions reçues du clavier. Celles-ci commandaient un double mouvement
d’ascension et de rotation autour d’un axe vertical. Le Strowger s’améliora pour
donner le Rotary, caractérisé par l’introduction d’un enregistreur qui stockait tout le
numéro composé avant de sélectionner la ligne sortante. En France, le premier Rotary
fut installé en 1928 et le dernier démonté en 1984.
Les systèmes rotatifs, en perpétuel mouvement, étaient promis à une usure rapide. Il
fallut donc inventer des installations un peu plus statiques et c’est en 1917 que le
Suédois Betulander déposa le brevet du Crossbar dont la période de gloire commença
à l’aube de la seconde guerre mondiale. Le Crossbar utilisait des barres verticales et
horizontales, associées aux lignes entrantes et sortantes. Le contact était établi au
moyen d’un relais électromagnétique (d’où le nom de central électromagnétique
également donné au Crossbar). En France les Crossbars se multiplièrent à partir de
1957 avec notamment le Pentaconta de CGCT et le CP 400 d’Ericsson.
La signalisation était transportée voie par voie sur la ligne elle-même par changements
d’état ou impulsions. La numérotation se faisait par impulsions et plus tard par
fréquences vocales (code SOCOTEL).
Le poste téléphonique des débuts ne subit que très peu de changement jusqu’au
début des années 80 (du 20° siècle, bien sûr). La seule modification notable fut le
cadran qui fit son apparition en France en 1913 avec les premiers centraux
automatiques.
4 / 15
Le poste type de l’époque est le S63. Le décroché
ferme la ligne et alimente le poste en -48V. Le
cadran circulaire ferme et ouvre la ligne un nombre
de fois égal au chiffre composé, envoyant ainsi sur
la ligne une série d’impulsions calibrées à 100 ms :
1 impulsion pour « 1 », 2 impulsions pour « 2 », etc.
jusqu’à 10 pour « 0 ».
L’envoi de la numérotation était donc assez longue,
d’autant plus que le numéro contenait des chiffres
de rang élevé. La numérotation DTMF en fréquences
vocales (audibles) selon la recommandation Q23 de
l’ITU fut alors introduite, afin d’optimiser les phases
de numérotation. Le cadran fut alors remplacé par
un clavier.
2.4.
Téléphone en or d’Atatürk (Musée du
mausolée d’Atatürk – Ankara).
LE TELEX
Les premiers réseaux Télex virent le jour vers 1930. Ils permettaient enfin de
communiquer des messages au moyen de l’alphabet standard et non en Morse. En
France, le réseau Télex fut inauguré en 1946 par le Général de Gaulle.
La transmission se faisait avec une vitesse de 45,5 bits/s. Pour minimiser le temps de
connexion et optimiser la transmission, le message était préalablement saisi sur ruban
perforé et introduit sous cette forme sur le téléscripteur.
Bien que très peu utilisés, les réseaux Télex sont encore opérationnels.
2.5.
LA REVOLUTION NUMERIQUE
Dès les années 1970, le réseau téléphonique analogique français fut incapable de
supporter les besoins grandissants de la population et des entreprises. Les mauvaises
langues disaient que la moitié des français attendait le téléphone, et l’autre moitié… la
tonalité !
Le réseau allait alors se développer de manière spectaculaire sur la base des
technologies les plus récentes, mettant la France devant les autres pays en matière de
téléphonie. Le miracle qui s’accomplit en quelques années fut essentiellement dû aux
technologies numériques.
Si l’invention de la transmission par impulsions codées, le MIC (Modulation par
Impulsions Codées), remonte à 1938, sa mise en œuvre dut attendre le développement
de l’informatique et la technologie des transistors.
