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Chapitre IX : Télécommunications

(extrait de Michel Volle, e-conomie, Economica 2000)

Le " bon vieux téléphone "

Les choses étaient relativement simples du temps du " bon vieux réseau téléphonique " (" plain old téléphone service ") dont certains opérateurs gardent la nostalgie. Ce réseau servait, conformément à l’étymologie, à se parler à distance. Il était offert à tous pour un prix fixé par voie réglementaire, l'exploitant bénéficiant d'un monopole justifié par des économies d'échelle et aussi par le fait que les utilisateurs n'apprécient pas d'avoir besoin de plusieurs téléphones pour joindre des personnes abonnées à des réseaux divers. En contrepartie de ce monopole, l'exploitant devait respecter des contraintes de service public (desservir au même prix des abonnés, rentables ou non, notamment ceux dont le raccordement est coûteux).

Un réseau unique offrait donc de façon uniforme un seul service (auquel il faut ajouter toutefois le télégraphe et le télex, ancêtres à bas débit de la transmission de données). Le dimensionnement de son architecture de distribution, de transmission et de commutation visait un arbitrage socialement acceptable entre qualité de service (durée d'attente du raccordement, durée d'établissement de la communication, largeur de bande du signal, probabilité d'encombrement, probabilité de coupure en cours de communication etc.) et coûts d'exploitation et d'investissement. Cet arbitrage approchait par tâtonnement l'optimum économique.

Réseaux téléinformatiques

Les choses ont commencé à se compliquer avec la téléinformatique. La mise des ordinateurs en réseau a d'abord été timide: les premiers réseaux reliant les terminaux aux ordinateurs via des concentrateurs étaient internes aux établissements. Les informaticiens ont dans les années 60 commencé à utiliser des " modems " (modulateur - démodulateur) transformant le signal électrique des ordinateurs en ondes que le réseau téléphonique peut transporter. Les performances étaient médiocres (bas débit, coupures fréquentes, difficulté d'obtention de certaines communications), et le réseau téléphonique ne convenait pas à des connexions de longue durée comportant peu d'échanges comme celles entre un terminal et un ordinateur. L'offre de liaisons louées (LL), puis celle d'un réseau de transmission en mode paquet (Transpac en France) ont permis de pallier l'essentiel de ces défauts.

Un commerce de l'information se créa sur ce réseau avec les bases de données en ligne. L'accès de ces bases était techniquement difficile, donc limité aux informaticiens, et elles ne rencontrèrent pas le succès commercial.

Réseaux et services à valeur ajoutée

Ainsi le réseau télécoms était devenu " multiservices " : on l'utilisait non seulement pour téléphoner, mais pour communiquer des données puis - via la télécopie - des documents en mode image. La diversité des besoins en termes de qualité avait conduit à diversifier les supports (réseau commuté, LL, Transpac).

Pour certains utilisateurs (secteur bancaire, transport), la qualité de ces supports restait insuffisante. Ils construisirent donc dans les années 70 des " réseaux à valeur ajoutée " (RVA) sur des plates-formes privées construites à l'aide de liaisons louées, auxquelles ils raccordaient des équipements garantissant un débit et une sécurité que le réseau public n'offrait pas. En outre, ils connectèrent à ces réseaux des ordinateurs (" serveurs ") capables de fournir des " services à valeur ajoutée " (SVA) : annuaires, transcodages, bases de données documentaires, messageries etc.

Signal analogique et signal numérique

Le signal sonore est transporté dans l'air sur quelques mètres par des ondes mécaniques de pression. La téléphonie transforme les ondes sonores en ondes électromagnétiques, les transporte sur des supports qui préservent la qualité du signal sur de longues portées (paire torsadée, câble coaxial, faisceau hertzien terrestre ou par satellite, fibre optique), et reconstitue le signal sonore à l'arrivée.

Le signal sonore a d'abord été utilisé pour moduler l'onde porteuse (modulation en amplitude, en fréquence ou en phase) : c'est le codage analogique du signal. Le codage numérique repose sur une mesure périodique du signal. Avec le codage MIC, par exemple, le signal sonore est mesuré toutes les 125 µs et codé sur 8 bits ; cela donne un flux de 64 kbit/s transportant la largeur de bande de 4 kHz jugée suffisante pour la téléphonie (pour transmettre tous les sons perçus par l'oreille, il faudrait une largeur de bande de 21 kHz multipliée par deux pour la stéréophonie).

Le codage numérique est utilisable non seulement pour transmettre le son, mais pour transmettre tous les types de signaux (textes, images fixes ou animées). Il a permis d’utiliser dans le réseau téléphonique des technologies analogues à celles de l'informatique et de tirer parti de l'évolution de leur coût. Les commutateurs sont devenus des ordinateurs spécialisés. L’architecture des réseaux a été modifiée. Les techniques de codage se sont diversifiées, la qualité des services s'est accrue. Des codages élaborés permettent de transmettre, avec le même débit, une largeur de bande supérieure ; la compression du signal est devenue une des techniques les plus importantes pour les télécoms.

Numérisation du réseau public

Cependant le réseau public se mettait lui-même à l'école de l'informatique. Les commutateurs, nœuds d'aiguillage des circuits de communication, auparavant mécaniques ou électromécaniques, devinrent des ordinateurs spécialisés caractérisés par un grand nombre d'entrées et de sorties ainsi que par la rapidité des traitements. Cette évolution fut encouragée par la baisse du coût des techniques électroniques qui caractérisent le STC. Les techniques de transmission ont, pour des raisons économiques, utilisé de plus en plus le codage numérique du signal et la commutation a dès les années 70 tiré parti des possibilités ainsi offertes (" commutation temporelle ").

