Agence du Numérique (ex - Agence Wallonne des Télécommunications / AWT), la plateforme ICT de la Wallonie

mercredi 7 décembre 2016

Les réseaux domestiques

Dans le futur, ces réseaux devront être capables de transférer des flux audiovisuels entre les différents équipements multimédia: écrans, ordinateurs, disques durs et autres équipements de stockage, consoles de jeux en ligne, etc.
Twitter Facebook Delicious
Mis à jour le 29/01/2007 | Imprimer | Envoyer

Comprendre l'évolution du multimédia numérique

Le passage à la télévision numérique et surtout à la haute définition engendrera un changement dans la manière dont on consomme les produits multimédia. La convergence des applications de téléphonie, informatiques et télévisuelles est aujourd'hui une réalité. Le téléphone mobile permet désormais de surfer sur Internet, de regarder la télévision. Le téléviseur accueille, quant à lui, les appels téléphoniques et les messages SMS ou chat. L'informatique s'invite à la télévision et propose l'Electronic Program Guide (EPG) ou l'accès à des portails TV.

L'utilisateur ne veut pas être obligé de choisir un terminal spécifique pour accéder à un réseau ou à un service défini. Dans ce contexte, le téléviseur (l'écran, le terminal) devient un outil de communication ("watching and communicating") permettant de:

  • réceptionner des programmes de télévision au format numérique et de passer à la haute définition;
  • visualiser des enregistrements à partir des supports de stockage tels que Blu-ray  ou HD-DVD ;
  • établir des communications interpersonnelles sans subir de restrictions à cause des techniques utilisées;
  • intégrer des communications en provenance et vers différents types de réseaux: réseaux fibrés, réseaux sans fil ou réseaux mobiles.

Multimédia numérique

Dans chaque habitation on trouvera:

  • des écrans de télévision numériques (de 1 à 3 par habitation);
  • des écrans d'ordinateurs;
  • (des) console(s) de jeux;
  • des lecteurs/enregistreurs DVD, Blu-ray, HD-DVD;
  • un (des) décodeur(s);
  • des disques durs externes connectables sur un ordinateur ou directement sur l'écran TV;
  • etc.

Dans une habitation ainsi équipée, le réseau "data" est le seul moyen de pouvoir transférer facilement et rapidement des flux de données (vidéo, audio, photos, etc.) entre les différents équipements.

Les débits nécessaires

Dans les années à venir les fournisseurs de services auront besoin de débits proches de 100 Mbps:

  • 60 Mbps pour trois flux HDTV (chaque flux HDTV, codé en MPEG4, a besoin d'un maximum de 20 Mbps). Les trois flux sont dédiés à trois écrans pouvant réceptionner trois programmes distincts);
  • 10 Mbps pour deux flux SDTV (en moyenne 5 Mbps par flux SDTV codé en MPEG2);
  • le reste de 30 Mbps sera distribué entre les services data Internet, voix et vidéo, jeux en ligne, transferts des fichiers vidéo vers l'habitation ou depuis l'habitation vers un certain site, etc.

Les mêmes débits seront nécessaires dans nos habitations afin de transférer les flux de données (vidéo, audio, jeux, voix, data etc.) entre les différents équipements multimédia. La question sur le besoin d'un réseau au sein d'une habitation ne se pose plus. La seule question valable est celle du choix d'une technologie pouvant répondre à terme à ce besoin de bande passante sans engendrer des coûts de changement de technologie tous les 2-3 ans.

Les solutions se basent sur:

  • un câblage existant de type Ethernet CAT5 (très rare dans les habitations actuelles, mais bon à prévoir dans les plans des nouvelles habitations);
  • un câblage existant dans une habitation (câble coaxial de télévision, câble téléphonique ou réseau électrique), à réutiliser en partie pour réaliser un réseau LAN dédié multimédia;
  • une solution sans fil.

Les solutions présentées impliquent des coûts:

  • pour le câblage,
  • pour les équipements/adaptateurs nécessaires à la connexion.

Les technologies disponibles

Le réseau Ethernet LAN câblé en fils de cuivre CAT5

Le réseau le plus approprié pour connecter les équipements d'une habitation est celui auquel on est déjà habitué: le LAN Ethernet réalisé avec des câbles en cuivre CAT5. Idéalement, les câbles devront passer dans les murs, comme l'installation téléphonique ou celle dédiée au câble TV (réalisée avec du câble coaxial).

Un exemple de connexion classique des équipements en réseau LAN Ethernet par câbles est présenté ci-dessous.

Réseau Ethernet LAN câblé en fils de cuivre CAT5

Une question de débit!

