Réseaux sans fil Normes du «sans fil» et technologies

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Réseaux sans fil

Normes du « sans fil » et technologies

Les réseaux personnels / Personal area network (PAN) Les réseaux locaux / Local area network (LAN)

Les réseaux métropolitains / Metropolitan area network (MAN) Les réseaux étendus / Wide area network (WAN)

Les réseaux globaux / Global area network (GAN) Le protocole de communication Bluetooth et Wi-Fi

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Table des matières

Réseaux sans fil... 1

Normes du « sans fil » et technologies...1

1 Les normes des réseaux sans fil...3

1.1 La topologie des réseaux... 3

1.2 La couverture des réseaux... 6

1.3 Exemples de réseaux sans fil…...10

Pile de protocoles (Protocole Stack)...23

2 Wireless Personal Area Network (WPAN)...25

2.1 Bluetooth... 25

3 Wireless Local Area Network (WLAN)...28

3.1 Wi-Fi... 28

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1 Les normes des réseaux sans fil

Différentes méthodes et les normes de communication sans fil ont développé à travers le monde, sur la base de diverses exigences à caractère commercial.

Ces technologies ont été classées selon plusieurs critères :

• selon la topologie du réseau : infrastructure, ad-hoc, mesh, multi-hop ;

• selon la couverture ou la portée : PAN (Personal Area Network), LAN (Local AN), MAN (Metropolitan AN), WAN (Wide AN) et GAN (Global AN) ;

• selon la mobilité des équipements : statique ou mobile.

1.1 La topologie des réseaux a) Topologie : infrastructure

On parle d’un réseau en topologie (ou en mode) infrastructure lorsque des équipements sont reliés entre-eux sans fil, tout en faisant partie d’un réseau plus grand. Les équipements sont reliés sans fil à une station de base (router ou point d’accès). La station de base ou le point d’accès est utilisé pour relier les équipements entre-eux et pour faire le lien entre la section sans fil du réseau et la section câblée du réseau.

Topologie des réseaux : infrastructure (domestique) Voici des exemples de réseaux sans fil organisés en infrastructure :

• la section sans fil d’un réseau de téléphonie cellulaire ;

• la section sans fil d’un réseau d’accès sans fil (WiMAX) ;

• la section sans fil (Wi-Fi) d’un réseau LAN personnel ou d’entreprise.

b) Topologie : ad-hoc

Réseau (câblé) LAN Router sans fil (domestique)

Télévision Disque dur réseau

Imprimante réseau sans fil Disque dur réseau sans fil

Modem

Poste de travail

Internet

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Topologie des réseaux : ad-hoc (domestique)

La plupart des réseaux non informatiques sont des réseaux ad-hoc. Pensons seulement au petit réseau des téléphones sans fil domestiques, au réseau formé de la console de jeu, la manette, le casque d’écoute et l’écran, ou encore au réseau de compteurs communicants (nouvelle génération) d’Hydro-Québec.

c) Réseaux maillés (mesh)

Le maillage permet de relier plusieurs équipements ensemble ou de partager un périphérique ou un accès final (Internet) sans se soucier de savoir quel équipement est disponible pour relayer

l’information. Normalement, un équipement du réseau est nommé “coordonnateur”, car il est chargé d’établir la route à suivre pour passer du point A au point B. Les autres équipements sont appelés des nœuds. Un réseau maillé présente deux caractéristiques essentielles :

• il y a plusieurs équipements pouvant communiquer entre-eux directement, sans avoir recours à un concentrateur ou un commutateur ;

• la route pour permettre à deux équipements de communiquer est variable et dépend de la disponibilité des équipements ou des caractéristiques du trajet entre les deux points.

Topologie des réseaux : maillage (mesh)

Plusieurs technologies et normes utilisent les réseaux maillés (Mesh), dont le 802.15.4 (ZigBee), le

Disque dur réseau sans fil Imprimante réseau sans fil

Poste de travail

Poste de travail A Nœud A

Partage de l'imprimante A → B → imprimante A → D → imprimante A → C → D → imprimante Poste de travail C

Nœud C

Poste de travail B Nœud B Coordonnateur

Poste de travail D Nœud D

Internet

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d) Réseaux en multi-hop

Un réseau en multi-hop possède plusieurs équipements entre un point de départ “A” et un point d’arrivé “B”. L’information passe d’un équipement à un autre, suivant une route prédéterminée ou adaptative selon les caractéristiques du réseau.

Un exemple d'une topologie multi-hop simple est l'utilisation d'une répétitrice Wi-Fi pour étendre la portée du réseau Wi-Fi.

Topologie des réseaux : utilisation d'une répétitrice

Lorsque le poste de travail se trouve à une trop grande distance du point d'accès, on peut étendre la portée sans fil en ajoutant une répétitrice entre le poste de travail et le point d'accès.

Le réseau des compteurs communicants d'Hydro-Québec est aussi un réseau multi-hop.

L'information (la consommation des clients) passe d'un compteur à un autre jusqu'à un concentrateur.

Poste de travail

Modem

Internet Réseau

(commercial) portée trop importante

point d'accès

= répétitrice

lignes électriques

rues

Compteurs électroniques Concentrateur

Route principale (multi-hop)

Route alternative (MESH)

clients

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1.2 La couverture des réseaux

Les réseaux sans fil peuvent être grossièrement classés en 5 catégories, en fonction de leur couverture. La classification est basée sur celle des réseaux câblés : PAN, LAN, MAN et WAN.

a) PAN (Presonal Area Network)

Un PAN est un réseau dans lequel tous les équipements sont distribués dans l’espace de travail d’un individu, typiquement dans un rayon inférieur à 10 m.

À l’origine, un réseau personnel (PAN) représentait un réseau informatique utilisé pour la

communication entre les périphériques informatiques physiquement proches ou appartenant à un réseau personnel ou au même poste de travail.

