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Les Réseaux sans Fils
Master Miage 1Université de Nice – Sophia Antipolis
(Second Semestre 2009-2010)
Jean-Pierre [email protected]
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 2
Plan général
Introduction
1ère Partie : Concepts de base
2ème Partie : Téléphonie mobile
3ème Partie : Réseaux locaux sans fil
4ème Partie : Réseaux large bande sans fil
5ème Partie : Bluetooth
Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 3
Plan du cours
Introduction• Objectifs du cours• Bibliographie
1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 4
Objectifs
Passer en revue les techniques particulières utilisées dans les réseaux sans fil
Passer en revue les différents type de Réseaux sans fil
Étudier de façon plus détaillée quelques réalisations parmi les plus utilisées
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Plan du cours
Introduction• Objectifs du cours
• Bibliographie
1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie :Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 6
Bibliographie (1/2)
Réseaux, 4ème Edition
Andrew Tanenbaum – Prentice Hall – London2003 Texte français : Véronique Warion & Michel Dreyfus – Pearson Éducation France - Paris 2003
Réseaux et Télécoms Claude Servin – Dunod – Paris 2003
Wireless Communications and Networks, 3rd Edition William Stallings – Prentice Hall 08/2002 Les Réseaux – 6ème Edition
Guy Pujolle – Eyrolle - Paris 2007/09
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Réseaux de mobiles et réseaux sans fil GSM, GPRS, UMTS, 802.11, Bluetooth, BLR, DVB, IP Mobil Khaldoun Al Agha, Guy Pujolle, Guillaume Vivier
Eyrolles - PARIS VI
Wi-Fi par la pratique Guy Pujolle, Davor Males - Eyrolles - PARIS VI
Le guide de Wi-Fi et du BluetoothGuy de Lussigny, Joanna Truffaut, Bertrand GrossierParis : Eska interactive, 2004
802.11 Réseaux sans fil La référence, Seconde éditionMatthew Gast, Traduction d'Hervé SoulardEditions O'Reilly, Paris 2005
Bibliographie (2/2)
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Sources Internet (1/2) Technical Resources and Course Web Site for Wireless Communications
by Williams Stallings http://williamstallings.com/Wireless1e.html
Palowireless : Wireless Resource Center http://www.palowireless.com/
WikipediaTéléphone Mobile : http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9l%C3%A9phone_mobileIEEE 802.11 : http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11etc.
Commencamarche.netSélection bibliographique sur le Wi-Fi http://www.commentcamarche.net/livre/?cat=167
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Sources Internet (2/2)
Infoclick solution informatique - Encyclopédie informatiquehttp://www.infoclick.fr/ccm/wifi/wifiintro.htm
The Official Bluetooth Membership https://www.bluetooth.org/
Fing : Fondation internet nouvelle générationLes différentes technologies sans fil : http://www.fing.org/jsp/fiche_actualite.jsp?STNAV=&RUBNAV=&CODE=4988 (article de Jean Michel Cornu, juin 2004)
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Plan général
Introduction
1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion
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Réseaux sans fils
WPAN : Wireless Personnal Area Network BlueTooth IrDA
WHAN : Wireless Home Area Network HomeRF
WLAN : Wireless Local Area Network IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g HiperLan
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Réseaux sans fils
WMAN : Wireless Metropololitan Area Network IEEE 802.16
WWAN : Wireless Wide Area Network GSM GPRS, I-Mode, UMTS
Réseaux de satellites
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 13
Réseaux locaux sans fils
WPAN / WHAN Quelques mètres autour de l’utilisateur se déplacent avec l’usager
pas de station relais Bluetooth :1Mbps IrDA : 4Mbps
