Les Réseaux sans Fils

(1)

Les Réseaux sans Fils

Master Miage 1

Université de Nice – Sophia Antipolis

(Second Semestre 2009-2010)

Jean-Pierre Lips lips@unice.fr

(2)

Plan général

Introduction



1

^ère

Partie : Concepts de base



2

^ème

Partie : Téléphonie mobile



3

^ème

Partie : Réseaux locaux sans fil



4

^ème

Partie : Réseaux large bande sans fil



5

^ème

Partie : Bluetooth

(3)

Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 3

Plan du cours



Introduction

• Objectifs du cours

• Bibliographie

 1^ère Partie : Concepts de base

 2^ème Partie : Téléphonie mobile

 3^ème Partie : Réseaux locaux sans fil

 4^ème Partie : Réseaux large bande sans fil

 5^ème Partie : Bluetooth

 Conclusion

(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

(5)

Plan du cours



Introduction

• Objectifs du cours

• Bibliographie

 2^ème Partie :Téléphonie mobile

 Conclusion

(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, 3^rd Edition William Stallings – Prentice Hall 08/2002

 Les Réseaux – 6^ème Edition

Guy Pujolle – Eyrolle - Paris 2007/09

(7)

 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 Bluetooth

Guy de Lussigny, Joanna Truffaut, Bertrand Grossier Paris : Eska interactive, 2004

 802.11 Réseaux sans fil La référence, Seconde édition Matthew Gast, Traduction d'Hervé Soulard

Editions O'Reilly, Paris 2005

Bibliographie ^(2/2)

(8)

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/

 Wikipedia

Téléphone Mobile :

http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9l%C3%A9phone_mobile IEEE 802.11 :

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11 etc.

 Commencamarche.net

(9)

Sources Internet ^(2/2)

 Infoclick solution informatique - Encyclopédie informatique http://www.infoclick.fr/ccm/wifi/wifiintro.htm

 The Official Bluetooth Membership https://www.bluetooth.org/

 Fing : Fondation internet nouvelle génération Les différentes technologies sans fil :

http://www.fing.org/jsp/fiche_actualite.jsp?STNAV=&RUBNAV=&CODE=4988 (article de Jean Michel Cornu, juin 2004)

(10)

Plan général

 Introduction

 1

^ère

Partie : Concepts de base

 Conclusion

(11)

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

(12)

Réseaux sans fils



WMAN : Wireless Metropololitan Area Network

 IEEE 802.16



WWAN : Wireless Wide Area Network

 GSM

 GPRS, I-Mode, UMTS



Réseaux de satellites

(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,

(14)

Le Spectre Electromagnetique

(15)

La bande ISM



ISM Spectrum (Industrial, Scientific and Medical)

 Utilisation sans licence individuelle

Bande ISM aux États-Unis

(16)

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

(17)

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° porteuse

1

Occupé par l’utilisateur 2 Occupé par l’utilisateur 1

(18)

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

Libre

N° slot

A

(19)

Combinaison FDMA-TDMA

3

1 2 4

N° porteuse

1

Libre

N° slot

A

Temps Fréquence

A B C D E A B C D E

(20)

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)

(21)

TDMA – FDMA - CDMA



Analogie

Un 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

(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

(23)

Spread Spectrum

Codeur

Canal Modulateur Canal Démodulateur ^Décodeur_Canal Données

entrantes

Données de sortie

Générateur de pseudo bruit

^Spreading

Code

^Spreading

Code

Schéma général d’un système de communication à étalement de spectre

(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

(25)

FHSS

(26)

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

(27)

DSSS

(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

(29)

CDMA : Principe

0 0 0 0 0 0 0 0 Pas de transmission

-1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 Transmission de ‘0’

1 1 1 -1 1 -1 1 1 Transmission de ‘1’

1 1 1 -1 1 -1 1 1 Spreading Sequence

1 1 1 0 1 0 1 1 Chip Sequence

(30)

CDMA : Exemple



Exemple de transmission entre 4 utilisateurs

(Source : A. Tanenbaum – Computer networks - 4th Edition)

 Codes

-1 -1 1 1 1 -1 1 -1 0 0 1 1 1 0 1

C 0

-1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 0 1 0 0 0 0 1

D 0

-1 1 1 1 -1 1 -1 -1 0 1 1 1 0 1 0

B 0

1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 1 0 1 1 0 0

A 0

Spread Sequence Chip Sequence

Utilisateur

Tous les codes doivent être orthogonaux deux à deux :

T 0 1 S

T

S • ≡ ∑

ⁿ

=

(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

1) 1 n (

S 1 n

S 1 n S

S 1 S

1

2 1

± =

=

≡

• ∑ ∑ ∑

=

n i n

i

i i

n i

i

(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 -1 1 1 1 1 -1

0 1

D

0 0 0 0 0 0 0

- 0

C

3 -1 -1 1 3 -1 -1

S 1

1 -1 -1 -1 1 -1 1

0 1

B

1 1 -1 1 1 -1 -1

1 -1

A

Spread Sequence Bit transmis

Utilisateur

(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

Sommes Stations

S₅= -2

1 1 1 1

S₆= 0

1 0 1 1

S₄= 1

- 1 0 1

S₃= 2

- - 0 1

S₂= -2

- 1 1 -

S₁= -1

- 1 - -

D C B A

(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 :

