Réseaux sans fil : quand la vidéo coupe le cordon

Pour véhiculer des flux vidéo, les réseaux sans fil sont de plus en plus sollicités pour leurs performances : flexibles, évolutifs et simples à installer, ils sont aussi économiques.

A retenir

 

– Le WiMax, l’HiperLAN, le Wi-Fi sont des technologies qui se développent :
la diversification des protocoles et l’établissement de normes, parallèlement
à l’ouverture des bandes de fréquences autorisent de réelles applications
et fournissent une alternative fiable aux réseaux filaires pour le transport
des images.

 

– Sur un site où aucun réseau filaire ne permet de véhiculer des images,
le déploiement d’un réseau sans fil est jusqu’à dix fois moins coûteux.
En environnement urbain, la pose d’un réseau filaire comporte autant
de contraintes de délais de réalisation, d’obtention d’autorisations,
de coordination des intervenants, sans parler des nuisances pour
la circulation. Adopter le sans fil, c’est donc s’affranchir de travaux de génie
civil lourds et onéreux.

 

– Si l’on s’en tient aux fréquences utilisables sur le territoire français,
trois bandes de fréquences sont disponibles.

 

– Les différentes technologies et architectures sans fil (point-à-point,
point-multipoint, réseau maillé) n’offrant pas les mêmes possibilités
ni les mêmes performances d’exploitation.

Jusqu’à 30 km de portée en ligne de vue. Des débits de 70, 150, 250 Mbits/s utiles. Une grande simplicité de mise en œuvre. Les performances des réseaux sans fil haut débit répondent aux besoins croissants en matière de bande passante, de mobilité et de flexibilité dans le déploiement d’applications toujours plus nombreuses. Les applications de sécurité ne sont pas en reste. L’usage de liaisons dématérialisées pour la vidéosurveillance permet non seulement de s’affranchir des contraintes de câblage et d’alléger les investissements, mais aussi d’envisager de nouveaux terrains d’utilisation. Les technologies sans fil sont opérationnelles et le prouvent : les solutions Mesh (réseaux maillés) permettent de réaliser des installations de vidéosurveillance évolutives, capables de résilience en cas de pannes et d’interférences, de contournement d’obstacles, de réutilisation des fréquences du fait de faisceaux directifs. Des applications de mobilité rapide sont également possibles. Les technologies WiMax et HiperLAN fournissent des débits de plus en plus importants et permettent de déployer des liaisons performantes dans des environnements urbains très denses. Le Wi-Fi peut également être utilisé pour le déploiement de petites installations. Mais, qu’il soit filaire ou non, un réseau conçu pour l’exploitation de caméras implique de bien définir les enjeux d’une installation : ses capacités de bande passante actuelle et prévisionnelle, les distances à couvrir, la fiabilité et le niveau de sécurisation attendus dans la transmission des informations, etc. Alors, quelles sont les garanties offertes par les différentes technologies sans fil haut débit ? Par rapport aux réseaux filaires, les réseaux radio sont-ils une solution de rupture ou de continuité ?

Un marché plus ouvert

Mathieu Lesieur (Sony) indique que « dès qu’un projet d’installation implique de longues distances ainsi que des contraintes budgétaires de mise en œuvre, on bascule sur des architectures sans fil dans 10 à 20 % des cas. » De son côté, Garry Goldenberg constate que sur les deux dernières années la quasi-totalité des appels d’offre portant sur la vidéosurveillance incluent la possibilité d’utiliser une technologie radio. « Ce n’était pas le cas il y a deux ans, où la question de s’affranchir d’un réseau filaire ne se posait pas. Aujourd’hui, le filaire reste privilégié, mais les options radio sont mentionnées dans les CCTP, soit comme option principale, soit comme option annexe. » Et si ce n’est pas le cas, il est toujours utile de le préconiser.

 