Sous sa forme brute, telle qu’elle sortait du microphone de Monsieur Bell, la voix se
présente sous la forme d’un signal analogique dont l’amplitude instantanée donne le
« volume » de la parole. Ce signal se décompose en signaux de fréquences
élémentaires dont l’addition donne le timbre de la voix. C’est ce signal qui est
numérisé selon un échantillonnage du signal. Pour obtenir une qualité correcte de la
phonie (qualité téléphonique standard), il faut être capable de transmettre les
fréquences de 300 à jusqu’à 3400 Hz (bande passante). Le théorème de NyquistShannon démontre que pour obtenir une bande passante donnée, la fréquence
d’échantillonnage du signal doit être double. Ainsi, pour obtenir un signal
téléphonique correct, il faudra échantillonner 2*3400 (arrondi à 8000) fois par
seconde. Chaque échantillon est codé sur 8 bits. Le débit obtenu est donc 8*8000 =
64 kbits/s. Ce codage est décrit par le standard G711 de l’ITU.
5 / 15
Signal analogique
Signal échantillonné
125 µs
La parole numérisée utilise des lignes MIC à 2 Mbits/s qui multiplexent 30
communications simultanées. Une 31° voie est réservée à la signalisation, relative tour
à tour à chaque voie de parole (signalisation voie par voie). La 32° voie est réservée à la
synchronisation. La signalisation est encore frustre, véhiculée par quelques digits et la
numérotation reste acheminée en multifréquences SOCOTEL.
2.6.
LE SATELLITE
La pose de câbles sous marins était – et est toujours – une opération coûteuse. Or, les
années 1950 furent celles de la conquête de l’espace et bien vite s’imposa une
évidence : s’il était difficile de faire passer les communications par en bas, on pouvait
les faire passer par en haut.
C’est en 1962 à Pleumeur-Bodou qu’eut lieu la première liaison transatlantique par
satellite.
Depuis ces débuts, les liaisons par satellite ne
cessèrent de se développer pour le transport des
communications téléphoniques bien sûr, mais aussi
pour les programmes de radiodiffusion et télévision. Le
premier satellite de la gamme TELECOM 1 fut lancé en
1984.
Outre leur rôle de liaison inter centraux, les satellites supportent également des
services de communication point à point. Il existe à ce jour trois grands réseaux de
téléphonie par satellite :
INMARSAT, ouvert en 1979 qui utilise une constellation de 11 satellites moyenne
orbite pour une couverture totale du globe
IRIDIUM, ouvert en 1988 qui utilise une constellation de 66 satellites basse orbite
pou une couverture totale du globe
THURAYA, le petit dernier, ouvert en 1997 qui couvre l’Asie et l’Europe au moyen
de deux satellites géostationnaires.
3.
L’INTEGRATION DES SERVICES
3.1.
TRANSPAC
Nous sommes dans les années 1970. Le développement des communications passait
également par la transmission de données. En 1976, l’ITU ratifiait le standard X25 qui
définit l’échange de données sous forme de paquets entre un terminal (ETTD) et un
serveur (ETCD) sur les trois couches basses du modèle OSI.
6 / 15
C’est sur ce standard que fut développé le réseau français TRANSPAC, ouvert en 1979,
et le plus grand réseau de ce type dans le monde. TRANSPAC est toujours opérationnel
bien que peu à peu délaissé au profit des réseaux IP.
3.2.
LES SIGNALISATIONS SEMAPHORES
Non, Chappe n’est pas de retour ! Mais les signalisations voie par voie avaient atteint
leurs limites et le public était demandeur de nouveaux services : identification de
l’appelant, renvoi d’appel, indication d’appel en instance, sélection directe en arrivée,
etc. Il fallait pour cela des signalisations plus puissantes, donc plus bavardes. On peut
remarquer que les informations de service (la signalisation) échangées pendant une
communication sont peu nombreuses et ne nécessitent pas une voie en continu, d’où
l’idée de communiquer par un message paquet émis à bon escient sur la voie réservée
à la signalisation.
Les signalisations voie par voie et à code multifréquences sont progressivement
abandonnées au profit des signalisations sémaphores SS7 et RNIS. Les deux sont
issues de l’ITU. La Signalisation Sémaphore 7 (SS7) est utilisée entre centraux du
réseau public. Le RNIS concerne les raccordements d’abonnés. La variante QSIG du
RNIS est dédiée à l’interconnexion d’installations privées (PABX).