Une caractéristique importante des réseaux personnels est que les équipements mis en réseau ne sont généralement pas partagés par d’autres équipements ou par d’autres réseaux. Le PAN est utilisé pour permettre la communication entre les appareils eux-mêmes (ordinateur-imprimante), ou pour les interconnecter à travers un concentrateur (un hub). Ce sont donc des réseaux en mode ad- hoc. Le mode infrastructure est très rarement utilisé.

Les réseaux sans fil personnels (WPAN) utilisent des technologies telles que l’infrarouge et les ondes radio pour relier les équipements entre-eux, en mode ad-hoc.

Les réseaux WPAN se divisent en trois couvertures :

• Les communications en champ proche (le NFC ou Near Field Communication), qui permettent à deux appareils de se connecter ensemble sur de très faibles distances, quelques centimètres à moins de 1 m. Cette technologie est basée sur la technologie RFID.

• Les réseaux corporels (le BAN ou Body Area Network), qui permettent de relier ensemble des appareils placés sur un individu, comme le téléphone avec son oreillette, ou des capteurs à un montre intelligente ou un téléphone. Puisque les équipements sont placés sur un individu, la portée de ces réseaux doit rester dans l’environnement immédiat de la personne, soit moins de 1 ou 2 mètres. Cette technologie est basée sur la norme IEEE 802.15 (Bluetooth).

• Les réseaux WPAN (traditionnels ou dérivés des PAN câblés), qui permettent de relier un équipement central (un ordinateur, une console de jeu, etc.) et ses périphériques. La portée de ces réseaux varient de quelques centimètres (clavier et souris à l’ordinateur) à quelques mètres (ordinateur et imprimante), mais cela doit rester dans l’environnement du poste de travail. Les technologies rencontrées sont basées sur la norme IEEE 802.15 (ou le Bluetooth) ou le wireless-USB.

BAN - Body Area Network NFC – Near Field Communication

PAN – Personal Area Network

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Wireless PAN : couverture de quelques cm à quelques mètres.

b) LAN (Local Area Network)

Un LAN est un réseau dans lequel tous les équipements sont distribués dans une zone géographique relativement petite, typiquement pour une maison, un bureau, un édifice ou un campus. Un LAN représente l’entreprise de travail. Les équipements sont reliés entre-eux à l’aide de concentrateurs ou de commutateurs.

À l’origine, un réseau local (LAN) représentait un réseau informatique utilisé pour mettre en commun certains périphériques (comme les imprimantes) ou certains accès (à des bases de données ou à l’Internet). Dans la plupart des cas, les petits LAN de l’entreprise sont connectés au réseau commun, soit directement ou à travers un MAN ou un WAN (par des fournisseurs de services extérieur à l’entreprise).

Un réseau local sans fil (WLAN) est un réseau local qui relie deux ou plusieurs ordinateurs entre-eux (en mode ad-hoc) ou qui leur permet de partager des périphériques ou d’avoir accès à un niveau supérieur du réseau ou à l’Internet (en mode infrastructure) sans utiliser de câble. Le WLAN permet les communications entre les appareils dans une zone limitée, aussi connu comme la zone de service de base (BSS ou Basic Service Set). Cela donne aux utilisateurs la possibilité de se déplacer au sein de la zone de couverture tout en restant connecté au réseau de l’entreprise.

La principale différence entre le WPAN et le WLAN est la distance entre les équipements. Le WLAN permet de se déplacer dans un zone de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres, selon la portée maximale de l’équipement sans fil. L’autre distinction est que les périphériques, comme les imprimantes, et les chemins d’accès sont partagés par plusieurs postes de travail.

Wireless LAN : couverture de quelques m à plusieurs centaines de mètre.

La principale technologie utilisée (en Amérique) est basée sur la norme IEEE 802.11 (le Wi-Fi).

c) MAN (Metropolitan Area Network)

Un MAN (Metropolitan Area Network) est un réseau régional établissant des liens entre plusieurs réseaux locaux dans une zone géographique relativement grande. C’est un réseau graphiquement limité, généralement dans un rayon de 100 km.

Les MAN peuvent appartenir à une entreprise ou une organisation privée ou être un service fourni par une entreprise publique (de téléphonie ou de câblodistribution).

À l’origine, le Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) est une marque de commerce du Groupe de travail sur les normes d’accès sans fil à large bande (IEEE 802.16 ou WiMAX dans les bandes de

Internet

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Il existe deux alternatives semblables au WiMAX (pour Industrie Canada), soient le LMDS (Local Multipoint Distribution System à 30 GHz)) et le MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System en bandes UHF). Le système WiMAX se veut un remplacement du LMDS, alors que le MMDS est principalement utilisé pour remplacer le réseau de câblodistribution câblés.

Aujourd’hui, le WMAN représente aussi les réseaux de téléphonie cellulaire, mais pour la partie RF seulement.

Wireless MAN : couverture de plusieurs km d) WAN (Wide Area Network)

Un WAN (Wide Area Network) est un réseau qui couvre une plus grande zone géographique qu’un MAN et où les communications sont normalement réalisées par des fournisseurs services de longue distance (de téléphonie ou de câblodistribution).

Lorsque plusieurs réseaux de téléphones (traditionnels ou cellulaires) ou plusieurs réseaux de câblodistributions sont reliés entre-eux, pour former le réseau d’une entreprise comme Bell Canada ou Cogeco, alors on obtient un réseau WAN.

Le réseau WWAN est la version sans fil des réseaux WAN. Si on s’en tient à la définition simple des réseaux sans fil : il n’existe pas de réseaux WWAN, car le réseau en entier n’est pas sans fil, seulement la section MAN.

WAN : couverture de plusieurs milliers de km

Ville A

Ville B

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Les réseaux sans fil GAN (WGAN) font toutes références aux technologies satellites. Les plus connus sont les réseaux téléphoniques par satellite (Broadband Global Area Network, BGAN), de télévision par satellite (Direct Broadcast Satellite, DBS) et les réseaux de positionnement (GPS, GLONASS, Beidu, Galileo).