WHAN / WLAN De 50 à quelques centaines de mètres couvrent une localisation fixe
station relais IEEE 802.11, HiperLan, HomeRF, AirPort, DECT,
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Le Spectre Electromagnetique
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La bande ISM
ISM Spectrum (Industrial, Scientific and Medical) Utilisation sans licence individuelle
Bande ISM aux États-Unis
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Méthodes d’accès
FDMA (Frequency Division Multiple Access) AMRF (Accès Multiple par Répartition de Fréquences)
TDMA (Time Division Multiple Access) AMRT (Accès multiple à Répartition dans le temps)
CDMA (Code Division Multiple Access) AMRC (Accès multiple à Répartition en Code) code
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FDMA Bande de fréquences divisée en plusieurs sous-bande allouées
de façon continue à un utilisateur Utilisé principalement dans les réseaux analogiques
3
1
2
4
Fréquence
Temps
Libre
Occupé par l’utilisateur 3
N° porteuse1
Occupé par l’utilisateur 2
Occupé par l’utilisateur 1
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TDMA
Totalité de la bande de fréquences alloué à un utilisateur pendant des intervalles de temps donnés (slot)
Utilisé principalement dans les réseaux numériques
Fréquence
A B C D E A B C D ETemps
Libre
Occupé par l’utilisateur 3
N° slotA
Occupé par l’utilisateur 2
Occupé par l’utilisateur 1
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Combinaison FDMA-TDMA
3
1
2
4
N° porteuse1
Libre
Occupé par l’utilisateur 3
N° slotA
Occupé par l’utilisateur 2
Occupé par l’utilisateur 1
Temps
Fréquence
A B C D E A B C D E
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CDMA
Allocation de la totalité de la bande de fréquences à tous les utilisateurs de manière simultanée
Code binaire particulier à chaque utilisateur
Méthode permettant de multiplexer plusieurs utilisateurs au moyen de codes distincts (Orthogonaux)
Appelé aussi : SSMA (Spread Spectrum Multiple Access)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 21
TDMA – FDMA - CDMA
AnalogieUn grand nombre de couples parlant des langues différentes dînent dans une salle de restaurant TDM : tous les couples partagent une même table, les
personnes prennent la parole chacune à leur tour pour parler à leur partenaire
FDM : les couples occupent des tables suffisamment séparée les une des autres et discutent en même temps sans trop se gêner les uns les autres
CDMA : tous les couples partagent une même table et discutent en même temps chacun ne prêtant attention qu’à ce que dit son partenaire dans sa langue et considérant tout le reste comme du bruit
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 22
Spread Spectrum
Étalement du spectre
3 propriétés :
Le signal occupe une Bande Passante plus large que ce qui est nécessaire à la transmission de l’information
Immunité aux interférences Immunité au brouillage (jamming)
Accès multi-utilisateurs (multi-users access)
La largeur de bande est étalée au moyen d’un code indépendant des données
Le récepteur doit se synchroniser sur le code pour récupérer les données
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 23
Spread Spectrum
Codeur Canal Modulateur Canal Démodulateur
Décodeur Canal
Données entrantes
Données de sortie
Générateur de
pseudo bruit
Générateur de
pseudo bruit
Spreading Code
Spreading Code
Schéma général d’un système de communication à étalement de spectre
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 24
Frequency Hopping Spread Spectrum
Etalement du spectre à sauts de fréquences Le signal est commutés rapidement et de façon pseudo
aléatoire entre les différentes fréquences à l’intérieur de la bande allouée
Les sauts se font à intervalles de temps fixes A chaque intervalle successif, une nouvelle fréquence est
utilisée la séquence des canaux utilisés est imposé par le code