3.3.
LE RNIS
Le Réseau Numérique à Intégration de Services (RNIS) est né en 1984, mais c’est au
milieu des années 90 qu’il a connu son plein déploiement.
Le RNIS prévoit deux types d’accès :
L’accès de base : 2B+D à 144 kbits/s avec deux canaux (B) pour voix et données
et un canal de signalisation sémaphore (D) à 16 kbits/s. Ce type d’accès se
trouve chez les particuliers ou pour le raccordement de petits PABX.
L’accès primaire : 30B+D à 2 Mbits/s avec 30 canaux (B) pour voix et donnée et
un canal de signalisation sémaphore (D) à 32 bits/s (le 32° canal est utilisé pour
la synchronisation).
Sur un même support, le RNIS fédère des communications de phonie, fax, visiophonie
et bien sûr des transmissions de données en mode circuit ou en mode paquet.
Le RNIS mettait à disposition du grand public des services jusqu’ici réservés aux PABX,
comme le renvoi et l’indication d’appel en instance. Une nouvelle fonctionnalité voyait
le jour : la mobilité (portabilité hors et en communication) permettant au terminal de
garder ses caractéristiques – et donc son numéro d’abonné – quelque soit la prise sur
laquelle il se connecte.
Un changement notable intervient au niveau de l’alimentation électrique. Des études
médicales avaient montré que des tensions de 48 V représentaient un danger pour
l’être humain, fixant le seuil de dangerosité à 42 V. Qu’à cela ne tienne, on adopta
pour le RNIS une alimentation de -40 V (± 2V, ce qui donne une limite supérieure de
42 V). Voilà qui est pour nous rassurer !
Les débuts du RNIS furent assez cacophoniques, le standard ITU étant très large et
avec beaucoup d’options. Ainsi chaque pays n’avait-il implémenté qu’un sousensemble du RNIS ITU, conduisant à des RNIS nationaux pas toujours compatibles
entre eux. C’est plus tard, vers 1990, que l’ETSI définit un Euro-RNIS interopérable au
niveau européen.
7 / 15
4.
LES TERMINAUX ET LES SERVICES
4.1.
LE POSTE TELEPHONIQUE
Analogique ou RNIS, le téléphone évoluait aussi de son
côté. Au début des années 1980, il devint d’abord
électronique, intégrant quelques fonctions locales,
notamment un répertoire, l’écoute amplifiée et la prise
de ligne sans décroché. La bonne vieille sonnerie était
remplacée par un buzzer plus mélodieux ( ?) multi
mélodies.
Un peu plus tard, le téléphone chercha à se débarrasser de son fil, du moins celui du
combiné. Apparurent les premiers postes sans fil analogiques au standard CT0 qui
fonctionnaient en modulation de fréquence autour de
70 MHz. Mais le développement du sans-fil ne démarra
vraiment qu’avec la technologie numérique DECT
(Digital Enhanded Cordless Telephone) qui utilise la
gamme de fréquences 1 880-1 900 MHz. Il définit 10
porteuses (FDMA), chacune étant multiplexée en 12
intervalles de temps (TDMA). Pour gagner de la bande
passante, la voix n’est pas codée en G711 comme sur
les lignes filaires, mais en ADPCM à 32 Mbits/s (G726).
Aujourd’hui la plupart des téléphones grand public sont
sans fil DECT, intègrent répertoires et répondeur ;
certains peuvent supporter plusieurs combinés sur une
même base avec des fonctions d’interphonie.
4.2.
LE MINITEL
Dès 1981, les foyers français furent peu à peu envahis par une petite bête qui allait
bien changer les mentalités : le Minitel !
Initialement, le MINITEL avait été conçu pour sa fonction de terminal de l’annuaire
électronique qui devait remplacer l’annuaire papier dont l’édition représentait un coût
important pour l’Administration des PTT. Peu à peu d’autres pourvoyeurs de services
s’emparèrent du Minitel et les Français composaient les numéros 3611, 3615 et autres
36xx pour rechercher un numéro de téléphone, consulter les horaires des trains ou
leur compte en banque, s’inscrire en faculté et glaner tout type de renseignement. On
vit aussi apparaître des sites de « chat » et des messageries roses. Le « réflexe
Internet » était né… ne restait qu’à inventer l’Internet, ce qui n’allait pas tarder.