WGAN : couverture planétaire

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1.3 Exemples de réseaux sans fil…

Téléphone intelligent Capteurs de :

- chute / position / vitesse (motion sensor)

- ECG / rythme cardiaque / pression sanguine (health sensor) - etc.

Montre intelligente

Point d'accès

Poste de travail

Internet

Topologie Mobilité Couverture

(Infrastructure)

Non PAN/BAN

Ad-hoc Body Area Network

802.15.1 Bluetooth 802.15.4 Zig Bee

802.15.6 Body Area Network

Internet

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Communication en champ proche / Near Field Communication (NFC)

Téléphone intelligent Téléphone intelligent

Téléphone intelligent

Carte de crédit Carte de débit

Carte d'identification

Réseau local / Internet

Internet

Infrastructure

Non PAN/NFC

Ad-hoc

ISO/IEC 14443

ISO/IEC 14443 ISO/IEC 18092 (NFC-1) ISO/IEC 21481 (NFC-2)

GSMA NFC

Souris sans fil

Clavier sans fil Poste de travail Personal Area Network (WPAN) / Réseau informatique

802.15.1 Bluetooth

Ad-hoc Non PAN

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Console de jeu sans fil

Manette de jeu sans fil

Casque d'écoute sans fil

Modem Personal Area Network (WPAN) / Audio, vidéo et jeux

802.15.1 Bluetooth

802.15.3 High-rate WPAN (Bluetooth) UWB (Ultra-WideBand) / Wireless USB

TV Internet

Ad-hoc Non PAN

Tx vidéo

Clavier sans fil TV

TV/Internet

Haut-parleur sans fil Haut-parleur sans fil

Système de son

Ad-hoc Non PAN

Casque d'écoute sans fil Oreillette

Téléphone intelligent Personal Area Network (WPAN) / Audio, vidéo et jeux

802.15.1 Bluetooth

802.15.3 High-rate WPAN (Bluetooth) UWB (Ultra-WideBand) / Wireless USB

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Personal Area Network (WPAN) / Téléphones sans fil DECT 6.0

802.11 Wi-Fi 802.15.1 Bluetooth

Infrastructure

Non PAN

Ad-hoc

Téléphone intelligent Tablette

PSTN

Téléphones sans fil DECT 6.0

Smart Phone Ad-hoc Network

Réseau (câblé) LAN Router sans fil (domestique)

Disque dur réseau

Imprimante réseau sans fil Disque dur réseau sans fil

Modem

Local Area Network (WLAN) / Infrastructure (domestique) 802.11 a,b,g,n,ac, … Wi-Fi

Poste de travail

Infrastructure Non LAN

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Réseau (câblé) LAN

Point d'accès

Commutateur

Router

Modem

Imprimante réseau sans fil

Tablette Disque dur réseau sans fil

Poste de travail

Téléphone intelligent Internet

Local Area Network (WLAN) / Infrastructure (commercial) 802.11 a,b,g,n,ac, … Wi-Fi

Ad-hoc Non LAN

Disque dur réseau sans fil

Poste de travail Local Area Network (WLAN) / Ad-hoc (domestique ou commercial)

802.11 a,b,g,n,ac, … Wi-Fi

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Local Area Network (WLAN) / Multi-hop (infrastructure / commercial) 802.11 a,b,g,n,ac, … Wi-Fi

Réseau (câblé) LAN

Point d'accès Commutateur

Router

Modem

Poste de travail Internet

Répétitrice

Disque dur réseau sans fil

Poste de travail

(Infrastructure)

(Ad-Hoc) Non LAN

Mesh Local Area Network (WLAN) / Réseau maillé (mesh)

802.11 s Mesh Wi-Fi

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Local Area Network (WLAN) / Réseau maillé (mesh) industriel 802.15.4 Zig-Bee

(Ad-Hoc)

Non LAN

Mesh

PT

LT LT

PC

LC LC

LV LV

PV

PT

LT 1

LT 2

PC LC 2 LC

1

LV LV

PV

Contrôleurs distants (salle de contrôle) LT

3 LT

4

Autres procédés Contrôle ''traditionnel''

Contrôle ''distribué''

Metropolitan Area Network (WMAN) Mobile Ad-Hoc Network (Manet) Vehicular Ad-Hoc Network (Vanet)

802.11 p Wireless Access for the Vehicular Environment (WAVE)

(Infrastructure)

Oui MAN

Ad-hoc

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Antenne relais

Véhicule relais Internet

Réseau d'urgence Attention,

j'arrive !!!

Attention, je vais dépasser !!!

Attention, garde tes distances !!!

Metropolitan Area Network (WMAN) Mobile Ad-Hoc Network (Manet) Vehicular Ad-Hoc Network (Vanet)

Véhicules intelligents (chauffeurs ???) Véhicules intelligents

(chauffeurs ???)

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Véhicule d'urgence ''route dangereuse'' Antenne relais

Antenne relais

Véhicule relais

Accident !!!

Véhicule relais Accident !!!

Véhicule d'urgence Accident !!!

Véhicules intelligents (chauffeurs ???) Metropolitan Area Network (WMAN)

Mobile Ad-Hoc Network (Manet) Vehicular Ad-Hoc Network (Vanet)

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fournisseur privé

téléphonie traditionnelle services (IP) à large bande

câblodistributeurs Radio/TV Internet

PSTN

clients privés, Institutionnels ou commerciaux Metropolitan Area Network (WMAN)

Local Multipoint Distribution Service (LMDS) / WiMax Multichannel Multipoint Distribution Service (MMDS)

(Industrie Canada) Liaisons terrestres fixes : liens point-à-multipoint (multicast), accès sans fil fixes

Infrastructure Non MAN

clients en ''line of sight''

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lignes électriques

rues Metropolitan Area Network (WMAN)

Infrastructure de mesurage avancé (AMI - Advanced metering infrastructure) Industrie Canada : Compteurs électroniques d'énergie ou compteurs communicants

(Infrastructure)

Non MAN

Mesh

Compteurs électroniques Concentrateur

Route principale (multi-hop)