spreading code (code d’étalement) le récepteur saute d’une fréquence à l’autre en
synchronisation avec l’émetteur en utilisant le même code Avantages
immunité aux écoutes indiscrètes résistance au brouillage : brouiller une seule fréquence ne
perturbe que quelques bits
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FHSS
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Direct Sequence Spread Spectrum
Chaque bit du signal original est représenté par une série de bits dans le signal transmis
Le spreading code étale le signal sur une plus large bande de fréquence l’étalement est directement proportionnel au nombre de bits
utilisés
Le code est généré de façon pseudo aléatoire le récepteur sait générer le même code et corrèle le signal
reçu avec ce code pour extraire les données
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 27
DSSS
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 28
CDMA : Principe
Temps bit divisé en n intervalles appelés chips (en général 64 ou 128)
Un code n-bit unique (Chip sequence) assigné à chaque utilisateur transmission de 1 => envoi de la chip sequence transmission de 0 => envoi de la chip sequence inversée
(complémentée à 1)
Exemple 8-bit chip sequence : 11010111 transmission de 1 => envoi de 11010111 transmission de 0 => envoi de 00101000
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 29
CDMA : Principe
00000000Pas de transmission
-1 -1 -1 1-11-1-1Transmission de ‘0’
111-11-111Transmission de ‘1’
111-11-111Spreading Sequence
11101011Chip Sequence
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 30
CDMA : Exemple
Exemple de transmission entre 4 utilisateurs(Source : A. Tanenbaum – Computer networks - 4th Edition)
Codes
-1-1111-11-100111010C
-11-1-1-1-11-101000010D
-1111-11-1-101110100B
11-111-1-1-111011000A
Spread SequenceChip SequenceUtilisateur
Tous les codes doivent être orthogonaux deux à deux :
0TSn
1 TS i
1i =≡• ∑
=
n
i
En clair : il y a autant de paires identiques que de paires différentes
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 31
CDMA : Exemple
Méthode utilisée pour générer des chip sequence orthogonale : Walsh code method
Autres propriétés des chip sequence :
S●T = 0 => S●T = 0
S●S= -1
11)(n
1S
n
1SS
n
1 SS
1
2
1
2
1
=±==≡• ∑∑∑===
n
i
n
iii
n
ii
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 32
CDMA : Exemple
Lorsque deux stations émettent en même temps les signaux s’ajoutent linéairement :Par exemple si A envoie 1, B envoie 0, C se tait et D envoie 0 cela donne :
1-11111-110D
00000000-C
3-1-113-1-11S (Somme)
1-1-1-11-1110B
11-111-1-1-11A
Spread SequenceBit transmisUtilisateur
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 33
CDMA : Exemple
N°6
N°5
N°4
N°3
N°2
N°1
Temps bit
-2
-4
-1
0
-2
-1
-2
0
1
0
0
1
0
-2
-3
-2
0
-1
-2
0
3
2
0
1
0
2
1
0
2
1
-2
0
-1
-2
2
1
4
2
-1
0
0
-1
SommesStations
-2S5 =1111
0S6 =1011
1S4 =-101
2S3 =--01
-2S2 =-11-
-1S1 =-1--
DCBA
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 34
CDMA : Exemple
Décodage : produit du signal reçu et de la spreading sequence correspondant à la station dont on veut décoder le signal
Exemple : décodage du bit émis par la station C au temps bit N°4 :
S4 x C
CS4
1
-1
-1
1
1
1
3
-1
-3
3
1
3
1
1
1
-1
1
-1
1
-1
-1
-1
-1
1
S4●C = (1 + 1+ 3 + 3 + 1 -1 + 1 -1) / 8 = 8 / 8 = 1
CS8
1 CS i
8
144 i∑
=
≡•i
En effet : S4 ●C = (A + B + C)●C = A●C + B●C + C●C
= 0 + 0 + 1 = 1 Les 2 premier termes s’annulent car les produits intéieurs des chips sequence ont été choisis orthogonaux
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 35
CDMA : Exemple
Pour les 6 temps bit encodés précédemment, on décode pour la station C :
S1●C =(+1+1+1+1+1+1+1+1)/8=+1=> C=1S2●C =(+2+0+0+0+2+2+0+2)/8=+1=> C=1
S3●C =(+0+0+2+2+0-2+0-2)/8= 0=> pas de CS4●C =(+1+1+3+3+1-1+1-1)/8=+1=> C=1S5●C =(+4+0+2+0+2+0-2+2)/8=+1=> C=1S6●C =(+2-2+0-2+0-2-4+0)/8=-1=> C=0