Réseaux prives d'entreprises

Des logiciels de contrôle d'accès (" groupement fermé d'abonnés ", ou GFA) reconstituaient sur le réseau public les " clubs " fermés auxquels certaines professions sont attachées pour des raisons de sécurité et de confidentialité. Les niches de marché restant ouvertes aux RVA étaient celle - subjective - du "privé " et de la sécurité, et celle - objective - de l'offre d'un service homogène au niveau international : l'évolution des télécommunications ne s'étant pas faite au même rythme dans tous les pays, même industrialisés, il n'est pas aisé de faire communiquer des applications informatiques de haut niveau entre plusieurs pays. Des entreprises spécialisées offrent des RVA internationaux (GEISCO, IBM, SITA etc.). Les opérateurs télécoms eux-mêmes cherchent à se positionner sur ce créneau.

Cependant les réseaux privés progressaient. Les commutateurs privés (Private Automatic Branch Exchange, ou PABX) sont devenus des ordinateurs spécialisés offrant, seuls ou couplés à des serveurs, une grande diversité de services (renvois, transferts, rappel automatique, messagerie vocale, annuaires etc.). Les entreprises ont souhaité que les PABX et ordinateurs de leurs divers établissements puissent être interconnectés de sorte que l'utilisateur accède à toutes les ressources indépendamment de sa localisation (" réseau privé virtuel " ou RPV). Des architectures de RPV sont maintenant commercialisées ; elles utilisent des liaisons louées sur lesquelles les communications sont optimisées à l'aide de multiplexeurs - concentrateurs, et disposent de fonctions de maintenance et d'administration de réseau. Ce marché est le théâtre d'une âpre concurrence entre opérateurs télécoms et fournisseurs informatiques.

Services à valeur ajoutée sur réseau ouvert

Enfin, la numérisation du réseau, la banalisation des micro-ordinateurs communicants et la mise au point de normes et logiciels facilitant la communication ou le partage des documents (normes ODA et SGML, logiciels de " groupware ", HTML, XML) permettent sur le réseau public le démarrage d'un marché des services à valeur ajoutée libéré des entraves que leur imposaient les RVA : le télétravail, le télé-enseignement, la télémédecine, les services de documentation commerciale, technique ou culturelle posent tous des problèmes institutionnels délicats (et parfois bloquants), mais seront confrontés dans un futur proche à une offre compétitive. Les SVA pénétreront partout où les arguments de coût pourront contrebalancer les habitudes acquises. Aucune institution, aussi conservatrice soit-elle, ne peut résister indéfiniment à la baisse persévérante du coût des SVA et des équipements.

Le Minitel

Le service vidéotex, qui utilise un terminal spécifique (le Minitel) et le réseau téléphonique ainsi que Transpac (connectés par un " point d'accès vidéotex intermédiaire ", ou PAVI), permettait à des serveurs de toucher un large marché avec une interface homme-machine simple. Le marché de l'information a ainsi démarré dans les années 80, sur une base grand public inattendue. Le phénomène des " messageries roses " apporta à ce service des recettes importantes et une réputation ambiguë analogue à celle qu'avait eue le téléphone à ses débuts. Le succès économique du vidéotex ne peut toutefois pas se réduire à ce dernier phénomène. La diversification de l'offre de services d'information accessibles par Minitel illustre les mécanismes de concurrence monopoliste.

Numéris

Vers le milieu des années 80, deux techniques de transmission cohabitaient sur le réseau téléphonique : la transmission analogique sur le réseau de distribution (entre commutateur et abonné), la transmission numérique sur le réseau de transport (entre commutateurs). L'économie plaidait pour une simplification. La numérisation du raccordement de l'abonné ouvrait en outre à celui-ci de nouvelles possibilités, Ce fut le point de départ à la fin des années 80 du " Réseau Numérique à Intégration de Services " (RNIS, en anglais ISDN), qui a pris en France le nom commercial de Numéris.

La numérisation du réseau, l'accroissement des débits qui en résultait pour les services informatiques ainsi que l'amélioration de la qualité ont conduit à s'interroger sur l'avenir des réseaux à valeur ajoutée et des services à valeur ajoutée : si ces derniers restaient enfermés dans l'espace réduit offert par les réseaux à valeur ajoutée, ils ne pourraient jamais atteindre le marché potentiel apporté par le réseau public, et dont le Minitel avait montré la fécondité. Par ailleurs, alors que la limitation des performances du réseau public avait justifié la création des RVA, l'amélioration de ce réseau semblait devoir réduire leur utilité : pourquoi gérer une infrastructure privée et coûteuse, alors que le réseau public permet de faire aussi bien pour moins cher ?

Internet

L'Internet fait alors irruption et perturbe les plans les mieux ourdis des exploitants. Il utilise un protocole simple et robuste de transmission en mode paquet associé à un adressage décentralisé. Utilisé d'abord par des chercheurs pour la messagerie, le partager de bases de données et l’échange de documents, il devient avec le " Web " le support d'un outil de documentation puissant. Peu coûteux, il banalise l'accès au transfert de données et devient l'objet d'un phénomène de mode (pour plus de détails sur l’Internet, cf. chapitre XIII).