Route alternative (MESH)

clients

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zone géographique limitée et variable (métropolitaine/régionale)

subdivisée en cellules Metropolitan Area Network (WMAN) / Wide Area Mnetwork (WWAN)

(Industrie Canada) Services mobiles commerciaux (téléphonie cellulaire)

fournisseur privé

Tablette

Véhicule intelligent téléphonie traditionnelle

services (IP) à large bande câblodistributeurs

Radio/TV Internet

PSTN

Infrastructure Oui MAN/WAN

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Global Area Network (WGAN)

FSS - Fixed Satellite Services (VSAT - Very Small Aperture Terminal) MSS - Mobile Satellite Services (Téléphonie : Globalstar, Inmarsat, Iridium) MSS - Mobile Satellite Services (Internet : BGAN - Broadband Global Area Network) MSS - Mobile Satellite Services (Internet : USAT - Ultra Small Aperture Terminal) GPS – Global Positionning System

Infrastructure Oui/Non GAN

Relais

fournisseur privé Radio/TV

Internet

PSTN

Téléphone satellite Téléphone satellite

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Pile de protocoles (Protocole Stack)

Le ''Protocol Stack'' d'un réseau de communication est l'ensemble des protocoles utilisés. Une pile de protocoles est une hiérarchie prescrite de couches logicielles, à partir de la couche d'application au haut de la pile (la source des données en cours d'envoi) jusqu'à à la couche physique au bas de la pile (transmettre les bits sur le milieu de propagation).

Il en existe plusieurs, dont :

Le modèle de référence OSI (Open Systems Interconnection) défini par l'ISO (International Organization for Standardization) décrit ainsi sept couches empilées les unes sur les autres.

7 • Application

La couche application est surtout, du point de vue du modèle, le point d'accès aux services réseaux.

Comme le modèle n'a pas pour rôle de spécifier les applications, il ne spécifie pas de service à ce niveau.

La couche d'application représente des données pour l'utilisateur ainsi que du codage et un contrôle du dialogue : des mécanismes de communication offerts aux applications de l'utilisateur.

6 • Présentation

La couche présentation est chargée du codage des données. Les couches 1 à 5 transportent des octets bruts sans se préoccuper de leur signification. Mais ce qui doit être transporté en pratique, c'est du texte, des nombres et parfois des structures de données arbitrairement complexes. Le rôle de la couche présentation est donc de convertir les données manipulées par les programmes en chaînes d'octets, O (Bytes, B).

Par exemple :

• Conversion de code caractère (par exemple ASCII/EBCDIC)

• Conversion de données (par exemple CR - CR/LF)

• Compression

• Chiffrement et déchiffrement (Encryption) 5 • Session

La couche session fournit les mécanismes pour l'ouverture, la fermeture et la gestion d'une session (''séance de travail'') entre les deux extrémités (applications) du réseau.

Les 2 services originaux de la couche session sont la synchronisation des communications (n'importe quel intervenant peut émettre à tout moment) et la gestion des ''transactions''. Un service a été rajouté, celui du mécanisme de correction des erreurs de traitement par restauration d'un état antérieur connu.

4 • Transport

La couche transport gère les communications de bout en bout entre processus. Le plus souvent cette communication se fera octet par octet et sera fiable (ou alors le processus sera prévenu de la perte de la connexion).

La couche de transport fournit des services tels que la fiabilité, le contrôle de flux et le multiplexage.

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Dans un réseaux TCP/IP, les données circulent à travers les couches des différents types de réseaux (filaires et sans fil, LAN, WAN) avec les protocoles appropriés comme le montre la figure suivante :

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2 Wireless Personal Area Network (WPAN) 2.1 Bluetooth

La technologie Bluetooth est largement utilisée comme plate-forme de communication à courte portée permettant une variété de dispositifs électroniques d'être reliés entre eux en utilisant la technologie sans fil.

En fait, le développement de la technologie Bluetooth a progressé de sorte qu'elle fait maintenant partie intégrante de nombreux articles ménagers. Les téléphones cellulaires et de nombreux autres appareils utilisent Bluetooth pour la connectivité de courte portée. Dans ce genre d'application, Bluetooth est un succès.

a) Histoire de la technologie Bluetooth et du Bluetooth SIG

L'histoire de Bluetooth remonte en 1994, lorsque Ericsson a présenté le concept d'utiliser une connexion sans fil pour connecter des appareils électroniques, tels que des écouteurs sans fil (l'oreillette) et le téléphone. Le concept a été développé plus profondément pour inclure la possibilité d'interconnecter une variété d'autres appareils, tels que l'ordinateur et ses périphériques (imprimante, clavier, souri, etc.). Grâce à cette technologie, la possibilité de connexions rapides et faciles entre les appareils électroniques devenait possible.

Il a été décidé que pour permettre le développement de la technologie Bluetooth et pour quelle soit largement acceptée et utilisée, qu'il fallait qu'elle devienne un standard de l'industrie. En

conséquence, en février 1998, cinq entreprises (Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba et Intel) ont formées le Bluetooth SIG (Special Interest Group). Le nombre de membres du Bluetooth SIG a augmenté très rapidement. À la fin de 1998, il a accueilli son 400^e membre et aujourd'hui il compte plus de 20000 membres.

Le Bluetooth SIG effectue un certain nombre de fonctions :

• Publier et mettre à jour les spécifications de Bluetooth;

• Administrer le programme de qualification;

• Protéger les marques de commerce Bluetooth.

Pour être commercialisé comme un périphérique Bluetooth, ce dernier se qualifie en respectant les normes définies par le Bluetooth SIG. Un ensemble de brevets est nécessaire pour mettre en œuvre la technologie, qui est autorisé seulement pour un dispositif qualifié à la fois.

Le Bluetooth SIG a travaillé rapidement sur le développement de la technologie Bluetooth. Trois mois après la formation du groupe, le nom Bluetooth a été adopté. L'année suivante, la première version complète de la norme a été présentée, en juillet 1999.