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 36
Plan général
Introduction 1ère Partie : Concepts de base
2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 37
Historique
Première génération : G1 Analogique Transmission de la voix
Deuxième génération : G2 Numérique Transmission de la voix
G2.5 (Extension de G2) Numérique Voix et données
Troisième génération : G3 Numérique Voix et données (Internet, e-Mail, multimédia, etc.)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 38
G1 : Première Génération
1946 : Premier système à St Louis (USA) pour automobiles Push-to-talk system : semi-duplex CB-Radio, taxis, police
1960 IMTS (Improved Mobile Telephone System) duplex 23 canaux entre 150 MHz et 450 MHz
1980 AMPS (Advanced Mobile Phone System) Inventé par Bell Labs Installé en 1982 aux USA, puis
au Royaume-Uni : TACS au Japon : MCS-L1
Système cellulaire
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 39
AMPS
Diamètre des cellules : 10 à 20 Km Cellules surchargées partagées en cellules plus
petites réutilisation des fréquences puissance réduite
microcellules temporaires évènements temporaires => concentrations d’utilisateurs
Station de Base ( BTS Base Transceiver Station) au centre de chaque cellule antenne + émetteur/récepteur + ordinateur connectée au MTSO (Mobile Telephone Switching Office)
ou MSC (Mobile Switching Center)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 40
AMPS
B
C
A
G
DF
E B
G
DF
A
B
C
E
G C
A
DF
E
C
B
A
D
G
F
E
7 groupes de Fréquences : A, B, … F, G Micro cellules
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 41
AMPS
MSTO organisation hiérarchique dans les réseaux importants
plusieurs niveaux de MTSO connecté
aux base stations aux autres MTSO au réseau filaire
Commutation de cellules Déplacement du mobile
Itinérance Roaming Passage d’une cellule à une autre pendant un appel
Hand Off ou Hand Over
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 42
Commutation de cellules
Principe à un moment donné chaque mobile est :
dans une cellule sous contrôle d’un MTSO
quand il sort d’une cellule, sa base station reçoit un signal de plus en plus faible interroge les bases des cellules adjacentes sur leur niveau de
réception pour le mobile concerné transfère le contrôle à la base qui reçoit avec le niveau de
puissance le plus élevé le mobile est alors informé :
de l’identification de son nouveau rattachement du nouveau canal qu’il doit utiliser pour poursuivre son appel si
il en a un en cours
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 43
Commutation de cellules
Durée du hand Off : ≈ 300ms
Soft Hand Off le mobile est connecté au 2 bases pendant le transfert continuité maintenue le mobile doit être capable de gérer 2 canaux en parallèle
(pas le cas des 2 premières générations)
Hard Hand Off l’ancienne base stoppe la transmission avant que la nouvelle
ne fasse l’acquisition si elle en est incapable (ex : plus de canaux disponibles) la
communication est coupée
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 44
Canaux
832 canaux full duplex Transmission : 824 à 849 MHz Réception : 869 à 894 MHz
Largeur canal : 30 KHZ Technologie : FDM 4 catégories de canaux
Contrôle (Base vers mobile) : management du sytème Paging ((Base vers mobile) : interrogation des mobiles Accès (Bidirectionnel) : établissement des appels
allocations des canaux Données (Bidirectionnel) : voix et données
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 45
Management des appels
Identification du mobile : Numéro de série : 32 bits Numéro de téléphone : 10 (3 + 7) chiffres : 24 bits Stocké dans une PROM
A la mise sous tension Le téléphone mobile envoie ses numéros d’identification La station de base prévient le MTSO qui enregistre le nouvel
utilisateur comme visiteur et avertit le Home MTSO de cet utilisateur.
