Il semble évident qu'à moyen terme, tout reposera sur le protocole IP : voix, données, vidéo et même communications mobiles, complétant ainsi le « quadruple play IP ». On peut débattre du moment et de la rapidité de cette transition, mais l'impact du besoin accru de bande passante sur les réseaux actuels et futurs est indéniable.
L'IP jusqu'au domicile et au sein même du foyer aura un impact immédiat sur une nouvelle gamme de services et d'applications.

- Voix sur IP (VoIP).
- Télévision IP (IPTV).
- Distribution de musique.
- Enregistreurs vidéo sur disque dur.
- Vidéo à la demande.
- Télévision haute définition (HDTV).
- Télévision interactive.
- Services interactifs commercialisés par l'opérateur.
- Services de sécurité interactifs.

De ces services, la vidéo est celui qui nécessite le plus de bande passante et qui a l'impact le plus important sur la façon dont le client perçoit la qualité du service offert.

L'IPTV
, qu'est-ce que c'est ? Pour beaucoup, cet acronyme signifie des centaines de chaînes vidéo à la demande, accessibles partout et à tout moment. L'IPTV (télévision par protocole Internet) désigne un système de diffusion de télévision numérique via le protocole Internet, grâce à une infrastructure d'accès qui peut se limiter à une simple connexion haut débit. Pour les abonnés résidentiels, ce service est souvent proposé avec un service de vidéo à la demande, et parfois combiné avec l'accès Internet haut débit et la voix sur IP, offrant ainsi ce que l'on appelle le « triple play ». Ces services offrent en théorie aux utilisateurs un contrôle total sur leur expérience multimédia. Pour de nombreux opérateurs, cependant, l'
IPTV représente une nouvelle source de revenus grâce à la diffusion de services multimédias avancés via un réseau haut débit. Son développement s'accompagne de la transition de la télévision analogique traditionnelle à la télévision numérique et à tous les services associés, eux aussi désormais entièrement numériques. Les progrès des techniques de compression vidéo facilitent la diffusion de vidéos en définition standard et haute définition (audio et vidéo). L'augmentation de la bande passante, conjuguée aux améliorations des techniques de compression, permet de proposer un contenu toujours plus riche à un nombre croissant d'abonnés xDSL et PON.
Dans un environnement concurrentiel aussi marqué, quelle est la meilleure façon de déployer l'IPTV ? Il n'existe pas de solution unique. Aujourd'hui, les mécanismes les plus courants sont l'ADSL2+, le VDSL2, les réseaux de fibre optique passive (PON), les réseaux HFC (réseaux hybrides des câblo-opérateurs) et parfois une combinaison de ces technologies. Chacune présente des avantages et des inconvénients.
Cette étude examine les éléments clés du service IPTV déployé sur un réseau PON passif, en se concentrant sur les quatre aspects fondamentaux suivants :

Technologie : Quelles technologies sont nécessaires et sont-elles disponibles actuellement et à moyen terme ?
Capacité : Quelles sont les différences entre les différents types de réseaux PON ? Peuvent-ils répondre aux exigences de service requises ?
Coût : Quelles sont les différences de coût entre les différentes options PON ?
Commercialité : À quel prix le service doit-il être proposé ? Quel est l'impact sur le chiffre d'affaires ? Quel est le lien avec le coût ?
Technologie :
Nous commencerons par un bref historique de l'IPTV et décrirons certaines des normes qui régissent la diffusion combinée de la vidéo et de l'audio, le tout sur IP. Nous n'aborderons pas en détail une autre possibilité IP, la DBS (
télévision par satellite numérique). La DBS est un terme généralement utilisé pour désigner la distribution de la télévision par satellite aux particuliers. Elle couvre la télévision analogique et numérique, ainsi que la réception radio, et inclut également des services supplémentaires que ces plateformes peuvent offrir, tels que la vidéo à la demande (limitée) et les services interactifs. Un service DBS désigne généralement un service commercial ou un ensemble de chaînes gratuites disponibles depuis une position orbitale et ciblant un pays spécifique.