Le nom de la norme Bluetooth provient du roi danois Harald Blåtand qui était roi du Danemark entre 940 et 981. Son nom se traduit par "Blue Tooth". Sa principale réalisation est d'unir le Danemark sous la bannière du christianisme, puis l'unissant avec la Norvège qu'il avait conquis. La norme Bluetooth a été nommée d'après lui parce que le Bluetooth s'efforce à unir les dispositifs informatiques et de télécommunications personnelles.

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b) Les différentes normes Bluetooth

Il y a eu beaucoup de pression de la norme Bluetooth comme les mises à jour ont été faites pour s’assurer qu'il reste en phase avec la technologie actuelle et les besoins des utilisateurs.

Version

Bluetooth Date Principales caractéristiques de la version 1.0 Juillet 1999 Version préliminaire de la norme Bluetooth.

1.0a Juillet 1999 Première version publiée de la norme Bluetooth.

1.0b Décembre 1999 Petites mises à jour pour résoudre les problèmes et problèmes mineurs.

1.0b + CE Novembre 2000 Errata critique ajouté au problème 1.0b de la norme Bluetooth.

1.1 Février 2001 Première version utilisable. Il a été utilisé par l'IEEE pour leur norme IEEE 802.15.1-2002.

1.2 Novembre 2003

Cette version de la norme Bluetooth a ajouté de nouvelles fonctionnalités, notamment le saut de fréquence et l'eSCO, pour des performances vocales améliorées. A été publié par l'IEEE sous le nom IEEE 802.15.1-2005. Il s'agit de la dernière version publiée par l'IEEE.

2.0 + EDR Novembre 2004 Cette version de la norme Bluetooth a ajouté le débit de données amélioré (EDR) pour augmenter le débit à un débit de données brutes de 3,0 Mbps.

2.1 Juillet 2007 Cette version de la norme Bluetooth a ajouté un appariement simple sécurisé pour améliorer la sécurité.

3.0 + HS Avril 2009 Bluetooth 3 a ajouté IEEE 802.11 comme canal haute vitesse pour augmenter le débit de données à 10+ Mbps.

4.0 Décembre 2009 La norme Bluetooth a été mise à jour pour inclure Bluetooth Low Energy (BLE) anciennement connu sous le nom de Wibree.

4+LE 2010

Réduction de la consommation des périphériques (Low Energy, LE). Haute vitesse basée sur le Wi-Fi. Logo

"Bluetooth Smart Ready". Restitutions musicales stéréophoniques de qualité comparable au CD.

4.1 2013 Connexion d'appareils multiples sur un seul accès pour la sortie des smartphones LTE.

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Version

Bluetooth Date Principales caractéristiques de la version

5 12/2016 Débit pratique supérieur en mode Low Energy (2 Mbit/s PHY), portée de 40 m à 350 m et jusqu'à 500 mètres avec certains modules.

5.1 Janvier 2019

5.2 Décembre 2019

c) Couches protocolaires

Les éléments fondamentaux d'un produit Bluetooth sont définis dans les deux premières couches protocolaires :

1. la couche radio ;

2. et la couche bande de base.

Ces couches prennent en charge les tâches matérielles comme le contrôle du saut de fréquence et la synchronisation des horloges.

1. La couche radio

La couche radio (la couche la plus basse) est gérée au niveau matériel. C'est elle qui s'occupe de l'émission et de la réception des ondes radio. Elle définit les caractéristiques telles que la bande de fréquence et l'arrangement des canaux, les caractéristiques du transmetteur, de la modulation, du récepteur, etc.

Le système Bluetooth opère dans les bandes de fréquences ISM (Industrial, Scientific and Medical) 2,4 GHz dont l'exploitation ne nécessite pas de licence vu la faible puissance d'émission et le risque faible d'interférences. Cette bande de fréquences est comprise entre 2 400 et 2 483,5 MHz. Un transceiver à sauts de fréquences est utilisé pour limiter les interférences et l'atténuation.

Deux modulations sont définies : une modulation obligatoire utilise une modulation de fréquence binaire pour minimiser la complexité de l'émetteur ; une modulation optionnelle (mode EDR) utilise une modulation de phase (PSK à 4 et 8 symboles). La rapidité de modulation est de 1 Mbaud pour toutes les modulations. La transmission duplex utilise une division temporelle.

Les 79 canaux RF sont numérotés de 0 à 78 et séparés de 1 MHz en commençant par 2 402 MHz.

Le codage de l'information se fait par sauts de fréquences et la période est de 625 µs, ce qui permet 1 600 sauts par seconde.

Il existe trois classes de modules radio Bluetooth sur le marché :

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3 Wireless Local Area Network (WLAN) 3.1 Wi-Fi

Le Wi-Fi est un ensemble de protocoles de communication sans fil régis par les normes du groupe IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11). Un réseau Wi-Fi permet de relier par ondes radio plusieurs appareils informatiques (ordinateur, routeur, téléphone intelligent, etc.) au sein d'un réseau informatique afin de permettre la transmission de données entre eux.

Les normes IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11), qui sont utilisées internationalement, décrivent les caractéristiques d’un réseau local sans fil (WLAN). La marque déposée « Wi-Fi » correspond initialement au nom donné à la certification délivrée par la Wi-Fi Alliance (« Wireless Ethernet

Compatibility Alliance », WECA), organisme ayant pour mission de spécifier l’interopérabilité entre les matériels conformes à la norme 802.11 et de vendre le label « Wi-Fi » aux matériels répondant à ses spécifications. Pour des raisons de facilité d’usage (et de marketing) le nom de la norme se confond aujourd’hui avec le nom de la certification (c’est le cas en France, en Espagne, au Canada, en Suisse, en Tunisie…). Ainsi, un réseau Wi-Fi est en réalité un réseau répondant à une des normes IEEE 802.11. Dans d’autres pays (en Allemagne, aux États-Unis par exemple) de tels réseaux sont aussi nommés par le terme générique WLAN : Wireless LAN (réseau local sans fil).