Comme le note Patrice Ferrant (Mobotix), « tout dépend du profils des bureaux d’études. Si on a affaire à des électriciens ou des professionnels issus du bâtiment, les demandes portent encore majoritairement sur des infrastructures filaires traditionnelles. Si on a affaire à des sensibilités “télécom”, les réseaux sans fil sont davantage évoqués. Mais, quels que soient les interlocuteurs, il est souvent gratifiant de suggérer la mise en place d’une architecture de vidéosurveillance sans fil. Par exemple, nombre de clients souhaitant installer un parc réduit de caméras ont opté pour ce type de liaisons, offrant flexibilité et évolutivité. » Sur le terrain de la vidéosurveillance, la demande en faveur du sans fil existe donc bel et bien. Elle exprime aussi de nouveaux besoins relatifs au développement de réseaux mobiles et temporaires. C’est le cas des forces de police, amenées à déployer des réseaux opérationnels immédiatement ou capables de fonctionner en situation de mobilité à grande vitesse. Garry Goldenberg : « Certaines communes n’ont en effet pas les moyens de s’offrir un central de surveillance et des opérateurs chargés d’entretenir une veille 24 h/24. Les applications mobiles reliées à un réseau sans fil permettent, d’une part, aux forces de police de visualiser des événements et, d’autre part, de garder un œil sur l’évolution de la situation pendant qu’elles se rendent sur les lieux, grâce à un PC embarqué. » Bien que marginales, ces applications font l’objet d’une réelle demande, à laquelle il existe des réponses performantes. Luceor, société spécialisée dans le développement de réseaux Mesh, propose notamment des solutions spécifiques dans le domaine de la sécurité du territoire.

Remplacer un central de surveillance

> Garry Goldenberg : « Certaines communes n’ont en effet pas les moyens
de s’offrir un central de surveillance et des opérateurs chargés d’entretenir
une veille 24 h/24. Les applications mobiles reliées à un réseau sans fil
permettent, d’une part, aux forces de police de visualiser des événements
et, d’autre part, de garder un œil sur l’évolution de la situation pendant qu’elles
se rendent sur les lieux, grâce à un PC embarqué. »

 

> Bien que marginales, ces applications font l’objet d’une réelle demande,
à laquelle il existe des réponses performantes. Luceor, société spécialisée
dans le développement de réseaux Mesh, propose notamment des solutions
spécifiques dans le domaine de la sécurité du territoire.

Quand le filaire montre ses limites

Souplesse, rapidité et économie de mise en œuvre sont les bénéfices les plus immédiats des technologies sans fil. Sur quels terrains et dans quels cas de figure ces réseaux sont-ils préconisés ? Sur un site où aucun réseau filaire ne permet de véhiculer des images, le déploiement d’un réseau sans fil est jusqu’à 10 fois moins coûteux. En environnement urbain, la pose d’un réseau filaire comporte autant de contraintes de délais de réalisation, d’obtention d’autorisations, de coordination des intervenants, sans parler des nuisances pour la circulation. Adopter le sans fil, c’est donc s’affranchir de travaux de génie civil lourds et onéreux. C’est aussi faire un choix proportionné par rapport à un investissement progressif.

En effet, « lorsqu’une petite commune souhaite s’équiper en vidéosurveillance, elle commence d’ordinaire par une dizaine de caméras, remarque Gabriel Dib. Mais si réduit soit-il, un tel dispositif nécessite de creuser quelques kilomètres de tranchées. Par ailleurs, sur un site industriel, la topologie du terrain et les obstacles ne permettent pas toujours de tirer de la fibre. Dans ces cas, le déploiement de réseaux mixtes filaires/ sans-fil en réutilisant si possible les réseaux existants sont envisagés. » Ajoutons à cette remarque que la mise en œuvre d’une installation de vidéosurveillance sans fil se révèle particulièrement simple. Chaque caméra étant raccordée individuellement à une borne radio ou connectée à un switch regroupant plusieurs caméras, les compétences d’un technicien suffisent pour la mise en place de l’ensemble.

« Par ailleurs, indique Garry Goldenberg, on trouve de plus en plus de caméras dotée d’une sortie PoE et alimentées directement par la borne radio. En conséquence, il n’est plus nécessaire d’y associer des coffrets d’énergie lourds, encombrants et coûteux. On aboutit ainsi à des installations plus légères, tant sur le plan des équipements que sur le plan budgétaire. » Outre les applications en milieu urbain, on observe un développement croissant du sans fil sur les campus industriels et les zones d’activités. « En effet, continue Garry Goldenberg, en l’absence de technologies radio, il faut bien entendu tirer de la fibre pour relier les caméras au poste de contrôle. Mais, du fait du passage fréquent de véhicules lourds, il existe des risques de fracture des réseaux. »

 

Dans le cadre de l’extension d’un réseau filaire, le sans fil fournit également une solution de continuité simple et économique lorsque, localement, le terrain ne permet pas de tirer facilement des câbles. « Les technologies sans fil sont préconisées pour des liaisons dont la mise en œuvre sous forme de réseau filaire se révèle compliquée, explique Luc Plaud (Sony). Le sans fil s’impose lorsque survient une contrainte d’accessibilité, très souvent en bout de chaîne. » Si bien que filaire et radio sont amenés à cohabiter sur un même réseau.