Le Minitel était un simple terminal passif, sans intelligence locale. Les transactions
s’appuyaient sur le réseau TRANSPAC. Une nouvelle norme vit le jour, le VIDEOTEX,
dont la particularité était un débit asymétrique : 75 bits/s en émission et 1200 bits/s
en réception. Évidemment, avec des débits pareils, l’affichage d’une page était loin
d’être instantané.
Le Minitel fut d’abord en noir et blanc avant de se coloriser. Les premiers avaient un
clavier avec des touches dans l’ordre alphabétique, déroutant pour ceux qui avaient
l’habitude des machines à écrire et des terminaux informatiques, et pas plus
ergonomique pour les autres. Ce clavier fut rapidement remplacé par un clavier
AZERTY.
4.3.
LE VISIOPHONE
Le premier visiophone français fut conçu par le CNET en 1972 et construit par MATRA.
Il se composait d’un tube cathodique noir et blanc de la taille d’une demi feuille de
papier A4 et long de près de 50 cm. L’ensemble était intégré dans une coque orangée,
la couleur à la mode des années 70. Il resta à l’état de prototype.
8 / 15
Une nouvelle tentative eut lieu dans la seconde partie des années 1980 grâce au RNIS.
Il y eut aussi également des systèmes de visioconférence sur RNIS. Il ne fallait quand
même pas bouger trop vite. Malheureusement, le grand public ne fut pas
irrésistiblement séduit par ce mode de communication et la visiophonie continua à
piétiner jusqu’aux années 1990 qui virent l’introduction des logiciels de compression,
plus performants que les codecs utilisés jusqu’alors, et l’arrivée de la webcam.
4.4.
LA TELECOPIE
C’est en 1843 qu’un inventeur suisse déposa un brevet pour l’envoi de documents
écrits via le réseau télégraphique. Le fax était né.
Il faudra quand même attendre 1970 et les technologies numériques pour que le fax
prenne son essor. Son succès détrôna rapidement le bon vieux Télex. Tout d’abord,
l’envoi d’un fax va beaucoup plus vite que le Télex et surtout, il permet d’envoyer à
distance croquis et images.
La plupart des télécopieurs actuels sont dits de type 3 avec transmission numérique
sur réseau analogique de bonne qualité. Les fax de type 4 RNIS n’ont eu que peu de
succès.
5.
LA CONVERGENCE
5.1.
LES AUTOROUTES DE L’INFORMATION
Le concept d’autoroutes de l’information (ou inforoutes) apparut dans la seconde
moitié des années 1990. L’objectif était la mise en place d’infrastructures puissantes
au niveau planétaire, susceptibles de généraliser la diffusion de quantités
d’informations. Par analogie avec les autoroutes, ces réseaux devaient supporter des
débits importants et être susceptible de véhiculer simultanément tous types de
services, voix, données et images fixes ou animées. C’est de cette époque que date le
concept de « multimédia ».
Ces réseaux s’appuient sur différents types de couches physiques dont les
principales :
ETHERNET pour des réseaux de données jusqu’à 10 Gbits/s
Frame Relay de l’ITU qui constitue une avancée de X25
9 / 15
ATM (Asynchronous Transfer Mode).
D’autre part, la fibre optique s’est imposée en remplacement du câble pour atteindre
de très hauts débits.
L’ATM fut mis au point par le CNET dès les années 1980. Il est capable de transmettre
à la fois des données paquet et des données synchrones. L’information est véhiculée
sous forme de cellules de 53 octets transmises à la demande en fonction de la vitesse
de la source et des ressources disponibles sur un circuit de communication. De ce fait,
un même circuit peut mixer des cellules relatives à des transactions totalement
indépendantes. L’ATM se présente donc comme le mariage heureux de la commutation
de circuit pour sa simplicité et de la commutation de paquets pour sa souplesse. Il est
largement utilisé pour construire les réseaux xDSL.