Grâce aux normes Wi-Fi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit. En

pratique, le Wi-Fi permet de relier des ordinateurs portables, des machines de bureau, des assistants personnels (PDA), des objets communicants ou même des périphériques à une liaison haut débit : de 11 Mbit/s théoriques ou 6 Mbit/s réels en 802.11b, à 54 Mbit/s théoriques ou environ 25 Mbit/s réels en 802.11a ou 802.11g, 600 Mbit/s théoriques pour le 802.11n2,3, et 1,3 Gbit/s4 théoriques pour le 802.11ac normalisé depuis décembre 2013.

La portée atteint plusieurs dizaines de mètres en intérieur (généralement entre une vingtaine et une cinquantaine de mètres). Ainsi, des fournisseurs d’accès à Internet peuvent établir un réseau Wi-Fi connecté à Internet dans une zone à forte concentration d’utilisateurs (gare, aéroport, hôtel, train…).

Ces zones ou points d’accès sont appelés bornes Wi-Fi ou points d’accès Wi-Fi ou « hot spots ».

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a) Les normes IEEE 802.11

Norme Description

802.11a Wireless network bearer operating in the 5 GHz ISM band with data rate up to 54 Mbps

802.11b Wireless network bearer operating in the 2.4 GHz ISM band with data rates up to 11 Mbps

802.11e Quality of Service enhancements for wireless LAN applications : Voice over Wireless LAN and streaming multimedia

802.11f Provides wireless access point communications among multivendor systems (handover)

802.11g Wireless network bearer operating in 2.4 GHz ISM band with data rates up to 54 Mbps

802.11h Spectrum and Transmit Power Management Extensions 802.11i Authentication and encryption

802.11j Wireless LAN operation in the 4.9 to 5 GHz band to conform to the Japanese rules for radio operation for indoor, outdoor and mobile applications

802.11k Defines and exposes radio and network information to facilitate the management and maintenance of a mobile Wireless LAN

802.11n Wireless network bearer operating in the 2.4 and 5 GHz ISM bands with data rates up to 600 Mbps

802.11 p Wireless access in vehicular environments (WAVE) 802.11r

Permit continuous connectivity aboard wireless devices in motion, with fast and secure handoffs from one base station to another managed in a seamless manner

802.11s Mesh networking

802.11ac Wireless network bearer operating below 6GHz to provide data rates of at least 1Gbps for multi-station operation and 500 Mbps on a single link 802.11ad Wireless network bearer providing very high throughput at frequencies up

to 60GHz

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La connectivité sans fil pour les ordinateurs est maintenant bien établi et pratiquement tous les nouveaux ordinateurs portables contiennent une capacité Wi-Fi. Parmi les solutions WLAN qui sont disponibles à la norme IEEE 802.11, souvent appelée Wi-Fi, est devenue le standard de facto. Avec des vitesses de fonctionnement des systèmes utilisant les normes de l'ordre de 54 Mbps étant monnaie courante IEEE 802.11, la connexion Wi-Fi est en mesure de bien rivaliser avec les systèmes câblés. En raison de la flexibilité et la performance du système, les connexions Wi-Fi sont très répandues et d'usage courant. Ceux-ci permettent aux gens d'utiliser leurs ordinateurs portables, tablettes et téléphones intelligents comme ils attendent dans les hôtels, salons d'aéroport, des cafés, et de nombreux autres endroits en utilisant un lien sans-fil plutôt que de devoir utiliser un câble.

Outre les normes 802.11 utilisés pour les connexions temporaires, et pour des applications de réseau sans fil temporaire de réseau local sans fil, ils peuvent également être utilisés pour des installations plus permanentes. Dans les bureaux, les équipements WLAN peuvent être utilisés pour fournir des solutions WLAN semi-permanents. Voici l'utilisation des équipements WLAN dans les bureaux qui permet d’être mise en place sans la nécessité de câblage permanent, ce qui peut fournir une

économie considérable. L'utilisation d'équipements WLAN permet des changements à apporter dans le bureau sans avoir à re-câblage.

En conséquence, la norme Wi-Fi, IEEE 802.11 est largement utilisé pour fournir des solutions WLAN à la fois pour les connexions temporaires dans les points chauds dans les cafés, aéroports, hôtels et autres lieux semblables ainsi que dans des scénarios de bureau.

Tous les normes 802.11 Wi-Fi fonctionnent dans les bandes de fréquences ISM (Industrial, Scientific and Medical). Ceux-ci sont partagés par une variété d'autres utilisateurs, mais aucune licence n’est requise pour le fonctionnement dans ces fréquences. Cela les rend idéales pour un système général ou pour une utilisation généralisée.

Il y a un certain nombre de normes qui sont d'usage courant. Ce sont les normes 802.11a, 802.11b, 802.11g et la norme 802.11n est la dernière offrant des taux de données brutes jusqu'à 600 Mbps.

Chacune des différentes normes a des caractéristiques différentes et elles ont été lancées à des moments différents. La première norme 802.11 WLAN 802.11b était acceptée. Elle a utilisé des fréquences 2,4 GHz, une bande de fréquence industrielle et scientifique médial (ISM), avec des débits de données de 11 Mbps en utilisant un schéma de modulation connu comme Modulation par codes complémentaires (CCK) ainsi que le soutien Direct-Sequence Spread Spectrum ou DSSS, de la spécification l'original 802.11. Presque en parallèle avec celle-là, une seconde norme a été définie.

C’était la 802.11a qui a utilisé une technique de modulation différente, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) et permet d’utiliser une autre bande ISM à 5 GHz. Des deux normes, que la variante 802.11b a été tirée. C’est principalement parce que les puces électroniques pour la bande ISM basse fréquence à 2,4 GHz étaient plus disponibles et moins coûteuses à fabriquer que celles à 5 GHz.