 

Selon Garry Goldenberg, la meilleure préconisation pour l’exploitation d’une installation de vidéosurveillance réside d’ailleurs dans le choix d’une solution mixte : « Une installation qui va utiliser la fibre pour la partie dorsale (collecte et rapatriement vers le centre de surveillance) et une technologie radio pour connecter des caméras qui sont, soit difficiles à déployer en filaire, soit destinées à être déplacées. En résumé, il existe une quantité de raisons qui limitent l’usage de la fibre et favorisent en contrepartie le développement local du sans fil. »

 

 

Les standards du sans fil haut débit

> IEEE 802.11

Constitue le groupe de normes de référence du Wi-Fi, décrivant
les caractéristiques d’un réseau sans fil local (WLAN), à l’usage du grand
public. Dans sa version initiale (802.11), cette norme offre des débits
de 1 à 2 Mbits/s. Les déclinaisons (802.11a, b, c…n) correspondent
à des révisions du standard et permettent d’obtenir des débits différents
en fonction de la portée, ainsi qu’un nombre de canaux radio disponibles.

– La norme IEEE 802.11a fournit un débit théorique de 54 Mbits/s
(25 à 30 Mbit/s utiles) et spécifie 8 canaux radio dans la bande
de fréquences 5 GHz pour une portée de 10 m.

– La norme IEEE 802.11b fournit un débit théorique de 11 Mbits/s
(6 Mbit/s utiles) et spécifie 3 canaux radio dans la bande de fréquences 
2,4 GHz pour une portée de 100 m.

– La norme IEEE 802.11n permet d’atteindre 270 Mbits/s théoriques
dans la bande 2,4 GHz ou 300 Mbits/s théoriques (150 Mbits/s utiles)
dans la bande 5 GHz.

 

> HiperLAN

Ce standard européen de télécommunication représente une alternative
au groupe de normes IEEE 802.11. L’HiperLAN fournit des débits de l’ordre
de 23,5 Mbits/s théoriques dans une bande de fréquences comprise entre
5,1 et 5,3 GHz. L’HiperLAN2 opère dans une bande de fréquences comprise
entre 5,4 et 5,7 GHz, pour des débits maximum de 54 Mbits/s théoriques.

 

> IEEE 802.16

Il s’agit du groupe de normes de référence du WiMax. Les différentes
déclinaisons de la norme IEEE 802.16 autorisent des portées de l’ordre
de plusieurs dizaines de km sur une bande de fréquences de 3,5 GHz.
En fonction des versions de la norme, les débits varient de 4,5 jusqu’à
70 Mbits/s théoriques. IEEE 802.16m (2009), la dernière déclinaison
en date, est cependant capable, en théorie, de fournir jusqu’à 1Gbits/s
en stationnaire et jusqu’à 100 Mbits/s en application mobile.

 

> Mesh OLSR

Le protocole OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) constitue
le standard des réseaux maillés « Mesh ». OLSR définit le concept de relais
multipoint. Il permet aussi le développement d’applications mobiles et offre
des possibilités de compatibilité avec différentes technologies sans fil
(Wi-Fi, WiMax) et filaires (Fibre, PLC, Ethernet).

La spécificité des flux vidéo

Quels facteurs doit-on prendre en compte dans le choix d’un réseau sans fil dédié à la vidéosurveillance ? Les différentes technologies et architectures sans fil (point-à-point, point-multipoint, réseau maillé) n’offrant pas les mêmes possibilités ni les mêmes performances d’exploitation, quelques considérations s’imposent avant d’opter pour l’une ou l’autre solution. Il faut notamment prendre en compte les capacités de débit et de qualité de service.

« Il est nécessaire de fournir des conditions de transmission favorables, indique Garry Goldenberg. Une image fournie par une caméra de vidéosurveillance aura beau être d’excellente qualité, il faut pouvoir la véhiculer correctement jusqu’au moniteur ou dans les unités de stockage, en évitant les effets de mosaïque. Ensuite, il faut prendre en compte la spécificité des flux vidéo en vidéosurveillance. Contrairement aux flux informatiques traditionnels, qui sont descendants, les flux vidéo sont ascendants, de la caméra vers le centre de contrôle. Or, de façon générale, les systèmes de transmission sans fil privilégient les flux descendants. »

De fait, l’équipement radio qui va être utilisé doit être capable de garantir un débit minimum suffisant sur le flux montant, et non sur le flux descendant. Ce sont des conditions que l’on ne peut en général satisfaire qu’avec des technologies HiperLAN ou WiMax, car elles ont été conçues dans cet objectif de qualité de service. Il est également nécessaire de penser une installation le plus en amont possible.