5.2.
LA REVOLUTION INTERNET
Après le Minitel,
la conquête des
d’abord utilisé
rapidement sur
Internet.
c’est l’ordinateur individuel qui fit
ménages et des entreprises. Tout
en stand alone, il s’ouvrit les
le monde extérieur Intranet et
Pour le grand public, les débuts furent assez
chaotiques, les débits des modems n’offrant que de
piètres performances.
La généralisation des services en ligne et leur rapide
succès fut en grande partie due aux technologies xDSL, notamment l’ADSL et le HDSL.
Le principe est d’utiliser sur les lignes téléphoniques la partie du spectre non utilisée
par la phonie, qui occupe, nous l’avons vu, la bande 300-3400 Hz.
L’ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line) est asymétrique : les flux
montants et descendants ne disposent pas de la même bande passante. Les
performances varient selon la distance au central public et peuvent atteindre 1
Mbits/s dans le sens montant et 22 Mbits/s dans le sens descendant.
Le HDSL est symétrique et offre des débits de 2 Mbits/s dans les deux sens. On
le réserve plus spécialement aux réseaux privés.
L’ADSL est commercialisé après du public par les principaux opérateurs téléphoniques.
Fin 2003, 3 millions d’usagers étaient raccordés par l’ADSL pour atteindre 11 millions
en 2006 (contre un peu plus de 600 000 par câble).
5.3.
LA TELEPHONIE ASSISTEE PAR ORDINATEUR
Un jour, nous étions au milieu des années 1990, se produisit la rencontre du
téléphone et de l’informatique avec la Téléphonie Assistée par Ordinateur (TAO).
Quand on a un poste de travail informatique, pourquoi ne pas cliquer sur une icône
pour établir ou recevoir un appel téléphonique plutôt que de le faire depuis son
téléphone ? La TAO, associée au service audio téléphonique, fournit une variété de
services d’établissement de communications et d’accès simultanés à des données
informatiques grâce à un ordinateur. Il est ainsi possible d’afficher à l’écran la fiche du
client ou du fournisseur qui appelle. La coordination se fait au moyen de protocoles
tels TAPI et CSTA.
5.4.
LA TELEPHONIE SUR IP
Qu’est-ce qu’un fichier de données ? C’est une succession de 1 et de 0…
Qu’est-ce que de la phonie numérisée ? C’est aussi une succession de 1 et de
0…
10 / 15
Un dernier pas restait à franchir dans la convergence voix et données. C’est grâce à
l’observation de cette analogie qu’il fut franchi. Il ne restait qu’à remplacer les bons
vieux réseaux téléphoniques par des réseaux de transport de données, avec quand
même quelques précautions car, comme il va être vu plus loin, les 1 et les 0 ont des
exigences quelques peu différentes selon qu’il s’agit de la voix ou de la donnée.
Dès les années 1980, des expérimentations visèrent à supprimer la bonne vieille
matrice de commutation et à bâtir un autocommutateur sur un cœur de réseau X25.
Mais l’aboutissement du processus vit le jour avec les réseaux IP et le transport de la
parole sous forme de paquets. La ToIP (Téléphonie sur IP) était devenue une réalité.
Mais pourquoi ainsi révolutionner le petit monde de la téléphonie ? La raison est que
les avantages de la ToIP sont nombreux :
La convergence des applications voix et données signifie l’enrichissement et
l’intégration des fonctionnalités
L’infrastructure est commune à la voix et à la donnée sur un câblage unique, ce
qui réduit les coûts d’infrastructure
La compression de la parole réduit la capacité de l’infrastructure, donc de
nouveau réduit des coûts d’infrastructure.
Ces multiples avantages seront développés plus avant dans cet ouvrage. Mais
auparavant, nous allons brosser un aperçu technique de la VoIP qui traite du codage
de la phonie en vue sa transmission sur IP, et de la ToIP qui définit les protocoles de
traitement d’appels téléphoniques sur IP.