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 46
Management des appels
Appel sortant L’utilisateur compose le numéro appelé et appuie sur SEND Le mobile transmet son identification et le numéro sur le
canal d’accès En cas de collision il réessaie plus tard Quand la base reçoit l’appel, elle informe le MTSO Le MTSO cherche un canal libre Le numéro de canal est envoyé au mobile Le mobile se connecte sur ce canal voix et attend que le
correspondant décroche
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 47
Management des appels
Appel entrant Tous les mobiles écoute le paging channel pour savoir si ils
sont appelés Quand un mobile est appelé, un paquet est envoyé à son
Home MTSO pour le localiser Un paquet est envoyée à la base de la cellule où se trouve
le mobile La base envoie un broadcast sur le paging channel pour
interroger le mobile Le mobile répond présent La base l’avertit alors qu’il a un appel sur le canal x Le mobile se connecte sur le canal x
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 48
G2 : Seconde Génération
D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System) Successeur de AMPS Compatible avec AMPS Utilisé aux USA (par AT&T) Décrit dans les standards : IS-54 et IS-136
GSM (Global System for Mobile Communications) Utilisable partout dans le monde
IS95 CDMA (Code Division Multiple Access) Largement utilisé aux USA (par Sprint PCS)
PDC (Personal Digital Cellular) utilisé uniquement au Japon adaptation de D-AMPS compatible avec la première
génération du système japonais
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 49
D-AMPS
Entièrement numérique compatible AMPS
mobiles G1 et G2 cohabitent dans la même cellule mêmes fréquences et mêmes canaux de 30KHz 2 canaux adjacents peuvent être l’un numérique et l’autre
analogique affectation dynamique des canaux par le MTSO en fonction du
nombres de mobiles de chaque type dans une cellule
Deux bandes de fréquences Bande des 850 MHz (identique à AMPS) Bande des 1900 MHz
1850 -1910 MHz sens montant 1930 - 1990 MHz sens descendant Antenne plus petite => téléphone plus petit
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 50
D-AMPS
Réduction de la bande passante Compression
réalisée dans le téléphone => Débit = 8 Kbps ou moins
TDM 3 utilisateurs partagent les paires de fréquences montantes et
descendantes (à 8Kbps) ou 6 utilisateurs (à 4Kbps)
321321
123123
Trame TDM (40ms)
1850,01 à 1910MHz Mobile vers la Base
1930,05 à 1990MHz Base vers le Mobile
Flot montant
Flot descendant
324 bits slot 64 bits : contrôle
101 bits ; correction d’erreur159 bits : voix compressée
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 51
D-AMPS
Hand Off Différent de AMDS MAHO (Mobile Assisted Hand Off)
le mobile mesure la qualité de la ligne de transmission pendant les slots qu’ils ne peut utiliser (2 sur 3)
quand le niveau de réception baisse, le mobile le signale à la base qui peut alors couper la connexion
le mobile essaie alors de s’accrocher à une base fournissant une meilleure connexion
Durée du handoff : ≈ 300ms
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 52
GSM
1970 : Premiers travaux du CNET 1987 : Adoption européenne par 13 pays
Bande de 25 MHZ dans la bande des 900 MHz Finalisé par l’ETSI en GSM900 en 1990
1990 : DCS1800 (Digital Communication System): adaptation dans la bande des 1800 MHZ
DCS1900 adaptation américaine dans la bande des 1900 MHz
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 53
GSM
Principe de fonctionnement similaire à D-AMPS Système cellulaire FDM avec une fréquence pour transmettre et une plus
élevée pour recevoir TDM pour partager cette paire de fréquences entre
plusieurs mobiles
Différence avec D-AMDS canaux plus larges : 200 Khz versus 30 KHz peu d’utilisateurs par canaux en plus ( 8 versus 3) => débit plus important
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 54
GSM
Station mobile constituée de Terminal portatif Carte SIM (Subscriber Identity Module)
Caractéristiques de l’utilisateur Type d’abonnement
Protocole de niveau physique Canal fréquence radio : 200 KHz contenant 8 canaux (TDM)
124 porteuses en GSM900, 174 porteuses en E-GSM 374 porteuses en DCS1800, 298 en DCS 1900