Comme le remarque Luc Plaud, toute installation de vidéosurveillance doit être correctement dimensionnée, à plus forte raison lorsqu’on utilise une technologie radio : « En l’occurrence, surdimensionner un réseau sans fil en bande passante pour s’assurer d’un fonctionnement correct n’est pas une panacée. Car doubler ou tripler les capacités d’un réseau sans fil revient à multiplier par x fois sont coût. En phase de proposition d’un projet, il est donc indispensable de dimensionner un réseau sans fil au plus juste. » Les réseaux sans fil comportent aussi des contraintes, en particulier sur les liaisons longue distance : problèmes de bande passante, temps de latence, phénomènes de fluctuations du signal (jitter).

« Sur des applications de vidéosurveillance en temps réel, ce sont des problématiques à considérer de près, rappelle Luc Plaud. Bien qu’à l’heure actuelle, on dispose de suffisamment d’acquis pour maîtriser ces perturbations. Avec les progrès effectués en matière de compression, notamment avec le H.264, il est toujours possible de générer un flux d’images de qualité et adapté à la bande passante disponible. On arrive donc à obtenir des performances tout à fait honorables par rapport aux conditions offertes par un réseau filaire. Si bien qu’aujourd’hui, une liaison sans fil ne constitue plus le goulot d’étranglement d’un réseau. »

Se pose en effet la question de la fiabilité des transmissions et de la sécurisation des données. Les flux d’images qui transitent sur les liaisons sans fil peuvent être soumis à des perturbations liées, par exemple, à la densité de box Adsl sur les réseaux Wi-Fi. Un phénomène qui, dans certaines zones urbaines, ne garantit pas toujours une continuité de service. « Pour y remédier, estime Patrice Ferrant, une caméra doit être performante dans sa capacité à bufferiser un flux et à stocker les images pour fournir une continuité d’enregistrement en cas de perturbation des liaisons. En somme, la problématique du sans fil, ce n’est pas tant la technologie elle-même, puisqu’on est capable de déployer des liaisons caméras sur plusieurs kilomètres de manière très satisfaisante. Elle est dans le choix de produits adaptés ou non. »

Question de fréquences

 

Le spectre de fréquences attribué aux technologies de transmission sans fil varie d’un pays à l’autre. Si l’on s’en tient aux fréquences utilisables sur le territoire français, trois bandes de fréquences sont disponibles. Garry Goldenberg : « Aujourd’hui, on dispose de deux bandes de fréquences libres, le 2,4 Ghz et le 5,4 Ghz, ainsi qu’une bande de fréquence opérateurs, le 3,5 Ghz (utilisée notamment par le WiMax). Pour le moment, il existe relativement peu d’applications sur cette dernière bande. Le modèle économique n’est pas encore très favorable du fait des coûts élevés d’acquisition de la fréquence. La bande 2,4 Ghz est dédiée au Wi-Fi. Cette fréquence a l’inconvénient d’être potentiellement encombrée par la quantité de boxes Adsl, susceptibles de créer des interférences. En conséquence, il n’est pas toujours possible de garantir une qualité de service dans un environnement dense. Dans la bande des 5,4 Ghz, 4 technologies sont disponibles : le Mesh, le Wi-Fi, l’HiperLAN, mais aussi le WiMax. Alvarion propose en effet des produits WiMax dans cette bande de fréquence. »

Du point-à-point au réseau maillé

Assurer une continuité de service demeure une problématique centrale des réseaux sans fil. Le choix d’une architecture par rapport à une autre est aussi un élément déterminant dans la gestion du phénomène. Trois topographies de réseaux sont actuellement déployées : le point-à-point, le point-multipoint et le réseau maillé ou Mesh. Elles peuvent être combinées pour déployer une couverture adaptée aux contraintes de terrain, qui présente le plus souvent des obstacles physiques susceptibles de nuire au passage des ondes radio. Dans les deux premières configurations, une station de base communique par fréquence radio avec un terminal (point-à-point) ou plusieurs terminaux (point-multipoint).