Les débits maximums théoriques d'un LAN Ethernet filaire sont de 100 Mbps et peuvent passer facilement à 1 Gbps avec des équipements et des interfaces GigaEthernet.

L'avantage de ce réseau réside dans sa simplicité d'usage car c'est le mode de connexion en réseau le plus répandu. Son désavantage réside dans le fait que le câblage d'une maison a un coût non négligeable et implique des désagréments dus aux travaux. Dans les nouvelles habitations, il est bon de prévoir dès le début ce type de câblage.

Pour les coûts on peut noter que:

  • il y a des coûts liés au câblage d'une maison,
  • les coûts des équipements/adaptateurs sont nuls car tous les équipements multimédia à connecter sont munis d'interfaces natives Ethernet.

Le réseau LAN sans fil

En absence de câblage filaire Ethernet, la solution sans fil résout les problèmes de connexion entre différents équipements multimédia. Les AP WiFi (Access Point WiFi) doivent être capables de gérér plusieurs types d'identifiants SSID et la qualité de services QoS afin d'établir des priorités pour le trafic réseau. Le schéma ci-dessous illustre un exemple de LAN WiFi pour la transmission des flux vidéo IPTV vers différents écrans.

Réseau LAN sans fil

Les technologies WiFi actuelles permettent des débits de 11 Mbps pour le 802.11b et de 54 Mbps pour le 802.11a/802.11g. Les équipements WiFi supportent, en général, ces trois standards.

Pour les coûts on peut noter que:

  • les coûts liés au câblage d'une maison sont nuls. C'est "le" point fort du WiFi;
  • les coûts des équipements/adaptateurs sont à prévoir au moins dans un des deux points à connecter car une majorité d'équipements multimédia sont munis d'interfaces natives WiFi.

Les points faibles du WiFi sont les suivants:

  • les ondes WiFi peuvent se heurter à des obstacles physiques (poutres métalliques, hourdis en béton, etc.). Dans ce cas, la transmission est moins bonne. Il est conseillé de faire un test de transmission pour décider de la technologie à adopter pour un réseau domestique ou professionnel;
  • la transmission par des réseaux WiFi n'assure pas suffisamment de bande passante pour les transmissions entre les équipements multimédia (surtout dans le cas de plusieurs flux HDTV). Le débit utile est plus faible que le débit des réseaux LAN filaires;
  • les interférences avec les GSM, les fours à micro-ondes, les téléphones sans fil DECT, les erreurs de manipulation des équipements par les utilisateurs, induisent autant de problèmes dans la transmission des flux vidéo;
  • le peu ou pas de possibilité de gestion des priorités, qualité absolument nécessaire à la bonne transmission de ces flux multimédia.

Un nouveau standard a été défini par IEEE comme successeur de 802.11g: le 802.11n/e. Le Wi-Fi actuel (802.11a/b/g) offre des limitations décrites ci-dessus. Le successeur du 802.11g est en cours de standardisation par IEEE (annoncé pour 2008) sous le nom de 802.11n. Ce standard inclut le nouveau concept MIMO (Multiple Input Multiple Output) basé sur des antennes intelligentes qui permettent une meilleure transmission des flux de données à l'intérieur d'une habitation ou d'un local professionnel.

Combiné avec les extensions pour la gestion de la QoS (802.11e) et proposant des débits entre 200 et 500 Mbps, le nouveau standard 802.11n est une alternative pour les réseaux domestiques du futur dédiés aux services multimédia.

Le réseau LAN CPL

CPL ou "courants porteurs de ligne" fait son apparition dans le techniques LAN car elle permet de réaliser un réseau en utilisant le câblage électrique d'un logement ou d'une entreprise (réutilisation d'une infrastructure de câblage existante dans toutes les habitations).

La technique CPL est bien connue et déjà utilisée pour contrôler les compteurs électriques bi/tri horaires par exemple. Aujourd'hui, elle permet également de connecter en réseau local plusieurs ordinateurs, des téléviseurs et autres équipements informatiques ou multimédia, tout simplement par le réseau électrique, sans se heurter au problème des câbles traînant sur le sol ou accrochés aux murs. Par sa nature même, le réseau électrique d'une habitation couvre toutes les pièces et donne ainsi l'opportunité d'offrir un accès au réseau de la cave au grenier et de la terrasse au garage!

Pour l'utilisation il suffit de placer un adaptateur CPL dans une prise de courant électrique et ensuite d'y connecter l'équipement réseau (PC, laptop, imprimante, modem/router, etc.) avec un câble ethernet ou un câble USB.