Nombreux canaux en parallèle pour gérer une communications (jusqu’à 10) (canal de données, canal de signalisation, etc.)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 55
GSM
Protocole de niveau trame : Type HDLC Gestion de la transmission sur l’interface radio
LAP-Dm (Link Access Protocol on the Dm channel) Fenêtre de largeur 1
Protocole de niveau paquet (3 sous-couches) Couche RR (Radio Resource)
Acheminement de la supervision Couche MM (Mobility Management)
Localisation continue des mobiles Couche CM (Connexion Management)
Gère les SMS (Short Message Service), le contrôle d’appelet les services supplémentaires
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 56
GSM
La norme spécifie les relations entre les divers équipements :
Sous-système radio
Sous-système réseau avec ses bases de données pour localiser les utilisateurs HLR (Home Localization Register) et VLR (Visitor Localization Register)
Relations entres les couches de protocoles
Interfaces entre sous-systèmes radio et réseau
Itinérance (Roaming)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 57
IS 95
Principale version normalisée pour l’Amérique du Nord
Technologie : CDMA
Canaux de contrôle et utilisateur assez fortement multiplexés (TDM, tranche de temps de 20ms, en parallèle avec CDMA))
Contrôle permanent des puissances émises
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 58
G 2.5
GPRS (General Packet Radio Service)
EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 59
GPRS
Réseau de données en mode paquet au dessus de D-AMPS ou de GSM
Permet à des stations IP d’envoyer et de recevoir des datagrammes IP dans des cellules dédiée à un système de transmission de la voix
Certains intervalles de temps (time slots) sur certains canaux sont réservés à la transmission de paquets de données
Le nombre et la position des intervalles de temps sont alloués dynamiquement par la station base en fonction du rapport des trafics voix/données
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 60
EDGE
Extension de GSM permettant d’encoder un plus grand nombre de bits par baud
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 61
G3 : Troisième Génération
IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) Directives publiées par l’ITU en 1992
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) proposé par Ericsson Compatible avec GSM Soutenu par les Européens
CDMA 2000 proposé par Qualcomm compatible avec IS-95 largement déployé aux USA Soutenu par les USA
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 62
Plan général
Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile
3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 63
Hiérarchie des réseaux sans fil
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 64
Deux configurations
Centralisation autour d’une station monitrice (Base station)
Réseau ad hoc (sans base)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 65
Standards
WLAN (Wireless Local Area Networks)
IEEE 802.11 IEEE – USA
HiperLan (High Performance LAN) ETSI – Europe
WHAN (Wireless Home Area Networks)
HomeRF
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 66
802.11
802.11gOFDM
802.11bHR-DSSS
802.11aOFDM
802.11DSSS
802.11FHSS
802.11IR
LLC (Logical Link Control) Liaison de
données
Liaison physique
MAC (Medium Access Control)
Couches supérieures
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 67
802.11 : Couche physique
1987 : Trois techniques de transmission Infra rouge Radio dans la bande ISM 2.4 GHz (pas besoin d’autorisation
individuelle) FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
1999 : Deux techniques additionnelles haut débits OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
jusqu’à 54 Mbps HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum)
jusqu’à 11 Mbps
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 68
802.11 Infrarouge
IrDA ( Infrared Data Association) crée en 1994 Distances entre éléments : 2 mètres Débit : jusqu’à 4Mbps
Niveau physique 2 technologies
Faisceaux directifs Faisceaux diffusants
IrLAP (IrDA Link Access protocol) Gère les communications entre équipements