Garry Goldenberg : « Le point-à-point représente l’architecture la plus simple. Il consiste à raccorder une caméra ou un bouquet de caméras sur un poste de surveillance. Le point-à-point peut être utilisé comme réseau de collecte, établi à partir d’un point de concentration, un point haut fédérant des caméras raccordées en point-multipoint. Ensuite, ce point haut est relié en point-à-point au central de surveillance. Bien sûr, la radio a ses contraintes et suppose de disposer d’une bonne visibilité sur la zone couverte. WiMax et HiperLAN autorisent cependant des fonctionnements en visibilité imparfaite. Les portées seront plus courtes, mais ce sont des technologies exploitables en environnement urbain. » De plus, ces architectures ont l’avantage de nécessiter des terminaux peu coûteux. Les architectures en réseau maillé autorisent de nombreuses possibilités d’exploitation, dans la mesure où il s’agit de technologies capables de fédérer différents types de réseaux. Ainsi, un réseau Mesh peut comporter des parties sans fil et des parties filaires.

« Un réseau maillé mixte permet aussi de créer des liaisons point-à-point et point-multipoint, ajoute Gabriel Dib. Dans un réseau Mesh, les équipements ne sont pas asservis à une base maîtresse : chaque station radio transmet ses propres flux et relaye ceux des autres stations. Les stations d’un réseau Mesh sont à la fois indépendantes les unes des autres et interconnectées. Une telle architecture, décentralisée, offre des capacités de résilience et permet d’assumer la continuité du réseau en cas de problème de transmission du signal. C’est de plus une solution avantageuse lorsque l’on a besoin de déployer une infrastructure de communication en dehors des réseaux des opérateurs. »

Si les réseaux maillés se révèlent très performants, en particulier dans le cadre d’applications de pointe, ils restent cependant tributaires de certaines contraintes, comme le remarque Garry Goldenberg : « Le réseau maillé fournit d’excellentes performances pour maintenir, notamment, la connectivité dans les applications mobiles. Chaque borne étant émetteur et récepteur, il est plus facile de déployer un routage dynamique assurant la continuité de service en fonction de la mobilité des différents nœuds du réseau. Sur des réseaux peu denses, un réseau maillé fournit également des résultats satisfaisants. Sur des réseaux plus denses comportant des variations de routes, il est plus difficile de garantir la qualité de service, car il existe des risques d’encombrement. En effet, statistiquement, tous les flux sont susceptibles de passer par un même nœud à un moment donné, et donc d’engorger ce nœud. »

Un réseau WiMax
pour la surveillance mobile

 

> PC embarqué dans un véhicule de police et connecté par radio (borne BreezeACCESS VL, Alvarion).

La communauté de communes
de Roissy Porte de France
(18 communes, 45 000 habitants)
a prévu de déployer un total
de 100 caméras sur la voie publique,
en collaboration avec Sony et Alvarion.
Les quarante caméras installées
à ce jour sur sept communes sont
connectées par des liaisons WiMax
au serveur central. Une solution
de visualisation embarquée permet
de procéder à des levées de doute
dans les véhicules de police.

Des liaisons dangereuses ou sécurisées ?

Dans le domaine de la sécurisation des données, il importe de bien évaluer ses besoins, car les différentes technologies évoquées ne fournissent pas les mêmes garanties.

Selon Garry Goldenberg, « la véritable problématique ne se situe pas au niveau du cryptage en lui-même, les solutions existantes étant satisfaisantes, mais au niveau de l’accessibilité aux outils permettant de crypter les flux d’informations ». Dans ce contexte, le Wi-Fi reste la solution la moins sécurisée. C’est une technologie conçue pour des applications grand public, dont les dispositifs de cryptage sont plus faciles à forcer. 

« L’intérêt du Wi-Fi, précise Luc Plaud, c’est la simplicité et l’économie pour de petites installations et des besoins en sécurité correspondants. Il n’est pas adapté aux applications critiques, aux demandes de sécurité des systèmes d’information des grandes entreprises. » Mesh, WiMax et HiperLAN, solutions dédiées aux applications professionnelles, disposent de moyens de sécurisation plus développés. Ce sont des technologies qui intègrent des systèmes de cryptage beaucoup plus difficiles à casser. Par ailleurs, le WiMax utilise des certificats de sécurité spécifiques.

Les réseaux maillés disposent également de solutions fiables en matière de cryptage : « Pour les solutions développées par Luceor, indique Gabriel Dib, nous utilisons les standards WPA2 et AES, reconnus pour leur fiabilité. Et puis, il ne faut pas oublier que les qualités d’un réseau Mesh en matière de résilience procurent également des avantages sur le plan de la sécurité : si un point du réseau est perturbé ou vandalisé, le signal choisit automatiquement un autre chemin. »