Réseau LAN CPL

En ce qui concerne les vitesses de transmission, la technologie CPL offre actuellement un débit compris entre 14 Mbps et 85 Mbps (en fonction des constructeurs), c'est-à-dire:

  • un peu plus rapide que le WiFi 802.11b, qui fonctionne à 11 Mbps,
  • moins rapide ou comparable avec le WiFi 802.11a/g (54 Mbps),
  • moins rapide que les réseaux LAN Ethernet câblés CAT5.

Il faut toutefois tenir compte d'une limitation des longueurs de câbles à maximum 200 mètres!

CPL a été standardisé par le Home Plug Powerline Alliance. Sa dernière version, Home Plug AV supporte un débit de 200 Mbps (pouvant être partagé entre vidéo, audio,voix et data Internet) et les produits ne tarderont pas à apparaître sur le marché. Le nouveau standard à 200 Mbps reste compatible et pourra fonctionner avec les anciens équipements de 14 ou 85 Mbps à condition d'utiliser des produits Home Plug. La compatibilité avec d'autres produits CPL propriétaires n'est pas assurée. Seule la compatibilité avec les produits certifiés Home Plug est garantie. Ces produits auront le label de certification Home Plug.

Home Plug Powerline Alliance

Des sociétés comme Netgear, BeWAN, Lea, CMM et Olitec se sont investies dans cette aventure CPL.

Cependant, certains désavantages peuvent nuire sérieusement à la qualité de la transmission des flux audiovisuels par un réseau CPL:

  • le bruit induit par les interrupteurs et les dimmers (systèmes de réglage de l'intensité lumineuse) et par les appareils électriques ménagers (aspirateurs, frigos, fours, etc.);
  • le bruit induit dans le réseau électrique par les voisins;
  • la nécessité d'isoler le signal audiovisuel afin qu'il reste au niveau d'une habitation pour ne pas polluer le réseau des voisins (et vice versa);
  • etc.

MoCA

La réutilisation d'un câblage TV (câble coaxial qui relie les téléviseurs d'une habitation vers le point d'entrée du signal fourni par un câblo-opérateur ou par une antenne) dans une habitation permet également d'éviter les frais et les désagréments des travaux pour réaliser un réseau LAN domestique pour le transfert des flux multimédia. Le blindage du câble coaxial favorise le transfert de données sans pertes sur d'assez longues distances.

La présence d'un câblage coaxial pour TV dans la majorité des habitations partout dans le monde a eu un rôle déterminant dans le développement de ces spécifications MoCA par l'organisation Multimedia over Coax Alliance.

Le débit maximum envisagé est de 270 Mbps, les tests réalisés ont mis en évidence des débits de 135 Mbps avec la possibilité de gestion de la qualité de service QoS.

Parmi les avantages de cette technologie, on citera notamment:

  • la présence d'un câblage coaxial dans la grande majorité des habitations;
  • le débit suffit largement pour distribuer des flux multimédia (y compris la voix) entre différents équipements d'une habitation;
  • l'intégration du QoS permet de transférer les services triple play/multi-play à l'intérieur d'une habitation avec les meilleures performances.

Le seul désavantage de cette solution réside dans le fait que toutes les pièces d'une habitation n'ont pas été prévues avec l'arrivée d'un câble coaxial pour la télévision. Dans ce cas, soit on installe des nouveaux câbles, soit on prolonge le réseau domestique MoCA par un autre réseau (WiFi, HPNA, Ethernet CAT5, etc.).

HomePNA

Un autre câblage fortement répandu au niveau de toutes les habitations est celui du téléphone. Si la voix devient un service dans le cadre du triple play (multi play) et que ce service est transféré partout dans une habitation via un réseau domestique, alors ce câblage pourra être réutilisé pour réaliser ce réseau LAN domestique.

Le dernier standard HomePNA 3.0 a été ratifié par ITU spécialement pour favoriser le déploiement du triple play. Le débit maximum théorique est de 240 Mbps et les tests ont été concluants pour des débits allant jusqu'au 100 Mbps.

HomePNA est promu par l'association Home Phoneline Networking Alliance.

Les avantages de HomePNA sont:

  • la présence des prises de téléphone proches des équipements tels PC, Laptop;
  • la possibilité d'usage de ces câbles pour xDSL, fax et LAN domestique sans interférences;
  • la possibilité d'utiliser cette technologie de transmission sur le câble coaxial en plus du câble téléphonique.