L'efficacité et le prix des logiciels et protocoles de communication définis sur l'Internet les imposent dans les entreprises : on parle alors d'Intranet.

Concurrence commerciale et monopole technique

La déréglementation des télécommunications aux États-Unis, copiée ensuite par les autres pays, a été l'occasion d'une polémique entre des économistes qui soutenaient le monopole national d’un exploitant (AT&T, France Télécom, British Telecom, Deutsche Bundespost etc.) et d’autres qui jugeaient nécessaire l'introduction de la concurrence sur ce marché.

La défense du monopole tire argument de l'économie d'échelle propre au réseau, ainsi que de l'externalité de réseau (l'utilité du réseau pour un nouvel abonné est d'autant plus forte que le nombre des personnes qui y sont raccordées est plus élevé). Ces arguments sont irréfutables, même si dans la chaleur de la polémique certains ont cherché à les réfuter, mais ils peuvent être contournés. En effet l'économie d'échelle, et l'externalité de réseau peuvent se manifester même s'il existe plusieurs exploitants (et donc si le monopole est brisé), à condition que soit assuré un " monopole technique " compatible avec la pluralité des exploitants : il faut que l'ensemble des réseaux que ceux-ci exploitent constitue, sur le plan technique, un seul réseau cohérent. Alors les économies d'échelle et l'externalité de réseau sont présentes, même avec plusieurs exploitants.

Cependant il faut assurer une coordination (investissements, choix technologiques, normes, protocoles de communication, efforts de recherche, relations avec les fournisseurs) qui a elle-même un coût.

En rompant avec le monopole de l'exploitation, les politiques espèrent en finir avec ses défauts : tarification visant à maximiser le profit, mais non optimale du point de vue de l'intérêt général, et paresse de l'innovation à laquelle les managers du monopole préfèrent la prolongation des situations acquises. La fin du monopole a toutefois un coût : coût de coordination si l'on respecte le " monopole technique " ci-dessus ; perte des économies d'échelle et de l'externalité de réseau si on ne le respecte pas. À ces coûts s'ajoute celui de l'incertitude sur la demande, donc sur le dimensionnement du réseau, plus élevé en situation de concurrence qu'en situation de monopole (chapitre VIII).

Le bilan de la déréglementation fait encore l'objet d'un débat. Du côté positif, on met la baisse des prix et la diversification de l'offre. Du côté négatif, on met les difficultés ou l'impossibilité de la coordination en situation de concurrence, entraînant la redondance des équipements et des réseaux commerciaux ainsi que le cloisonnement des équipes de recherche et le ralentissement du progrès technique.

Schéma d’ensemble

Même si la situation actuelle est plus complexe que celle du bon vieux téléphone, on peut la représenter à l'aide de quelques concepts simples.

Appelons " réseau public " un réseau ouvert, dont l'accès et l'usage sont offerts sur le marché et disponibles pour quiconque accepte d'en payer le prix (réseau téléphonique, Transpac, Internet), et " réseau privé " un réseau dont l'accès n'est pas offert sur le marché : soit il est utilisé par une seule entreprise, soit il est offert à un club d'utilisateurs auquel il faut appartenir pour pouvoir accéder au réseau (tel est le cas de RVA comme SITA dans le secteur du transport aérien, ou SWIFT dans le secteur bancaire).

Le réseau public jouera alors le rôle d'une place de marché sur laquelle seront offerts, outre les télécommunications proprement dites, des services diversifiés et payants. Des services " outils ", utiles pour l'exploitation des services à valeur ajoutée (annuaires, " kiosque ", reroutages, transcodages etc.) seront offerts sur des architectures dites de " réseau intelligent " capables d'interpréter une signalisation enrichie.

Le graphique ci-dessous reprend les notions définies dans le paragraphe précédent, en les classant par rapport au modèle OSI en sept couches.

- liaisons louées fournies par un exploitant télécoms aux entreprises ou aux opérateurs de RVA.

- services outils : taxation (" kiosque " du Minitel), administration de réseaux, annuaires, location d'équipements d'extrémité etc.

- services à valeur ajoutée (SVA) sur réseau public.

- réseaux à valeur ajoutée (RVA) : réseaux dont l'accès est réservé à un club d'utilisateurs et construits sur des LL fournies par l'exploitant du réseau public.

- services à valeur ajoutée sur RVA : services à valeur ajoutée offerts par les opérateurs de RVA sur leur réseau (messagerie, documentation, taxation).

- réseau public : désigne tous les réseaux dont l'accès est commercialisé auprès du public : réseau téléphonique classique, Transpac, Numéris, Internet, téléphonie mobile etc.

  • services internes : services exploités par une entreprise pour son usage propre. Certaines entreprises achètent des services outils à un réseau public (équipements d'extrémité, administration de réseau, taxation et annuaire) ; d'autres, rompues aux techniques des télécommunications, louent des LL et produisent elles-mêmes leurs propres services outils (c'est le cas d'Alcatel).

Sur le graphique ci-dessus s'opposent deux logiques polaires : celle des réseaux à valeur ajoutée (RVA) et celle du réseau public, qui peuvent toutes deux supporter une offre de services à valeur ajoutée. Les réseaux à valeur ajoutée utilisent des liaisons louées sur lesquelles ils fournissent les fonctions des couches 2 et 4 du modèle OSI (service Transport); ils offrent en outre des services à valeur ajoutée (couches 5 à 7) aux membres du "club " qu'ils desservent.