La numérisation du signal : la VoIP
Nous en sommes restés à l’échantillonnage à 64 kbits/s sur les réseaux téléphoniques.
Rapidement, ce codage s’est avéré trop « gourmand » en bande passante et des
techniques de compression de données se sont développées comme l’ADPCM. Elles
sont essentiellement basées sur des codages différentiels et des transformations de
Fourier. D’autre techniques, dites de « vocodage », sont également apparues, basées
sur la spécificité de la voix. Les vocodeurs de la famille CELP ont des performances de
9,6 kbits/s à 4,8 kbits/s. De nouvelles générations, R-CELP, IMBE (4,4 kbits/s) et AMBE
(4,8 ou 2,4 kbits/s) diminuent encore le débit. Les vocodeurs du GSM débitent 13
kbits/s.
La compression de la phonie repose sur plusieurs constatations :
Dans toute conversation il y a des « blancs » qui ne transportent aucune
information. Ils sont donc éliminés. Ceux-ci représentent statistiquement 15%
dans un monologue, 20% dans une conversation à 2.
Tout dans la parole n’est pas utile. La voix émet des signaux à des fréquences
qui ne sont pas perçues par l’oreille. Il est donc inutile de les transmettre.
Certaines fréquences sont occultées par un signal utilisant une fréquence
voisine. Il est donc inutile de transmettre ces fréquences masquées.
L’analyse de la voix permet de la décomposer en phonèmes. Ceux-ci jouent un rôle
plus ou moins important dans la restitution de la parole. Les phonèmes non
importants sont éliminés. Le codage des phonèmes restants tient compte de leur
importance afin de privilégier ceux qui sont indispensables à la compréhension et à la
caractérisation de la parole.
11 / 15
Le revers de la médaille est que les vocodeurs, basés sur la reconnaissance de la voix,
donnent de mauvais résultat pour transmettre de la musique, voire les tonalités
téléphoniques.
La VoIP utilise généralement le codage CELP G729 (8 kbits/s) qui constitue un bon
compromis entre la fidélité du son et le débit. Les codages plus performants sont
plutôt utilisés en radiocommunication où la largeur canal, directement liée au débit,
est un facteur critique.
Les contraintes de la voix sur IP
La voix ainsi numérisée est mise en paquets et en trames afin d’être transmise sur le
média. C’est à ce point que la VoIP se différencie de la donnée.
En transmission de données sur IP, les paquets peuvent attendre ou suivre des
chemins différents. Ils arrivent avec plus ou moins de retard et plus ou moins dans le
désordre. Ce n’est pas grave, les couches supérieures remettent tout ceci en ordre
pour reconstituer le message d’origine. Par contre, il est essentiel que les paquets
arrivent sans erreurs et il faut veiller à ne pas en perdre en route, sous peine de
fausser la signification du message reçu. La transmission de données met donc en jeu
des mécanismes de contrôle d’intégrité et de réémission de paquets pour palier les
erreurs de transmission.
En téléphonie, c’est tout le contraire. Il s’agit d’assurer un service temps réel et
interactif. Le délai de transmission doit être minimal et stable (la variation du délai
s’appelle la « jitte ») et les paquets doivent arriver dans l’ordre. Tout le monde connaît
l’agacement dû au délai de transmission sur les communications par satellite ; si ceci
est toléré sur des communications longue distance, c’est absolument inacceptable
pour la téléphonie courante. Dans la pratique, une conversation est satisfaisante si le
délai reste inférieur à 400 ms, la valeur recommandée étant 150 ms.
En contrepartie, la téléphonie est moins stricte que la transmission de données sur
l’intégrité du message. Une trame erronée ou perdue ne nuit pas à la compréhension
de la communication, par conséquent il n’est pas demandé de répétitions qui auraient
des effets négatifs sur le délai. Les paquets qui n’arrivent pas dans un délai inférieur à
une valeur donnée sont ignorés : il vaut mieux se priver d’un paquet que l’attendre.
Bien évidemment, le taux de paquets erronés doit rester globalement bas.
A l’arrivée, les paquets sont traités afin de neutraliser les anomalies de transmission.