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802.11a 802.11b 802.11g 802.11n

norme 1999 1999

Débit de données

maximum (Mbps) 54 11 54 ~ 600

Type de modulation OFDM CCK ou

DSSS CCK, DSSS,

OFDM ou CCK, DSSS, OFDM ou Bande la RF (GHz) 5 2.4 2.4 2,4 ou 5 Nombre de flux

spatiaux 1 1 1 1, 2, 3, ou 4

largeur de canal (MHz)

nominal 20 20 20 20, ou 40

Les largeurs de bande de 20 MHz nominales sont généralement citées, bien que la bande passante réelle est généralement admise est de 22 MHz.(Mbps = Méga bits par seconde)

Les réseaux IEEE 802.11

Il existe deux types de réseau WLAN qui peuvent être formés: réseaux d'infrastructures; et les réseaux ad-hoc.

L'application de l'infrastructure vise à zones de bureaux ou de fournir un "hotspot". L'équipement WLAN peut être installé à la place d'un système filaire, et peut fournir des économies de coûts considérables, en particulier lorsqu'ils sont utilisés dans les bureaux établis. Un réseau fédérateur filaire est toujours nécessaire et est relié à un serveur. Le réseau sans fil est ensuite subdivisée en un certain nombre de cellules, chacune desservie par une station de base ou du point d'accès (AP) qui agit comme un dispositif de commande pour la cellule. Chaque point d'accès peut avoir une

fourchette comprise entre 30 et 300 mètres et dépend de l'environnement et l'emplacement du point d'accès.

L'autre type de réseau qui peut être utilisé est appelé un réseau Ad-Hoc. Ces réseaux sont formés quand un certain nombre d'ordinateurs et de périphériques sont réunis. Ils peuvent être nécessaires lorsque plusieurs personnes se réunissent et ont besoin de partager des données ou s’ils ont besoin d'accéder à une imprimante sans la nécessité d'avoir à utiliser des connexions filaires. Dans ce cas, les utilisateurs ne communiquent pas entre eux et pas avec un grand réseau câblé. En conséquence, il n’y a point d'accès et des algorithmes spéciaux dans les protocoles sont utilisés pour permettre à l'un des périphériques de prendre en charge le rôle de maître (Master) pour contrôler le réseau et les autres agissant comme esclaves (Slave).

Canaux Wi-Fi / WLAN, les fréquences, les bandes et bandes passantes

Les normes Wi-Fi / WLAN IEEE 802.11 définissent les attributs pour les différents canaux qui peuvent être utilisés.

Ces attributs permettent à différents modules Wi-Fi pour échanger (parler) les uns les autres et configurer efficacement un réseau WLAN.

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Bandes ISM et Wi-Fi

Le Wi-Fi est destiné à une utilisation dans le spectre sans licence. Cela permet aux utilisateurs d'accéder au spectre radioélectrique, sans la nécessité pour les règlements et restrictions qui pourraient être applicables ailleurs. L'inconvénient est que ce spectre est également partagée par de nombreux autres utilisateurs et par conséquent le système doit résister aux interférences.

Il existe un certain nombre de bandes de fréquences sans licence dans une variété de régions du spectre radioélectrique. Souvent ceux-ci sont considérés comme des bandes ISM - industriel, scientifique et médical, et ils sont utilisées par les fours à micro-ondes pour les communications radio. Beaucoup de ces bandes, y compris les deux utilisées pour le Wi-Fi sont à dotations globales, bien que les restrictions locales peuvent s’appliquer pour certains aspects de leur utilisation.

Les principales bandes utilisées pour la réalisation d'une connexion Wi-Fi sont ceux dans le tableau ci-dessous:

Basse Fréquence

MHz

Fréquence supérieure

MHz Commentaires

2400 2500

Souvent considéré comme la bande des 2,4 GHz, ce spectre est le plus largement utilisé des bandes disponibles pour le Wi-Fi. Utilisé par 802.11b, g, et n. Il peut transporter un maximum de trois canaux sans chevauchement.

5725 5875

Cette bande des 5 GHz ou 5,8 GHz offre une bande passante supplémentaire, et étant à une fréquence plus élevée, les coûts d'équipement sont légèrement plus élevés, bien que l'utilisation, et donc des interférences sont moindres. Il peut être utilisé par 802.11a et n. Il peut transporter jusqu'à 23 canaux sans chevauchement, mais donne une portée plus courte que 2,4 GHz.

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Canaux 802.11 à 2,4 GHz

Il y a un total de quatorze canaux définis pour une utilisation par Wi-Fi 802.11 pour la bande ISM 2,4 GHz. Pas tous les canaux sont admis dans tous les pays: 11 sont autorisés par la FCC et utilisés dans ce qu'on appelle souvent le domaine en Amérique du Nord, et 13 sont acceptés en Europe où les chaînes ont été définies par l'ETSI. Les canaux WLAN / Wi-Fi sont espacées 5 MHz en dehors (à l'exception d'un espacement de 12 MHz entre les deux derniers canaux).

Les normes WLAN 802.11 spécifient une bande passante de 22 MHz et un canal de séparation de 25 MHz, bien que les chiffres nominaux pour la bande passante de 20 MHz sont souvent donnés. La largeur de bande et le canal de séparation 20/22 MHz de 5 MHz signifie que des canaux adjacents se chevauchent et des signaux sur des canaux adjacents interfèrent les uns avec les autres.

La bande passante de canal 22 MHz est valable pour toutes les normes même si la norme WLAN 802.11b peut fonctionner à des vitesses variées: 1; 2; 5,5 ou 11 Mbps et la norme 802.11g plus récente peut fonctionner à des vitesses allant jusqu'à 54 Mbps. Les différences se produisent dans le schéma de modulation RF utilisé, mais les canaux WLAN sont identiques sur l'ensemble des normes applicables 802.11.

Lorsque vous utilisez Wi-Fi 802.11 pour fournir des solutions WLAN pour les bureaux, l'utilisation hotspots générales ou pour les applications WLAN, il est nécessaire de veiller à ce que les paramètres tels que les canaux sont correctement définies pour assurer que les performances requises soient atteintes.