Déploiement xDSL typique et normes MPEG (Moving Picture Experts Group) :
Avec les techniques de compression vidéo actuelles, ni les systèmes SHDSL symétriques ni les systèmes ADSL asymétriques ne peuvent fournir la bande passante requise pour l’IPTV. L’ADSL2+ à 26 Mbits/s et le VDSL à 50 Mbits/s offrent une bande passante supérieure, mais au prix d’une portée physique plus réduite. Les abonnés doivent être plus proches du central téléphonique, sinon les débits disponibles diminuent considérablement avec la distance. De nombreux opérateurs trouvent l’IPTV sur xDSL intéressante, car ils disposent déjà de réseaux cuivre, ce qui simplifie grandement le déploiement du service. Cependant, l’un des principaux problèmes réside dans la diffusion des chaînes de télévision traditionnelles et des nouvelles chaînes haute définition via MPEG2. Avec MPEG2, les chaînes haute définition nécessitent environ 20 Mbits/s par chaîne, contre 2,5 à 3,5 Mbits/s pour les chaînes de télévision en définition standard.
MPEG4 représente l’étape suivante en matière de compression, similaire à MPEG2, et compresse principalement les données audio et vidéo numériques (AV). Introduit fin 1998, MPEG-4 désigne un ensemble de normes de codage audio et vidéo.
Les services utilisant la norme MPEG-4 incluent la vidéo en continu sur Internet, la distribution de CD, la visiophonie et la diffusion télévisée. MPEG-4 exploite les outils de MPEG-1 et MPEG-2 et y ajoute de nouvelles fonctionnalités telles que le langage de modélisation de la réalité virtuelle (VRML), qui prend en charge le rendu 3D. Parmi les autres caractéristiques de MPEG-4 figurent la programmation orientée objet (incluant les objets audio, vidéo et VRML), la prise en charge de la gestion des droits d'auteur externe et divers types d'interactivité, comme la vidéo à la demande. La plupart des fonctionnalités de MPEG-4 sont à la disposition du développeur, qui décide de les implémenter ou non. De ce fait, une implémentation complète de toutes les possibilités offertes par la norme est peu probable. Pour pallier ce problème, la norme intègre des concepts tels que les « profils » et les « niveaux », qui permettent de spécifier un ensemble particulier de fonctionnalités et de les utiliser dans des applications spécifiques.

La nouvelle norme H.264,
déjà ratifiée dans le cadre de la norme MPEG-4 (MPEG-4 Partie 10) et de la dernière norme de visioconférence de l'UIT, est obligatoire pour les spécifications des formats HD-DVD et Blu-ray (les deux formats DVD haute définition) et est également ratifiée dans les dernières versions des normes DVB (Digital Video Broadcasters) et 3GPP (3rd Generation Partnership Project). De nombreux fabricants d'équipements de diffusion, de câblodistribution, de visioconférence et d'électronique considèrent la norme H.264 comme le codec de choix pour leurs nouveaux produits et services. Cette adoption d'une norme ouverte par un si large éventail d'entreprises permet à toute entreprise dans le monde de concevoir des appareils (téléphones mobiles, décodeurs, lecteurs DVD, etc.) compatibles avec les nouvelles spécifications HDTV.
La norme MPEG-4 Partie 10 s'est notamment imposée comme essentielle pour la compression audio et vidéo, facilitant ainsi la transmission du signal sur différents types de réseaux et de systèmes de diffusion (Tableau 1).

Besoins liés à la réception simultanée de plusieurs chaînes vidéo :
L’analyse des facteurs expliquant le besoin de plusieurs chaînes vidéo par abonné révèle que ce besoin n’est pas lié au nombre de téléviseurs par foyer. Actuellement, 98,2 % des foyers américains possèdent au moins un téléviseur, et 74,3 % d’entre eux en possèdent deux ou plus (source : Nielsen Media Research).
Une autre statistique indique que quatre téléviseurs sur cinq vendus aujourd’hui sont des téléviseurs haute définition (HDTV) (source : Harvard Research). Le tableau 2 illustre la croissance du nombre de téléviseurs haute définition par million de foyers (source : The Yankee Group). L’arrêt
prévu de la diffusion analogique en 2010 constitue un autre facteur favorisant l’adoption des normes vidéo numériques. L’étude des tendances des distributeurs de télévision suggère qu’il s’agirait non seulement de distribuer de la vidéo numérique, mais également de la vidéo numérique haute définition.

Bande passante PON et comparaison avec MPEG.
Cette section traite de la prise en charge de l'IPTV par différentes topologies PON, notamment BPON (Broadband PON) avec des débits de 622/1,2 Gbit/s, GEPON (Gigabit Ethernet PON) avec un débit descendant de 1,2 Gbit/s et GPON (Gigabit PON) avec un débit de 2,4 Gbit/s.
Conformément au calendrier présenté dans le tableau 3, les stratégies de déploiement doivent privilégier les technologies telles que MPEG2 et BPON, tout en assurant une transition progressive vers des technologies comme GEPON et GPON, ainsi que MPEG4.