Les protocoles de transmission horodatent les paquets transmis afin qu’ils puissent
être restitués selon la même séquence qu’à l’émission. Les paquets manquants sont
alors remplacés par du silence ou mieux, par du bruit blanc, mieux toléré par l’oreille
humaine. Certaines techniques remplacent le paquet manquant par un paquet estimé
en fonction des derniers reçus. La jitte est également traitée par bufferisation et
équalisation des paquets reçus, afin de lisser le délai de transmission. La bufferisation
introduisant à son tour un délai, il est essentiel de maintenir la jitte dans des limites
raisonnables.
Tout se complique lorsqu’un même média doit à la fois véhiculer de la voix et de la
donnée. Le transfert d’un gros fichier est susceptible d’occuper toute la bande
passante et de compromettre la transmission temps réel des communications
téléphoniques. C’est ici qu’intervient la QoS (Quality of service).
La QoS repose sur différents mécanismes :
Caractérisation et priorisation des flux afin de donner à la VoIP une priorité
d’accès au média supérieure à celle des paquets de données ;
Réservation de bande passante pour les flux temps réel ;
Contrôle d’admission (CAC) qui consiste à refuser de nouveaux appels lorsque la
charge courante du réseau atteint un seuil donné, ceci pour garantir la qualité
des communications déjà établies.
12 / 15
Une autre contrainte est celle de la sécurité. La ToIP est également vulnérable aux
attaques des réseaux IP et mérite la même protection. La menace majeure est bien
évidemment l’écoute indiscrète des communications, mais les hackers recherchent
aussi des points d’accès pour téléphoner aux frais d’autrui. Une mesure contre les
écoutes est le cryptage des communications, par exemple au moyen d’un VPN. Il existe
également des filtres d’accès qui n’autorisent les communications qu’entre
correspondants appartenant à des tranches référencées d’adresses IP. Toutefois,
certains mécanismes de sécurisation des réseaux IP doivent être pris avec précaution.
C’est notamment le cas du NAT (Network Address Translation) qui, en cachant les
adresses IP réelles des correspondants entre en conflit avec les adresses IP véhiculées
par les protocoles de traitement d’appel qui, elles, ne sont pas translatées.
Les protocoles de la ToIP
La transmission de la voix s’appuie sur UDP plutôt que TCP. La priorité première
n’étant pas l’intégrité des paquets mais la performance, UDP est de ce point de vue
mieux adapté.
Aux couches supérieures, le protocole RTP (Real Time Protocol) numérote et délivre les
paquets de phonie en temps réel, conformément à leur séquencement de départ. Il
détecte également les pertes de paquets et les répare. Il est souvent complété par
RTCP (Real Time Control Protocol) qui fournit un retour à l’émetteur sur la qualité de la
transmission. Celui-ci peut par exemple réagir en passant à un autre codage afin de
diminuer le débit nécessaire.
Des protocoles de signalisation téléphonique contrôlent au niveau applicatif le
déroulement des communications. Parmi eux, H323 est le plus ancien, issu du monde
téléphonique (ITU), pour traiter les communications simples et la visioconférence. Il est
maintenant devancé par SIP (Session Initiation Protocol) issu du monde Internet (IETF),
pour gérer des sessions multicast et unicast. SIP, qui présente l’avantage d’être
totalement indépendant des couches basses, est plus simple à implémenter que son
aîné. Les postes contrôlent eux même leur extrémité de communication et disposent
donc d’une intelligence interne de traitement interne.
A l’opposé de SIP et H232 qui sont des protocoles fonctionnels, MGCP (Media Gateway
Control Protocol), également issu de l’IETF, est un protocole de type stimulus qui ne
véhicule que des informations de très bas niveau (type décroché/raccroché, appuitouche, affichage…). L’intelligence de traitement d’appel est concentrée dans le
commutateur dont le poste est totalement esclave. MGCP permet la mise en œuvre de
davantage de services (par exemple l’émission d’une annonce parlée contextuelle au
décroché, au lieu de la tonalité). Les deux types de protocoles ne sont pas
antinomiques, un cœur de réseau SIP pouvant très bien supporter des terminaux
MGCP.