Canaux de fréquences 2,4 GHz Wi-Fi

Le tableau ci-dessous fournit les fréquences pour le total de quatorze canaux Wi-Fi 802.11 qui sont disponibles dans le monde entier. Tous ces canaux ne sont pas disponibles pour une utilisation dans tous les pays.

Numéro de canal

MHz

Fréquence centrale

MHz

1 2401 2412 2423

2 2404 2417 2428

3 2411 2422 2433

4 2416 2427 2438

5 2421 2432 2443

6 2426 2437 2448

7 2431 2442 2453

8 2436 2447 2458

9 2441 2452 2463

10 2451 2457 2468

(34)

MHz

Fréquence centrale

MHz

14 2473 2484 2495

Chevauchement des canaux Wi-Fi à 2,4 GHz et la sélection

Les canaux utilisés pour le Wi-Fi sont séparés par 5 MHz dans la plupart des cas mais avec une bande passante de 22 MHz. En conséquence les canaux se chevauchent et on peut voir qu'il est possible de trouver un maximum de trois canaux sans chevauchement. Par conséquent, s’il y a des pièces adjacentes de l'équipement WLAN qui doivent travailler sur les chaînes non-ingérence, il y a seulement une possibilité de trois. Il y a cinq combinaisons de canaux disponibles de non

chevauchement et sont donnés ci-dessous:

Chevauchement et canaux Wi-Fi et ceux qui peuvent être utilisés comme des ensembles.

D'après le diagramme ci-dessus, on peut voir que les canaux Wi-Fi 1, 6, 11, ou 2, 7, 12 ou 3, 8, 13 ou 4, 9, 14 (si cela est autorisé) ou 5, 10 (et, éventuellement, 14 si autorisé) peuvent être utilisés ensemble comme des ensembles. Souvent les routeurs Wi-Fi sont mis sur le canal 6 par défaut, et donc l'ensemble des canaux 1, 6 et 11 est peut-être le plus largement utilisé.

Comme certains l'énergie des signaux s’étale encore en dehors de la bande passante nominale, si seulement deux canaux sont utilisés, plus ils sont éloignés l’un de l'autre meilleure, meilleure est la performance.

On constate que lorsque l'interférence existe, le débit du système est réduite. Il est préférable donc de réduire les niveaux d'interférence pour améliorer la performance globale de l'équipement WLAN.

Avec l'utilisation de la norme IEEE 802.11n, il existe la possibilité d'utiliser des largeurs de bande de signal de chacune des 20 MHz ou 40 MHz. Lorsque la bande passante de 40 MHz est utilisée pour obtenir le débit de données plus élevé, ce qui réduit évidemment le nombre de canaux qui peuvent être utilisés.

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802.11n capacité du canal 40 MHz

Le diagramme ci-dessus montre les signaux 802.11n 40 MHz. Ces signaux sont désignés par leurs numéros de canal central équivalentes.

Réseaux WLAN 2,4 GHz et disponibilité des canaux Wi-Fi

Compte tenu des différences dans les attributions de fréquences dans le monde entier et des

exigences différentes pour les autorités réglementaires, tous les canaux WLAN sont disponibles dans tous les pays. Le tableau ci-dessous donne une indication générale de la disponibilité des différents canaux Wi-Fi dans les différentes parties du monde.

Europe (ETSI)

Amérique du Nord

(FCC) Japon

1 ✔ ✔ ✔

2 ✔ ✔ ✔

3 ✔ ✔ ✔

4 ✔ ✔ ✔

5 ✔ ✔ ✔

6 ✔ ✔ ✔

7 ✔ ✔ ✔

8 ✔ ✔ ✔

9 ✔ ✔ ✔

10 ✔ ✔ ✔

11 ✔ ✔ ✔

12 ✔ Aucun ✔

(36)

Ce tableau est seulement fournit une vue d'ensemble, et il peut y avoir des variations entre les différents pays. Par exemple, certains pays de la zone européenne l'Espagne ont des restrictions sur les canaux qui peuvent être utilisés (France: les canaux 10 à 13 canaux et l'Espagne 10 et 11) l'utilisation du Wi-Fi et ne permettent pas un grand nombre de canaux qui pourraient être considérés à être disponible, bien que la position est susceptible de changer.

Réseaux Wi-Fi à 3,6 GHz

Cette bande de fréquences ne est autorisée que pour une utilisation dans les États-Unis en vertu d'un régime connu sous le nom 802.11y. Ici stations alimentés élevés peuvent être utilisés comme liaison terrestre pour les réseaux, etc.

Numéro

de canal Fréquence (MHz)

5 MHz de bande passante

131 3657,5 ✔

132 36622,5 ✔

132 3660,0 ✔

133 3667,5 ✔

133 3665,0 ✔

134 3672,5 ✔

134 3670,0 ✔

135 3677,5 ✔

136 3682,5 ✔

136 3680,0 ✔

137 3687,5 ✔

137 3685,0 ✔

138 3689,5 ✔

138 3690,0 ✔

Remarque: la fréquence centrale de canal dépend de la bande passante utilisée. Ceci explique le fait que la fréquence centrale pour différents canaux est différente si différentes largeurs de bande de signaux sont utilisés.

Canaux Wi-Fi à 5 GHz et fréquences

Comme la bande 2,4 GHz devient plus encombré, de nombreux utilisateurs optent pour utiliser la bande des 5 GHz ISM. Cela fournit non seulement plus de spectre, mais il ne est pas aussi

largement utilisé par Wi-Fi ainsi que de nombreux autres appareils, y compris des éléments tels que les fours à micro-ondes, etc.

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Numéro de

canal MHz de

fréquence Europe

(ETSI) Amérique du Nord

(FCC) Japon

36 5180 À l'intérieur ✔ ✔

52 5260 Intérieur / DFS /

TPC DFS DFS / TPC

100 5500 DFS / TPC DFS DFS / TPC

120 5600 DFS / TPC Pas d'accès DFS / TPC

149 5745 SRD ✔ Pas d'accès