Capacités
PON
L’objectif de l’étude des différentes topologies PON est de déterminer si une implémentation PON particulière peut répondre aux exigences de bande passante. Ceci est important non seulement pour l’abonné, mais aussi pour le central téléphonique, où les techniques de multidiffusion doivent être appliquées.
La capacité du réseau PON doit garantir une utilisation maximale sans blocage vidéo. L’architecture PON doit être conçue pour gérer un trafic typique et assurer la continuité de service lors des pics de demande. La capacité du réseau PON détermine le nombre maximal de chaînes vidéo par abonné. Cependant, la capacité de multidiffusion sera essentielle pour gérer les services vidéo qui seront demandés sur le réseau PON.

Comme illustré sur la figure 2, la diffusion simultanée de chaînes à différents abonnés, ainsi que l'utilisation régulière du service de vidéo à la demande (VOD), influent sur la bande passante requise sur la liaison entre l'OLT et l'abonné final. Selon le type de service VOD utilisé, les techniques de multidiffusion ou d'unidiffusion peuvent être employées.
La multidiffusion permet d'envoyer des données identiques depuis un nœud de réseau vers un nombre variable d'utilisateurs finaux. Contrairement à l'unidiffusion et à la diffusion, la multidiffusion consiste à transmettre des informations à différents utilisateurs via un seul canal de transmission. Une transmission multidiffusion IP classique est complexifiée par le fait que les utilisateurs peuvent rejoindre ou quitter le groupe de transmission à tout moment. L'unidiffusion consiste en la transmission d'une seule unité de données de protocole (PDU) d'une source vers une seule destination. Dans le cas de la vidéo en unidiffusion, il s'agit simplement de la transmission individuelle d'une chaîne à un utilisateur final. Une transmission unidiffusion point à point nécessite l'envoi d'une copie individuelle du message à chaque utilisateur final.
Grâce aux techniques de multidiffusion, un réseau PON peut mieux répartir la bande passante et l'allouer plus efficacement. À l'inverse, avec une transmission entièrement unicast pour tous les utilisateurs, la liaison entre l'OLT et le réseau dorsal nécessite une bande passante nettement plus élevée.

Conception pour des débits de service spécifiques :
La bande passante utilisée par le réseau PON dépend fortement du type de service utilisé par le client final. Tous les réseaux PON ne seront pas saturés à 100 % avec une utilisation du service vidéo à 100 %. Comme illustré sur la figure 3, les besoins en bande passante varient considérablement selon le service utilisé.
Sur cette figure, pour calculer la bande passante totale utilisée, deux offres de service sont proposées : le service Premium, qui comprend 3 chaînes vidéo standard et 2 chaînes haute définition ; et le service Standard, qui offre 2 chaînes vidéo standard et 1 chaîne haute définition. Les chaînes vidéo sont encodées en MPEG-2, les chaînes haute définition étant encodées à 19,2 Mbit/s et les chaînes standard à 3,5 Mbit/s.
La figure 4 présente quatre groupes de déploiement PON (I, II, III et IV) offrant la même bande passante par utilisateur final. En bas, le ratio de répartition des abonnés par port OLT est indiqué.
La capacité effective d'un réseau PON mesure le nombre de flux vidéo distincts pouvant être diffusés par utilisateur final. Elle évalue la capacité réelle du réseau en tenant compte de l'impact de la compression vidéo et des groupes de déploiement.

du coût
d'un réseau PON :
Le coût des composants et des interfaces d'un réseau PON évoluera inévitablement. Actuellement, le déploiement d'un réseau BPON classique coûte nettement moins cher qu'un déploiement GEPON ou GPON, du fait de la maturité de la technologie et de la disponibilité des puces. Cependant, en termes de rapport coût/performance, le BPON peut avoir plus de difficultés à gérer correctement les exigences et la prise en charge de la vidéo sur IP (VOP). Sur le coût total d'un déploiement PON, le coût des équipements du central téléphonique, installation comprise, ne représente pas plus de 8 %. Le matériel de réseau extérieur et son installation représentent quant à eux 40 % du coût total. La dernière partie du réseau, qui comprend les équipements des abonnés (CPE, Customer Premises Equipment) et l'installation du point de raccordement et des équipements associés, représente jusqu'à 50 % du coût total.
Les coûts des équipements de tête de réseau PON se répartissent essentiellement en trois catégories : l'interface avec les serveurs vidéo, les terminaux OLT et l'interface avec le réseau d'accès. Les études montrent une corrélation directe entre l'interface du réseau d'accès et le coût global de la solution. Un taux de division plus élevé, une source de bande passante supérieure et des technologies plus récentes entraînent tous des coûts d'interface plus importants.
Comme indiqué précédemment, le BPON a connu une baisse rapide de ses coûts grâce à sa maturité technologique et aux volumes élevés. Le GPON, quant à lui, devrait connaître une réduction de coûts beaucoup plus marquée et rapide. Ceci s'expliquera par la prise en charge de 64 abonnés par liaison et l'intégration de technologies telles que le MPEG4.