13 / 15
5.5.
LES APPORTS DE LA TELEPHONIE SUR IP
La téléphonie sur IP n’est pas simplement l’émulation sur IP du téléphone de grandpapa. C’est aussi l’intégration de nombreux services, aboutissement de l’intégration
qui avait été réalisée en son temps par le RNIS :
- service téléphonique de base ;
- applications de messagerie unifiée avec intégration de la messagerie vocale,
du fax et du mail, sur support voix ou données grâce à des moyens de
synthétisation et de reconnaissance de la parole (Text to Speech, Speech to
Text) ;
- applications de centre d’appel avec routage applicatif et montée de fiches ;
- intégration de services annuaires (LDAP) ;
- mobilité ;
- etc.
Ceci est rendu possible en grande partie grâce à l’unicité du support et à la mise en
commun des couches de transmission.
Le téléphone aussi évolue. Il existe bien sûr des IP-phones qui ne diffèrent des postes
téléphoniques classiques que par leur raccordement (et leur logiciel), mais il existe
également des softphones qui sont des postes de travail voix + données sur
ordinateur.
La fédération des services voix, données (et autres, tels que la vidéo) sur un même
support permet de capitaliser sur une infrastructure en réduisant les coûts
d’installation et d’exploitation, cette dernière se faisant depuis un point unique pour
tous les services. Toutefois, ce réseau doit être particulièrement bien défendu contre
les attaques et les pannes, puisqu’une défaillance prive l’utilisateur de tous ses
moyens de communication.
Il faut noter également que la ToIP reste indépendante de la nature du média. On
trouvera ainsi les mêmes protocoles et mécanismes sur un réseau IP filaire ou radio
(ADSL, Ethernet, Wi-Fi, satellite…).
6.
L’AVENIR
…qui vivra verra !
L’histoire continuera après la grande révolution qu’a été la convergence voix-données.
Une autre révolution a été le sans fil grâce au développement rapide des
radiocommunications, qu’il soit téléphone portable ou cordless domestique. Mais ceci
est une autre histoire que je vous raconterai prochainement.
7.
GLOSSAIRE ET ACRONYMES
ADSL
Asymetrical Digital Subscriber Line
AMBE
Advanced MultiBand Excitation
ATM
Asynchronous Transfer Mode
BF
Basse Fréquence
CAC
Call Admission Control
CELP
Code Excitated Linear Prediction
CGCT
Compagnie Générale de Construction Téléphonique
CNET
Centre National d’Études des Télécommunications
14 / 15
8.
CSTA
Computer Supported Telecommunications Applications
DECT
Digital Enhanced Cordless Telephone
DTMF
Dual Tone Multi Frequency
ETSI
European Telecommunications Standards Institute
HDSL
High bitrate Digital Subscriber Line
IETF
Internet Engineering Task Force
IMBE
Improved MultiBand Excitation
ITU
International Telecommunication Union
LDAP
Lightweight Directory Access Protocol
MGCP
Media Gateway Control Protocol
MIC
Modulation par Impulsions Codées
NAT
Network Address Translation
PABX
Private Automatic Branch eXchange
OSI
Open System Interconnection (reference model)
QoS
Quality of Service
RNIS
Réseau Numérique à Intégration de Services
RTCP
Real Time Control Protocol
RTP
Real Time Protocol
SIP
Session Initiation Protocol
TAO
Téléphonie Assistée par Ordinateur
TAPI
Telephony Application Programming Interface
TCP
Transmission Control Protocol
TDMA
Time Division Multiplex Access
ToIP
Telephone over IP
UDP
User Datagram Protocol
VoIP
Voix sur IP
VPN
Virtual Private Network
POUR EN SAVOIR PLUS
Sur la sécurité des réseaux :
La sécurité à l’usage des décideurs – Ouvrage collectif (CollectionTENOR)
Les réseaux de téléphonie sur IP :
La Voix sur IP - O. Hersant, D. Gurle, J.P. Petit (Dunod)
15 / 15