L'offre de services à valeur ajoutée sur réseau public utilise les ressources offertes par celui-ci sans restriction physique à l'accès (il peut exister toutefois des restrictions logicielles dans le cas des groupes fermés d'abonnés). Les services outils de taxation, annuaire, reroutage, transcodage etc. ne relèvent pas d'une couche spécifique du modèle OSI, mais jouent un rôle utile en diminuant le coût de production des SVA dont ils aident la différenciation.

Le cas des services internes aux entreprises est mixte : ils peuvent soit utiliser uniquement les liaisons louées (et se fournir à eux-mêmes le service Transport, comme dans le cas des réseaux privés virtuels), soit louer des LL, mais acheter à l'extérieur les fonctions des couches 2 à 4 et les services outils facilitant leur exploitation, soit encore acheter le service transport tout entier au réseau public, se fournir en services outils et n'exploiter eux-mêmes que les services internes des niveaux les plus élevés. Dans certains cas (" facilities management "), l'entreprise confiera à un fournisseur extérieur l'exploitation des services internes. 

Annexe du chapitre IX : Fonction de coût du réseau général de télécommunications

On appelle " réseau général " l'équipement qui permet l'exploitation du service téléphonique et l'acheminement de communications d'autres types (LL, transmission de données) dont le débit est transporté sur les mêmes faisceaux de transit que le trafic téléphonique.

Nous avons construit un modèle dont la structure se caractérise sur le plan fonctionnel par la décomposition du réseau en niveaux homogènes, et sur le plan géographique par un maillage " cristallin " des objets le composant.

La typologie des biens identifie les composants du réseau, biens économiques correspondant à un poste de coût : investissement, charges d'exploitation, charges indirectes, etc. On définit, pour chacun des niveaux de l'architecture, des unités d'œuvre qui sont souvent des composants agrégés.

On découpe le calcul de coût en plusieurs niveaux d'agrégation:

- le premier niveau utilise des composants élémentaires pour calculer le coût d'entités techniquement homogènes,

- le deuxième niveau utilise des composants agrégés pour calculer le coût d'entités fonctionnellement homogènes.

La topologie du réseau définit les relations entre nœuds du réseau. Elle reflète à la fois sa géographie (localisation des nœuds et arcs du réseau) et les règles de routage et d'acheminement des communications.

La fonction de coût du réseau dépend de deux types de paramètres

- la taille du réseau et son accroissement (nombre des raccordements d'abonnés, intensité du trafic),

- l'évolution des technologies, donc des coûts unitaires des équipements et des charges induites (maintenance, exploitation, etc.).

Ces deux effets doivent être considérés séparément pour déterminer d'abord le coût selon la taille du réseau à technologie constante, puis faire évoluer cette évaluation en fonction de l'évolution technologique.

Architecture du réseau général

Nous avons construit d'abord un modèle géographique du réseau en faisant un compromis entre un modèle réaliste, qui serait d'une complexité inutile pour évaluer le coût, et un modèle simple (structure " cristalline ") qui serait trop symétrique pour différencier les coûts suivant des critères d'ordre spatial - par exemple pour distinguer le coût d'une communication sur un axe chargé ou non chargé. On définit donc pour chaque type d'unité d'œuvre un nombre restreint de catégories.

L'architecture du réseau général est schématisée en trois niveaux fonctionnellement indépendants : transport interurbain, réseau intra-ZAA (ressources partagées) et réseau de distribution (ressources dédiées à l'abonné).

Le territoire est découpé en zones géographiques de façon hiérarchique :

Réseau de distribution (ou " boucle locale ")

Ce niveau sert à raccorder chaque abonné au réseau général. Il correspond aux terminaisons du réseau et comprend des équipements individualisés par abonné :

  • unités de raccordements des centres de rattachement des usagers,
  • lignes de rattachement individuelles,
  • équipements terminaux.

Seuls les terminaux faisant partie intégrante de l'infrastructure (et non d'une offre commerciale de service) sont à considérer. Les terminaisons numériques de réseau sont donc à prendre en compte, mais non les terminaux téléphoniques (mobiles ou non).

Des techniques alternatives à la distribution en paires torsadées peuvent être envisagées: fibre optique, boucle radio, techniques ADSL/HDSL (ces dernières permettent de transmettre des hauts débits sur de " vieilles " paires torsadées).

Réseau intra-ZAA

Le niveau intra-ZAA comprend l'ensemble des ressources communes desservant les " premiers points de rattachement " (ou points de concentration) des usagers. Il se compose des nœuds de concentration et de raccordement, des nœuds de commutation de circuits et des systèmes de transmission reliant ces deux types d'équipements.

Organisation du réseau téléphonique français en 1995

ZL (Zone Locale) : c'est le périmètre où les abonnés sont raccordés à un même autocommutateur. Ces autocommutateurs sont des CL (Commutateurs Locaux) qui établissent les connexions entre les lignes d'abonnés et leur CAA de rattachement (chaque CL dépend d'un CAA).

Ces CL concentrent les appels et les font parvenir au CAA. Seuls les CL supportant le RNIS sont capables de commuter un certain pourcentage d'appels en local.

ZAA (Zone à Autonomie d'Acheminement) : c'est un ensemble de ZL appartenant à une même zone de taxation et de numérotage. Elle est équipée de CAA (Commutateurs à Autonomie d'Acheminement). Ce sont des nœuds d'interconnexion entre des CL, des abonnés directement raccordés au CAA, et des faisceaux de transport vers d'autres ZAA (ou d'autres CAA d'une même ZAA). Ces commutateurs analysent la numérotation reçue, choisissent entre plusieurs faisceaux de circuits selon les règles d'acheminement et commutent les circuits.