Revenus PON
Lors de la comparaison de différents déploiements et architectures PON pour l'analyse de rentabilité, il est important de prendre en compte les aspects suivants :

1) Il s'agit d'un déploiement dans une nouvelle zone où je serai le seul fournisseur et où je peux donc m'attendre à une couverture totale.
2) Je modernise mon réseau existant ; j'ai déjà des clients voix et données, et les seuls revenus supplémentaires que je peux espérer proviennent de la vidéo.
3) Je reconstruis mon réseau pour empêcher la concurrence de pénétrer ce secteur.

Les offres triple play représentent une source de revenus essentielle ; tout retard de construction pourrait donc engendrer un manque à gagner important.
La figure 7 illustre comment, en 2005, les dépenses d’investissement consacrées aux architectures PON ont dépassé les recettes (Source : Résultats financiers publiés de Verizon).
L’étude des taux de pénétration des nouveaux services PON repose sur l’hypothèse que 40 % des nouveaux abonnés souscriront à des services vidéo et 64 % à l’internet haut débit, le tout avant 2010. Une augmentation de 40 % des nouveaux abonnements triple play se traduit par une hausse de 60 % des recettes, soit 1,8 million de dollars par logement pour 2 000 foyers nouvellement équipés (Source : Prévisions du Yankee Group pour 2006-2010).

Résumé :
Avec les techniques de compression actuelles, ni le VDSL ni l’ADSL2+ ne fournissent la bande passante nécessaire au transport de plusieurs chaînes IPTV. En utilisant la compression MPEG2, une chaîne haute définition requiert 19,2 Mbits/s, tandis qu’une chaîne de télévision standard en requiert 3,5 Mbits/s. Même le simple fait de changer de chaîne à la maison avec une télécommande engendre une latence avec le DSL, puisque le canal transmis doit être modifié. Cela se traduit par un délai, même avec le VDSL.
Alternative au xDSL, les réseaux PON offrent une bande passante bien supérieure et une portée plus importante. Plusieurs clients peuvent être desservis par une seule fibre grâce à des répartiteurs optiques, avec une grande flexibilité de reconfiguration du réseau. Selon la version du réseau PON déployée, les débits descendants peuvent varier de 622 Mbits/s à 2,488 Gbit/s sur une seule fibre, avec des rapports de partage de 1:16 à 1:128. Un réseau GPON fournissant 2,488 Gbit/s avec un rapport de partage de 1:32 peut offrir 77,75 Mbits/s par client, rendant ainsi une offre de services vidéo potentiellement très attractive. Cependant, même avec la bande passante GPON, la diffusion des chaînes HDTV est compliquée à moins d'utiliser le format MPEG4 pour la distribution.

Conclusions
- Les opérateurs téléphoniques traditionnels doivent modifier leur offre de services et se concentrer davantage sur la vidéo, notamment face à la concurrence des câblo-opérateurs.
- La vidéo à la demande (VOD) et la haute définition (HDTV) gagnent du terrain chaque jour, et leurs besoins en bande passante rendent indispensable la mise en place d'une infrastructure de fibre optique robuste.
- Le nombre de téléviseurs par foyer ne sera plus le facteur déterminant de la bande passante requise par utilisateur ; ce seront plutôt le nombre de chaînes par foyer et les exigences en matière de haute définition.
- L'ADSL2+ et le VDSL ont permis de commercialiser rapidement de nouveaux services, mais la nécessité de proposer une offre vidéo équivalente à celle des câblo-opérateurs signifie que la technologie cuivre sera peu compétitive à moyen terme.
- Les architectures PON offrent une bande passante suffisante pour rivaliser dès aujourd'hui avec la vidéo, que ce soit avec ou sans MPEG4.
- Les types de bande passante PON proposés sont déterminés par le débit des cartes, le taux de partage et la compression vidéo utilisée, et non uniquement par le choix entre BPON, GEPON ou GPON.
- La vidéo représente une part très importante du chiffre d'affaires potentiel des offres triple et quadruple play.
- L'inaction ou les retards dans la mise en œuvre de nouveaux services triple play sur les architectures PON peuvent engendrer un coût d'opportunité important.

Pour plus d'informations ou un devis

José Luis González. Directeur Technique ADC Krone Iberia