S₄x C C S₄

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

C 8 S

C 1

S

i

8 1

4

∑

4_i

=

≡

•

i

En effet :

S₄ ●C = (A + B + C)●C = A●C + B●C + C●C

(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=1 S₂●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}C S₄●C =(+1+1+3+3+1-1+1-1)/8=+1=> C=1

S₅●C =(+4+0+2+0+2+0-2+2)/8=+1=> C=1 S₆●C =(+2-2+0-2+0-2-4+0)/8=-1=> C=0

(36)

Plan général

 Introduction

 2

^ème

Partie : Téléphonie mobile

 Conclusion

(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.)

(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

(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)

(40)

AMPS

B

C A

G

D F

E B

G

D F

A B

C

E

G C

A

D F

E C

B A

D G

F

E

(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

(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

(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

(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

(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.

(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

(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

(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

(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

(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)

3 2 1 3 2 1

1 2 3 1 2 3

Trame TDM (40ms)

1850,01 à 1910MHz Mobile vers la Base 1930,05 à 1990MHz Flot montant

Flot descendant

(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

(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

(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

(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.)

(55)

GSM



Protocole de niveau trame : Type HDLC

 Gestion de la transmission sur l’interface radio

 LAP-D_m (Link Access Protocol on the D_m

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’appel et les services supplémentaires

(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)

(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

(58)

G 2.5



GPRS (General Packet Radio Service)



EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)

(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

(60)

EDGE



Extension de GSM permettant d’encoder un plus

grand nombre de bits par baud

(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

(62)

Plan général

 Introduction

 3

^ème

Partie : Réseaux locaux sans fil

 Conclusion

(63)

Hiérarchie des réseaux sans fil

(64)

Deux configurations



Centralisation autour d’une station monitrice (Base station)



Réseau ad hoc

(sans base)

(65)

Standards



WLAN (Wireless Local Area Networks)

 IEEE 802.11

 IEEE – USA

 HiperLan (High Performance LAN)

 ETSI – Europe



WHAN (Wireless Home Area Networks)

 HomeRF

(66)

802.11

802.11g

OFDM

802.11b

HR-DSSS

802.11a

OFDM

802.11

DSSS

802.11

FHSS

802.11

IR

LLC (Logical Link Control) _Liaison

de données

Liaison physique

MAC (Medium Access Control)

Couches supérieures

(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

(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

(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

(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

(71)

802.11a ^OFDM



Multiplexage Orthogonal en Répartition de Fréquence

(Orthogonal Frequency Data Multiplexing)



Débit : 54Mbit/s



Bande de fréquences des 5GHz

(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

(73)

802.11g



Amélioration de 802.11b



Débit : jusqu’à 54Mbit/s



Bande de fréquences ISM (2.4GHz)



Compatible avec 802.11b

(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

Portée de la Radio A

A B C

A en cours de transmission

vers D CD

(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

(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

(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

ACK CTS

Données RTS

A veut transmettre vers B

C est à portée de A, D est à portée de B mais pas de A

A B C D

(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

(79)

DCF



Fragmentation

A fragment burst.

(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

(81)

Structure de la Trame 802.11



Trois types de trames :

 Données

 Contrôle

 Supervision

Octets

Bits

Données CRC

Adr 4 N° séq

Adr 3 Adr 2

Adr 1

Durée Contrôle

4 0-2312

6 2

6 6

6 2

2

O W More Pwr

Retry From MF

DS To DS Sous Type Type

Version

1 1 1 1

1 1

1 1 4 2

2

(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

(83)

Distribution services



Association



Disassociation



Réassociation



Distribution



Intégration

(84)

Station Services



Authentication



Deauthentication



Privacy



Data Delivery

(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

(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

(87)

Plan général

 Introduction

 4

^ème

Partie : Réseaux large bande sans fil

 Conclusion

(88)

WMAN



WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks)



Standard : IEEE 802.16

 publié le 8 avril 2002



WiMAX (W

^orldwide

I

nteroperability for

M

^icrowave

A

^cces

s)



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

(89)

802.16

(90)

802.16 Couche Physique

(91)

802.16 Couche Physique

Frames and time slots for time division duplexing

(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

(93)

802.16 Structure de trame

(a) A generic frame. (b) A bandwidth request frame

(94)

Plan général

 Introduction

 5

^ème

Partie : Bluetooth

 Conclusion

(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

(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

(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

(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

(99)

Bluetooth Architecture

Deux piconets peuvent être connectés pour former un a scatternet

(100)

Bluetooth Applications

(101)

The Bluetooth Protocol Stack

The 802.15 version of the Bluetooth protocol architecture.

(102)

Bluetooth : Structure de la trame

(103)

Plan général

 Introduction

 Conclusion

(104)

Plan général

 Introduction

 Conclusion

Les Réseaux sans Fils