ZTS (Zone de Transit Secondaire): elle est équipée de CTS (Commutateurs de Transit Secondaire), qui ont pour rôle d'interconnecter des CAA. Ils assurent le transit à l'intérieur d'une même ZTS et les relations avec d'autres ZTS.

ZTP (Zone de Transit Principale) : c'est un ensemble de ZTS qui correspond à une zone d'entraide et de concentration. Elle est équipée de CTP (Commutateurs de Transit Principaux). Un CTP est relié à tous les autres CTP et aux CTS de sa ZTP, assurant ainsi la connexité du réseau (existence d'un chemin entre deux CAA quelconque).

Le réseau de distribution correspond à la ligne d'abonné (du terminal d'abonné au CL ou au CAA); le réseau intra-ZAA comprend les CAA et CL, ainsi que les liaisons entre CAA et CL d'une même ZAA; le transport interurbain comprend les CTS et les CTP, les faisceaux entrants et sortants des CAA (CAA<->CTS et CAA<->CAA pour deux CAA situés dans des ZAA différentes) ainsi que les liaisons permettant l'écoulement du trafic entre ZTS.

Pour le trafic international, le territoire est découpé en ZTI (Zones de Transit International). Chaque ZTI est équipée d'un CIA (Commutateur International Automatique) qui assure le transit du trafic international entrant et sortant de la ZTI. Un niveau hiérarchiquement supérieur concentre et ventile le trafic des CIA ; c'est le CITP (Centre International de Transit Principal).

Pour la structure du réseau de France Télécom en 1995, le niveau intra-ZAA se compose des éléments tels que les CAA et les CL (centres locaux) et les faisceaux de lignes reliant les centres locaux (ou concentrateurs) aux CAA. Il réalise un découpage du territoire en Zones à Autonomie d'Acheminement (ZAA); chaque ZAA regroupe autour d'un ou plusieurs commutateurs CAA les usagers qui y sont rattachés.

Contrairement aux réseaux de transport qui sont maillés, et en raison de leur fonction, les réseaux de distribution téléphonique sont arborescents (étoilés dans le cas le plus simple). L'optimisation d'un réseau d'accès suppose un compromis entre :

  • la taille des points de concentration : l'économie d'échelle porte sur la mise en commun de ressources par le plus grand nombre possible d'usagers (il faut donc réduire le nombre de ressources communes et avoir des ressources de grande taille) ;
  • le nombre de points de concentration pour une population donnée, donc l'étendue de la zone desservie par chaque point de concentration : cette zone est en effet composée de ressources dédiées à chaque usager.

Transport interurbain

Le niveau " transport interurbain " a pour rôle d'interconnecter les ZAA. Aucun usager n'est raccordé directement à ce niveau, dont les pôles sont destinés uniquement au transit. Le transport est réalisé sur des arcs de grande capacité, et il est transparent à la nature des flux transportés (voix, donnée, image, LL) : les flux issus des CAA sont rassemblés sur des artères de transmission pour être transportés entre les centres de transit.

Le niveau " transport interurbain " du réseau relie donc CAA et centres de transit. Il se compose de réseaux sectoriels (RS), qui relient chaque CTS à un groupe de CAA, et du Réseau Intersectoriel de Connexion (RIC) qui relie entre eux les centres de transit (CTS et CTP). Il comprend également les faisceaux reliant directement deux CAA appartenant à des ZAA différentes (il s'agit de considérer le transport interurbain, et non le transport à l'intérieur d'une même zone urbaine).

On distingue deux types de composants techniques:

  • transmission (équipements permettant le routage des communications, c'est-à-dire la détermination du chemin emprunté entre les commutateurs ou les équipements terminaux) et
  • commutation (plus généralement, logique d'acheminement).

Le réseau de transport interurbain est fortement maillé. Sa structure est définie par des règles d'optimisation fondées sur la recherche d'une économie d'échelle. Par exemple, le coût d'un système de transmission (une artère inter-CTS) ne varie pas linéairement en fonction du trafic écoulé, car il croît par paliers avec la modularité des équipements (notamment les niveaux de la hiérarchie numérique). La capacité installée est donc généralement différente de la capacité utilisée (taux de remplissage moyen, ou trafic moyen à écouler).

Ceci s'explique par le caractère aléatoire des communications : pour un taux de blocage donné, le taux de remplissage moyen d'une grosse artère est plus élevé que celui d'une petite artère. Cependant cette économie d'échelle est contrecarrée par un autre phénomène : plus le trafic est regroupé sur des artères de taille importante, plus le chemin moyen à parcourir est long (ce phénomène s'accentue s'il y a débordement).

La structure topographique du réseau de transport est donc un compromis, pour une qualité de service donnée, entre taille et densité des équipements (artères de transmission, centres de transit). La longueur moyenne des arcs, donc la structure géographique du réseau, sont des résultats de cette optimisation. Une représentation spatiale du réseau est nécessaire pour aboutir au compromis qui déterminera sa structure optimale.

Toute variation importante de la demande est susceptible d'impliquer une redéfinition de la structure du réseau ; de même, toute modification du coût d'un des composants du réseau implique un compromis différent ; et toute modification partielle (suppression ou ajout d'un élément), de la structure du réseau met en cause l'ensemble de la structure.