Comme désavantages, on retiendra:

  • le fait que les prises téléphoniques ne sont pas à proximité des téléviseurs, des décodeurs TV ou des lecteurs DVD;
  • une latence assez importante (de 20 à 30 ms) dans la transmission des signaux a été mise en évidence, ce qui peut affecter les transmissions vidéo;
  • l'usage de HomePNA sur le câble coaxial d'une habitation peut provoquer des interférences sur les transmissions TV via ce câble, interférences qui peuvent déranger les voisins.

En résumé

Pour réaliser un réseau LAN domestique performant, plusieurs technologies sont actuellement à disposition sur le marché. Ce réseau pourra être entièrement réalisé avec une des technologies décrites ci-dessus ou avec un mélange de technologies (Ethernet, WiFi, MoCA, HomePNA) et la réutilisation des câbles existants (coaxial ou téléphonique).

Type de réseau Débit théorique Débit pratique (réél) Latence Commentaires
Ethernet CAT5 100 Mbps 96 Mbps <1 ms peut passer facilement à 1 Gbps
802.11g 54 Mbps 20-25 Mbps 20-30 ms WiFi
MoCA 270 Mbps 135 Mbps 5 ms réutilisation du câble coaxial TV
HomePNA 240 Mbps 80-100 Mbps 20-30 ms réutilisation du câble téléphonique
802.11n/e >200 Mbps 100 Mbps inconnue WiFi
Home Plug AV 200 Mbps 50-55 Mbps 20-30 ms CPL standardisé et certifié Home Plug

Le tableau ci-dessus présente une synthèse des technologies LAN dédiées aux réseaux domestiques (et leurs caractéristiques).

Quelques pistes pour l'avenir

Le Wireless USB

Les spécifications finales du Wireless USB ont été définies par le USB Promoter Group en mai 2005. Il s'agit d'une technologie radio courte portée multi-bande OFDM applicable au domaine de l'electronique grand public ou professionnelle. Le WUSB offrira un débit de 480 Mbps (60 Mo/s) à trois mètres. Le débit est étroitement dépendant de la distance car celui-ci descend à 13,75 Mo/s à partir de dix mètres. Néanmoins, le WUSB présente l'avantage de bien traverser bien les obstacles car il exploite les fréquences de 3,1 à 10,6 GHz de la technologie Ultra Wide Band (UWB). Le second avantage du WUSB réside dans l'absence d'interférences avec d'autres standards comme le WiFi ou Bluetooth. Pour sa mise en oeuvre, le WUSB transforme le PC en machine hôte, lequel organise alors les communications avec les différents périphériques (max. 127) selon un modèle en étoile, encore appelé cluster WUSB. Parmi les entreprises du Wireless USB Promoter Group, on retrouve des sociétés telles que HP, Intel, Microsoft, Philips, Samsung ou encore NEC. Une future version 1.1 du WUSB pourrait voir le jour d'ici la fin de la décennie. Le débit de cette future version pourrait être porté à 1 Gbit/s.

Le Wireless HDMI

Le Wireless HDMI utilise également la technologie radio Ultra Wide Band (UWB). Le WHDMI a été conçu pour se substituer aux câbles actuels HDMI en permettant le transfert de très gros volumes de données entre appareils électroniques au sein d'une même pièce de la maison. Il sera ainsi possible, par exemple, de transférer un flux vidéo non compressé en Full HD 1080p entre un lecteur DVD et un téléviseur sur une distance de plusieurs mètres. Le WHDMI est également compatible avec la norme de protection des contenus (HDCP) lors du Consumer Electronic Show de Las Vegas en janvier 2007, Philips a présenté une solution WHDMI qui permet des transferts de ce type sur une distance comprise entre 7 et 8 mètres sans interférence avec les autres réseaux radio WiFi ou Bluetooth.

Pour en savoir plus

  • Wi-Fi Alliance Lien externe
    Organisation sans but lucratif internationale dont l'objectif est de certifier les produits Wi-Fi et de favoriser l'adoption du Wi-Fi comme standard pour les réseaux sans fil
    http://www.weca.net
  • HomePlug Powerline Alliance Lien externe
    The Alliance's mission is to enable and promote rapid availability, adoption and implementation of cost effective, interoperable and standards-based home powerline networks and products
    http://www.homeplug.org
  • MoCA Lien externe
    The Multimedia over Coax Alliance has been formed as non-profit mutual benefit corporation to develop and promote specifications for the transport of digital entertainment and information content over in-home coaxial cable
    http://www.mocalliance.org
  • HomePNA Lien externe
    The HomePNA alliance develops triple-play home networking solutions for distributing entertainment data over both existing coax cable and phone lines
    http://www.homepna.org
Portail de la Région wallonne