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 69
802.11 FHSS
Etalement de spectre par saut de Fréquence(Frequency Hopping Spread Spectrum)
79 canaux (largeur 1 MHz) dans la bande des 2,4 GHz Allocation pseudo aléatoire des fréquences à partir d’un germe
(seed) Fréquence maintenue au maximum 400 ms Bonne résistance à la propagation multitrajet Bonne résistance au brouillage (interférence radio) Relativement faible débit
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 70
802.11 DSSS
Etalement du Spectre par Séquence Directe(Direct Sequence Spread Spectrum)
Basé sur le système CDMA : Chaque bit représenté par un «chip» de 11 bits
Utilisation du décalage de phase à 1 MBaud 1 bit par Baud pour débit 1 Mbit/s 2 bits par Baud pour débit 2 Mbit/s
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 71
802.11a OFDM
Multiplexage Orthogonal en Répartition de Fréquence(Orthogonal Frequency Data Multiplexing)
Débit : 54Mbit/s
Bande de fréquences des 5GHz
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 72
802.11b (WIFI) HR-DSSS
Etalement de Spectre à Haut Débit par Séquence Directe(High Rate Direct Sequence Spread Spectrum)
Wi-Fi WIreless FIdelity
Promu par l’alliance WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance)
Débit ajustable: 1, 2, 2,5 et 11Mbit/s
Bande de fréquences des 2,4 GHz
Portée 50 à 100 mètres
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 73
802.11g
Amélioration de 802.11b
Débit : jusqu’à 54Mbit/s
Bande de fréquences ISM (2.4GHz)
Compatible avec 802.11b
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 74
802.11 : Sous-couche MAC
CSMA/CD (Ethernet) n’est pas applicable
Portée de la Radio C
AA
B C
C en cours de transmission
vers B
A n’entend pas C et croit qu’il peut émettre
Portée de la Radio A
A CB
A en cours de transmission
vers D
CD
B entend A et croit qu’il ne peut pas transmettre vers C
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 75
Gestion des contentions
Deux approches : DCF (Distributed Coordination Function)
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance)
Aucun contrôle centralisé Toutes les implémentations doivent supporter ce mode
PCF (Point Coordination Function) la Base Station supervise tout le trafic mode optionnel
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 76
DCF
Deux méthodes:
Première méthode: Ecoute du canal avant d’émettre (Carrier Sense)
Canal libre : émission complète de la trame (pas d’écoute du canal, à la différence d’Ethernet) qui pourra être détruite par le récepteur si elle est en erreur due à des interférences
Canal occupé : attente puis émission quand le canal devient libre
En cas de collision : les stations en cause attendent pendant un délai aléatoire (même algorithme que Ethernet) avant de réessayer
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 77
DCF
Seconde méthode:
Basée sur MACAW (Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless) et l’utilisation d’un canal virtuel
Exemple:
N A V
N A V
ACKCTS
DonnéesRTS
A veut transmettre vers BC est à portée de A, D est à portée de B mais pas de A
A
B
C
D
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 78
DCF
Suite de l’exemple A envoie RTS (Request To Send) à B B envoie CTS (Clear To Send) à A pour signifier son accord A envoie sa trame et arme un décompteur B acquitte la trame en répondant ACK (Acknowledgement) à A Si le compteur expire avant l’arrivée de ACK, le scénario est
réexecuté
Point de vue de C et D C reçoit RTS envoyé par A et en déduit la longueur de
l’échange demandé par A (Trame + ACK) Il arme un compteur : NAV (Network Allocation Vector)
correspondant au temps d’occupation d’un canal virtuel D ne reçoit pas RTS mais CTS et procède alors comme C
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 79
DCF
Fragmentation
A fragment burst.
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 80
PCF
Polling
La base contrôle tout le trafic : il n’y a jamais de collisions
Elle interroge (Poll) les autres stations pour savoir si elles ont des trames à transmettre :
envoi d’une trame de signalisation (Beacon frame) 10 à 100 fois par seconde
cette trame contient des informations système, des informations de synchronisation, etc.