Les caractéristiques géographiques du réseau de transport ont une forte influence sur le coût global du réseau. La représentation spatiale du réseau permet d'étudier la variation des coûts selon la répartition géographique des communications : on peut ainsi évaluer l'écart entre le coût d'une communication entre deux zones à forte densité d'usagers et le coût d'une communication entre deux zones faiblement peuplées.

Pour ce faire, la précision de la représentation spatiale n'est pas indispensable ; il suffit de regrouper les centres de transit et les arcs par catégorie en fonction de leur capacité moyenne (ou de leur charge) : petite capacité, moyenne capacité et forte capacité. Il faut également créer des sous-catégories pour les arcs en fonction de leur longueur moyenne.

Informations relatives au trafic

Les informations relatives au trafic sont fournies par des " matrices de trafic " carrées et non symétriques représentant les flux entre ZAA selon la zone origine et la zone destination.

Les paramètres à renseigner sont :

  • le nombre des usagers (c'est-à-dire de raccordements),
  • l'intensité du trafic. Pour mesurer cette intensité, on considère le trafic à l'heure chargée moyenne, entouré d'une plage d'incertitude. On suppose que cette heure chargée moyenne reste stable dans le temps et qu'elle est la même pour tous les services considérés,
  • la répartition géographique du trafic, l'unité géographique considérée étant la ZAA. Il faudra notamment définir les axes principaux de trafic (axes chargés).

Évolution des technologies

Nous avons cherché à identifier les évolutions technologiques ayant un impact sur le coût du réseau général et pouvant avoir un caractère de rupture à l'échéance 2005. Ces évolutions doivent être examinées en termes fonctionnels, en termes techniques (de façon à pouvoir exprimer les règles de dimensionnement) et en termes de coûts. Nous raisonnons par scénarios.

On distingue dans un réseau les équipements terminaux ou de raccordement, les serveurs (y compris les équipements de commutation) et enfin les systèmes de transmission constitués par l'ensemble des équipements et supports de routage des communications qui gèrent le chemin physique emprunté entre commutateurs ou avec les équipements terminaux.

On peut identifier deux types d'évolution :

a) évolution de la technologie et des équipements : évolution des fonctionnalités, des performances, des services etc. pour les équipements de commutation et les serveurs ; performance et maintenabilité des systèmes de transmission.

b) évolution de l'architecture du réseau : topologie, règles de routage, d'acheminement, de sécurisation, etc. ; introduction de techniques ayant des répercussions sur la structure du réseau : réseau intelligent, HDSL/ADSL, distribution par radio, ATM etc.

Les évolutions techniques auront des répercussions tant sur les dépenses d'investissement que sur les charges de fonctionnement. Elles influenceront la sécurité du réseau, sa flexibilité, sa disponibilité, d'où une répercussion difficilement quantifiable sur la qualité du service.

Les évolutions identifiées comme facteurs de rupture potentiels sont :

  • l'extension de la téléphonie cellulaire (notamment vers la boucle radio) pour la distribution des bas débits ;
  • l'introduction de la technique SDH pour la transmission des hauts débits, l'utilisation des techniques HDSL et ADSL ainsi que de la fibre optique pour leur distribution ;
  • la poursuite de l’évolution des techniques de compression ;
  • l'introduction de l'ATM.

Méthode de calcul

Le coût d'un réseau de télécommunication comprend :

- un coût de fonctionnement annuel (par fonctionnement, on entend maintenance, exploitation technique, dans une certaine mesure exploitation commerciale - coût de facturation par exemple - et diverses autres dépenses),

- un coût d'investissement dont le cycle dépend de la durée de vie des équipements considérés.

Il faut donc calculer un coût annuel représentant la somme du coût de fonctionnement et d'un équivalent annuel du coût d'investissement. Cette conception du coût, qui correspond à celle d'un flux de dépense, est bien adaptée au raisonnement tarifaire.

Les paramètres du calcul de coût sont:

  • les prix unitaires des divers composants du réseau,
  • les durées de vie,
  • les coûts annuels de fonctionnement, éventuellement augmentés d'une quote part de charges indirectes.

Notons t le taux d'actualisation (il est dans nos calculs égal à 9 %).

L'annuité équivalente à un investissement de durée de vie d et de montant i est a tel que :

a = i[(1 - 1/(1+ t))/(1 - 1/(1+ t)d)]

Cette formule doit être enrichie pour tenir compte de l'évolution du coût des unités d'œuvre, car elle correspond à un équipement dont le coût de renouvellement serait égal au coût initial.

On peut décomposer chaque unité d'œuvre en une partie dont le prix reste constant, et une partie dont le prix baisse exponentiellement. La loi d'évolution du prix est donc de la forme :

P = Po [(a + (1 - a)e-b(t-t0) ], 0 £ ], 0 £ a £ 1, b ³ 0

a et b dépendent du type d'équipement choisi.

Dans le cas où a = 0, et pour un taux b de baisse annuelle du prix, l'annuité équivalente à un investissement i devient :

a = i[(1 - 1/(1+ t))/(1 - 1/(1+ t)d(1+b)d)]

Cette loi prend les formes suivantes pour les équipements fondamentaux du réseau télécom:

- Commutateur et équipements d'extrémités:

Cette loi prend les formes suivantes pour les équipements fondamentaux du réseau télécom:

- Commutateur et équipements d'extrémités: a = 40 % ; b = 6 %

- Transmission :

- Transmission : a = 20 % ; b = 50 %

- Génie civil, installation etc. :

- Génie civil, installation etc. : a = 0 % ; b = -1 % (attention : il en résulte que le coût du génie civil connaît, contrairement aux autres coûts, une hausse tendancielle).

L'obsolescence, qui résulte en général de la mise en œuvre d'une nouvelle génération technique, aura pour conséquence une rupture dans la série représentant la chronique infinie de renouvellement ; cette rupture se produit en général dès le premier cycle de vie. Le calcul du coût des équipements dont l'obsolescence est prévue doit donc considérer une durée de vie inférieure à la durée de vie physique et correspondant à l'échéance de mise en œuvre de la nouvelle génération.

Cette dernière considération est d’une grande importance : selon qu’un opérateur télécoms prend en compte ou non l’effet de l’obsolescence sur la durée de vie de ses équipements, il pratiquera des politiques d’amortissement différentes et l’évaluation de son résultat annuel en dépend. Si l’opérateur néglige d’anticiper l’obsolescence de ses équipements et retient de longues durées de vie, il sous-estimera les amortissements nécessaires au maintien du réseau à l’état de l’art, surestimera d’autant son résultat annuel, et plus dure sera la chute.

Résultats

On identifie trois types de résultats :

  • le coût total du réseau général,
  • la charge d'accès (coût moyen par abonné du réseau de distribution),
  • le coût moyen de production d'une communication.

Les coûts d'investissements et de fonctionnement s'entendent comme des coûts directs.

Coût total du réseau

Pour 1995, on a évalué le coût de construction à neuf du réseau général. Il s'agit de simuler la construction, à partir d'équipements conformes à l'état de l'art de 1995, d'un réseau de topologie et de taille équivalentes à celles du réseau réel.

La définition du coût total ainsi obtenue diffère de celle de la valeur du réseau réel, car les équipements en service sur le réseau réel ne sont pas neufs. La valeur du réseau réel est la somme des coûts Ci des équipements neufs multipliés par un coefficient prenant en compte leur âge Ai et leur durée de vie di :

V = SCi (1 - Ai / di)

Si l'âge moyen des équipements est égal à la moitié de leur durée de vie, la valeur du réseau est égale à la moitié du coût de construction à neuf du réseau.

Les résultats ont été établis en distinguant les niveaux fonctionnels du réseau : réseau de distribution, transmission et commutation. Les charges non directement imputables à l'un ou l'autre des niveaux ont été partagées entre eux. Elles représentent moins de 1 % du coût total.

Des calculs ont enfin été réalisés pour évaluer le coût du réseau aux échéances 2000 et 2005. Ils ont permis de mettre en évidence un résultat qui peut surprendre ceux qui connaissent mal les réseaux de télécommunications : ramené au coût annuel (donc en faisant la part des durées de vie), le réseau de distribution représente en 2005 76 % du coût total du réseau ; la part de la commutation est de 15 %, celle de la transmission 9 %.

Or le coût du réseau de distribution est un coût fixe par rapport au trafic (il ne dépend que de la densité des abonnés). Il est utile de garder en mémoire le graphique ci-dessus : si la part la plus " noble ", la plus " intelligente " d'un réseau de télécommunications est constituée par la commutation et la transmission, où se concentrent les technologies récentes, la grande masse du capital réside dans le raccordement des abonnés, que l'on appelle aussi " boucle locale ", où les travaux font un large appel au génie civil (creuser des tranchées, installer des chambres de connexion), donc à des techniques anciennes dont le coût n'est pas décroissant.

Par ailleurs, toute innovation concernant la " boucle locale " peut diminuer par obsolescence la durée de vie des équipements du réseau de distribution, donc dévaloriser brutalement le capital d'un opérateur de télécommunications. Dès lors la stratégie de celui-ci visera en priorité à valoriser le capital installé (en choisissant, parmi les techniques nouvelles, celles qui utilisent celui-ci de préférence à celles qui obligeraient à le refaire).

Coût d'une communication

Le coût d'une communication comporte une partie fixe et une partie variable.

La partie fixe correspond à l'établissement de l'appel. Il s'agit d'un coût moyen par appel, calculé en affectant aux appels la totalité des ressources de commutation et de transmission mobilisées pour établir un appel. Les ressources de commutation sont utilisées uniquement pendant la phase d'établissement d'un appel, alors que les ressources de transmission sont utilisées pendant toute sa durée (établissement et communication).

La partie variable est fonction de plusieurs paramètres (durée, distance, classe de ZAA, acheminement etc.). Elle correspond à des ressources utilisées pour la phase de communication proprement dite.

Le coût moyen de communication est calculé en réaffectant les annuités sur le volume de trafic écoulé pendant les heures chargées (4 heures chargées par jour ouvrable, 235 jours par an, ce qui correspond à 30 % du volume total de trafic). En effet, le dimensionnement du réseau ayant été calculé pour écouler la charge maximale de trafic, la totalité du coût de production des communications est imputable aux heures chargées, et que le coût moyen d'une communication en heure creuse est nul. Le coefficient (coût à l'heure moyenne)/(coût à l'heure chargée) est donc égal à 0,3

Le coût d'une communication Xi -> Aj est de la forme:

Cij = ai + aj + (bi + bj)D + cDL

  • ai, aj et c dépendent du nombre de transit par des commutateurs (nombre de CTS et de CTP traversés) et de la catégorie des ZAA de l'appelant et de l'appelé,
  • D représente la durée de la communication,
  • L représente la distance entre appelant et appelé,
  • a est le coût d'établissement de l'appel,
  • b la partie du coût d'une communication liée à la durée de l'appel,

- c l'occupation des ressources de transmission liée à la distance et à la durée.

Voici à titre d'exemple le coût d'une communication intra-ZAA en fonction de la durée de la communication :

 

Coût d'une communication intra-ZAA à l'heure chargée, an 2000

Le graphique ci-dessus retrace une fonction de coût à court terme. Il donne l'impression optique que la partie fixe du coût est faible : c'est parce que le calcul suppose que l'investissement va être fait, et indique comment répartir son coût sur les utilisateurs en supposant l'utilisation proportionnelle à la durée.

Dans le cas d'une communication intra-ZAA comme celle considérée ici, la durée est la seule clé de répartition valable ; l'autre clé que l'on pourrait imaginer est la distance, mais elle n'a pas d'influence sur le coût d'une communication intra-ZAA car celle-ci ne traverse pas les équipements de commutation et de transmission du réseau de transport.

Si l'âge moyen des équipements est égal à la moitié de leur durée de vie, la valeur du réseau est égale à la moitié du coût de construction à neuf du réseau.

Les résultats ont été établis en distinguant les niveaux fonctionnels du réseau : réseau de distribution, transmission et commutation. Les charges non directement imputables à l'un ou l'autre des niveaux ont été partagées entre eux. Elles représentent moins de 1 % du coût total.

Des calculs ont enfin été réalisés pour évaluer le coût du réseau aux échéances 2000 et 2005. Ils ont permis de mettre en évidence un résultat qui peut surprendre ceux qui connaissent mal les réseaux de télécommunications : ramené au coût annuel (donc en faisant la part des durées de vie), le réseau de distribution représente en 2005 76 % du coût total du réseau ; la part de la commutation est de 15 %, celle de la transmission 9 %.

Or le coût du réseau de distribution est un coût fixe par rapport au trafic (il ne dépend que de la densité des abonnés). Il est utile de garder en mémoire le graphique ci-dessus : si la part la plus " noble ", la plus " intelligente " d'un réseau de télécommunications est constituée par la commutation et la transmission, où se concentrent les technologies récentes, la grande masse du capital réside dans le raccordement des abonnés, que l'on appelle aussi " boucle locale ", où les travaux font un large appel au génie civil (creuser des tranchées, installer des chambres de connexion), donc à des techniques anciennes dont le coût n'est pas décroissant.

Par ailleurs, toute innovation concernant la " boucle locale " peut diminuer par obsolescence la durée de vie des équipements du réseau de distribution, donc dévaloriser brutalement le capital d'un opérateur de télécommunications. Dès lors la stratégie de celui-ci visera en priorité à valoriser le capital installé (en choisissant, parmi les techniques nouvelles, celles qui utilisent celui-ci de préférence à celles qui obligeraient à le refaire).

Coût d'une communication

Le coût d'une communication comporte une partie fixe et une partie variable.

La partie fixe correspond à l'établissement de l'appel. Il s'agit d'un coût moyen par appel, calculé en affectant aux appels la totalité des ressources de commutation et de transmission mobilisées pour établir un appel. Les ressources de commutation sont utilisées uniquement pendant la phase d'établissement d'un appel, alors que les ressources de transmission sont utilisées pendant toute sa durée (établissement et communication).

La partie variable est fonction de plusieurs paramètres (durée, distance, classe de ZAA, acheminement etc.). Elle correspond à des ressources utilisées pour la phase de communication proprement dite.

Le coût moyen de communication est calculé en réaffectant les annuités sur le volume de trafic écoulé pendant les heures chargées (4 heures chargées par jour ouvrable, 235 jours par an, ce qui correspond à 30 % du volume total de trafic). En effet, le dimensionnement du réseau ayant été calculé pour écouler la charge maximale de trafic, la totalité du coût de production des communications est imputable aux heures chargées, et que le coût moyen d'une communication en heure creuse est nul. Le coefficient (coût à l'heure moyenne)/(coût à l'heure chargée) est donc égal à 0,3

Le coût d'une communication Xi -> Aj est de la forme:

Cij = ai + aj + (bi + bj)D + cDL

  • ai, aj et c dépendent du nombre de transit par des commutateurs (nombre de CTS et de CTP traversés) et de la catégorie des ZAA de l'appelant et de l'appelé,
  • D représente la durée de la communication,
  • L représente la distance entre appelant et appelé,
  • a est le coût d'établissement de l'appel,
  • b la partie du coût d'une communication liée à la durée de l'appel,

- c l'occupation des ressources de transmission liée à la distance et à la durée.

Voici à titre d'exemple le coût d'une communication intra-ZAA en fonction de la durée de la communication :

 

Coût d'une communication intra-ZAA à l'heure chargée, an 2000

Le graphique ci-dessus retrace une fonction de coût à court terme. Il donne l'impression optique que la partie fixe du coût est faible : c'est parce que le calcul suppose que l'investissement va être fait, et indique comment répartir son coût sur les utilisateurs en supposant l'utilisation proportionnelle à la durée.

Dans le cas d'une communication intra-ZAA comme celle considérée ici, la durée est la seule clé de répartition valable ; l'autre clé que l'on pourrait imaginer est la distance, mais elle n'a pas d'influence sur le coût d'une communication intra-ZAA car celle-ci ne traverse pas les équipements de commutation et de transmission du réseau de transport.