elle invite aussi les nouvelles stations à se faire connaître pour rentrer dans la séquence de polling
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 81
Structure de la Trame 802.11
Trois types de trames : Données Contrôle Supervision
Octets
Bits
CRCDonnéesAdr 4N° séqAdr 3Adr 2Adr 1DuréeContrôle
40-23126266622
OWMorePwrRetryMFFrom DS
To DS
SousType
TypeVersion
11111111422
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 82
Services
9 services spécifies par le standard :
5 Distributions Services : services fournis par la base pour gérer la mobilité des stations qui entrent et sortent de la cellule
4 Station Services : liés à l’activité à l’intérieur de la cellule
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 83
Distribution services
Association
Disassociation
Réassociation
Distribution
Intégration
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 84
Station Services
Authentication
Deauthentication
Privacy
Data Delivery
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 85
HiperLan
HiperLan (High Performance Lan) Norme exclusivement européenne ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
HiperLan 1 Débit : 20 Mbps Portée : 100 mètres Bande de fréquences : 5.3 GHz
HiperLan 2 Débit : 54 Mbps Portée : 100 mètres Bande de fréquences : 5.3 GHz
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 86
HomeRF
Soutenu au départ par Compaq, HP, IBM, Intel et Microsoft
Utilisation domestique Débit : 11 Mbit/s Portée : quelques dizaines de mètres Bande de fréquences : 2.4 GHz Supporte les liaisons DECT (transport de la voix en
mode numérique) En perte de vitesse face à Wi-Fi
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 87
Plan général
Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil
4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 88
WMAN
WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks)
Standard : IEEE 802.16 publié le 8 avril 2002
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
Fournit un accès réseau sans fils à des immeubles connectés par radio à travers une antenne extérieure à des stations centrales reliées au réseau filaire
Alternative aux réseaux d’accès câblés comme la boucle locale, ADSL, RNIS, etc.
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 89
802.16
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 90
802.16 Couche Physique
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 91
802.16 Couche Physique
Frames and time slots for time division duplexing
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 92
802.16 Sous-couche MAC
Classes de service
Constant bit rate service
Real-time variable bit rate service
Non-real-time variable bit rate service
Best efforts service
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 93
802.16 Structure de trame
(a) A generic frame. (b) A bandwidth request frame
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 94
Plan général
Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil
5ème Partie : Bluetooth Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 95
802.15 (1/3)
WPAN (Wireless Personal Area Network) Réseaux Locaux personnels sans fil
Groupe IEEE 802.15 mis en place en1999
Trois groupes de services Groupe A
Bande sans licence d’utilisation (ISM 2.4 GHz) Bas coût Taille réduite Faible consommation électrique Mode sans connexion Cohabitation avec IEEE 802.11
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 96
802.15 (2/3)
Groupe B Utilisation couche MAC jusqu’à 100 Kbps Communications entre toutes les machines 16 machines au moins QoS (Qualité de service) Portée 10m min Temps de raccordement : 1s max Passerelles avec autres réseaux
Groupe C Nouvelles fonctionnalités :
Sécurité des communications Transmission vidéo Itinérance vers un autre réseau WPAN
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 97
802.15 (3/3)
Groupe IEEE 802.15 scindé en 4 sous-groupes IEEE 802.15.1
Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie C Bluetooth
IEEE 802.15.3 Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie B UWB (Ultra-Wide Band) (très performant : ~1Gbit/s sur 10 m) IEEE 802.15.3a : Wireless USB
IEEE 802.15.4 Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie A ZigBee (très faible coût et consommation, bas débit)
IEEE 802.15.2 Pour gérer les interférences avec les autres réseaux utilisant la
bande des 2.4 GHz
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 98
Bluetooth
Lancé en 1994 par Ericsson Rallié depuis par plus de 1000 constructeurs
Echange de données sans fils entre appareil numériques : PDA, téléphone, appareil photo, périphériques de PC, etc.
Débit moyen : 1Mbps en théorie
Portés limités : une dizaine de mètres Picocellules (Piconets)
8 stations max = 1 master + 7 slaves Scatternets
Agrégation de piconets (jusqu’à 8)
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 99
Bluetooth Architecture
Deux piconets peuvent être connectés pour former un a scatternet
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 100
Bluetooth Applications
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 101
The Bluetooth Protocol Stack
The 802.15 version of the Bluetooth protocol architecture.
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 102
Bluetooth : Structure de la trame
A typical Bluetooth data frame.
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 103
Plan général
Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth
Conclusion
Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 104
Plan général
Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion