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Les Réseaux sans Fils Master Miage 1Université de Nice – Sophia Antipolis (Second Semestre 2009-2010) Jean-Pierre Lips lips@unice.fr

Plan généralIntroduction 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 2

Plan du cours Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie 1ère Partie : Concepts de base 2èm Partie : Téléphonie mobile e 3èm Partie : Réseaux locaux sans fil e 4èm Partie : Réseaux large bande sans fil e 5èm Partie : Bluetooth e ConclusionAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 3

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 utiliséesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 4

Plan du cours Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie 1ère Partie : Concepts de base 2èm Partie :Téléphonie mobile e 3èm Partie : Réseaux locaux sans fil e 4èm Partie : Réseaux large bande sans fil e 5èm Partie : Bluetooth e ConclusionAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 5

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 – 6èm Edition e Guy Pujolle – Eyrolle - Paris 2007/09Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 6

Bibliographie (2/2) 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 dHervé Soulard Editions OReilly, Paris 2005Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 7

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 Sélection bibliographique sur le Wi-Fi http://www.commentcamarche.net/livre/?cat=167Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 8

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)Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 9

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 10

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  HiperLanAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 11

Réseaux sans fils WMAN : Wireless Metropololitan Area Network  IEEE 802.16 WWAN : Wireless Wide Area Network  GSM  GPRS, I-Mode, UMTS Réseaux de satellitesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 12

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,Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 13

Le Spectre ElectromagnetiqueAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 14

La bande ISM ISM Spectrum (Industrial, Scientific and Medical)  Utilisation sans licence individuelle Bande ISM aux États-UnisAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 15

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) codeAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 16

FDMA  Bande de fréquences divisée en plusieurs sous-bande allouées de façon continue à un utilisateur  Utilisé principalement dans les réseaux analogiquesFréquence Occupé par l’utilisateur 1 4 Occupé par l’utilisateur 2 3 Occupé par l’utilisateur 3 2 Libre 1 N° porteuse 1 TempsAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 17

TDMA  Totalité de la bande de fréquences alloué à un utilisateur pendant des intervalles de temps donnés (slot)  Utilisé principalement dans les réseaux numériquesFréquence Occupé par l’utilisateur 1 Occupé par l’utilisateur 2 Occupé par l’utilisateur 3 Libre A N° slot A B C D E A B C D E Temps Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 18

Combinaison FDMA-TDMAFréquence Occupé par l’utilisateur 1 4 Occupé par l’utilisateur 2 3 Occupé par l’utilisateur 3 2 Libre 1 1 N° porteuse A B C D E A B C D E Temps A N° slot Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 19

CDMAAllocation 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 20

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 bruitAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 21

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 donnéesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 22

Spread Spectrum Codeur Décodeur Canal Modulateur Canal Démodulateur Canal DonnéesDonnées de sortieentrantes Spreading Spreading Code Code Générateur Générateur de de pseudo bruit pseudo bruit Schéma général d’un système de communication à étalement de spectre Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 23

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 bitsAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 24

FHSSAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 25

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 donnéesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 26

DSSSAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 27

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 00101000Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 28

CDMA : Principe Chip Sequence 1 1 0 1 0 1 1 1 Spreading Sequence 1 1 -1 1 -1 1 1 1 Transmission de ‘1’ 1 1 -1 1 -1 1 1 1 Transmission de ‘0’ -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 Pas de transmission 0 0 0 0 0 0 0 0Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 29

CDMA : Exemple Exemple de transmission entre 4 utilisateurs (Source : A. Tanenbaum – Computer networks - 4th Edition) Codes Utilisateur Chip Sequence Spread Sequence A 0 0 0 1 1 0 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 1 1 B 0 0 1 0 1 1 1 0 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 C 0 1 0 1 1 1 0 0 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 D 0 1 0 0 0 0 1 0 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1Tous les codes doivent être orthogonaux deux à deux : 1 n S • T ≡ ∑ Si Ti = 0 n i =1En clair : il y a autant de paires identiques que de paires différentesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 30

CDMA : Exemple Méthode utilisée pour générer des chip sequence orthogonale : Walsh code method Autres propriétés des chip sequence :  S●T = 0 => S●T = 0 1 n 1 n 2 1 n  S • S ≡ ∑ Si Si = ∑ Si = ∑ (±1)2 = 1 n i =1 n i =1 n i =1  S●S= -1Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 31

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 : Utilisateur Bit transmis Spread Sequence A 1 -1 -1 -1 1 1 -1 1 1 B 0 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 C - 0 0 0 0 0 0 0 0 D 0 1 -1 1 1 1 1 -1 1 S (Somme) 1 -1 -1 3 1 -1 -1 3Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 32

CDMA : Exemple Stations Temps bit Sommes A B C D N°1 - - 1 - S1 = -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 N°2 - 1 1 - S2 = -2 0 0 0 2 2 0 -2 N°3 1 0 - - S3 = 0 0 -2 2 0 -2 0 2 N°4 1 0 1 - S4 = -1 1 -3 3 1 -1 -1 1 N°5 1 1 1 1 S5 = -4 0 -2 0 2 0 2 -2 N°6 1 1 0 1 S6 = -2 -2 0 -2 0 -2 4 0Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 33

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 -1 1 -3 3 1 -1 -1 1 8 1 S4 • C ≡ ∑ S4i Ci C -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 8 i =1 S4 x C 1 1 3 3 1 -1 1 -1 S4●C = (1 + 1+ 3 + 3 + 1 -1 + 1 -1) / 8 = 8/8 =1 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 orthogonauxAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 34

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=0Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 35

Plan général Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2èm Partie : Téléphonie mobile e 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4èm Partie : Réseaux large bande sans fil e 5èm Partie : Bluetooth e Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 36

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 37

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 cellulaireAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 38

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 39

AMPS B B G C G C A A F D F D E E B B G C G C A A F D F D E E7 groupes de Fréquences : A, B, … F, G Micro cellules Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 40

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 OverAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 41

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 coursAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 42

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 coupéeAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 43

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 donnéesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 44

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 45

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 décrocheAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 46

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 xAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 47

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 japonaisAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 48

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 petitAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 49

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) Trame TDM (40ms) Flot montant 1 2 3 1 2 3 1850,01 à 1910MHz Mobile vers la Base Flot descendant 3 2 1 3 2 1 1930,05 à 1990MHz Base vers le Mobile 64 bits : contrôle 324 bits slot 101 bits ; correction d’erreur 159 bits : voix compresséeAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 50

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 : ≈ 300msAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 51

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 MHzAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 52

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 importantAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 53

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 54

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’appel et les services supplémentairesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 55

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 56

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 émisesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 57

G 2.5 GPRS (General Packet Radio Service) EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 58

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/donnéesAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 59

EDGE Extension de GSM permettant d’encoder un plus grand nombre de bits par baudAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 60

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 USAAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 61

Plan général Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2èm Partie : Téléphonie mobile e 3èm Partie : Réseaux locaux sans fil e 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5èm Partie : Bluetooth e Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 62

Hiérarchie des réseaux sans filAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 63

Deux configurations Centralisation autour d’une station monitrice (Base station) Réseau ad hoc (sans base)Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 64

Standards WLAN (Wireless Local Area Networks)  IEEE 802.11  IEEE – USA  HiperLan (High Performance LAN)  ETSI – Europe WHAN (Wireless Home Area Networks)  HomeRFAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 65

802.11 Couches supérieures LLC (Logical Link Control) Liaison de données MAC (Medium Access Control)802.11 802.11 802.11 802.11a 802.11b 802.11g Liaison physique IR FHSS DSSS OFDM HR-DSSS OFDMAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 66

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 MbpsAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 67

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 équipementsAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 68

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 débitAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 69

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/sAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 70

802.11a OFDM Multiplexage Orthogonal en Répartition de Fréquence (Orthogonal Frequency Data Multiplexing) Débit : 54Mbit/s Bande de fréquences des 5GHzAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 71

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 72

802.11g Amélioration de 802.11b Débit : jusqu’à 54Mbit/s Bande de fréquences ISM (2.4GHz) Compatible avec 802.11bAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 73

802.11 : Sous-couche MAC CSMA/CD (Ethernet) n’est pas applicable Portée de la Portée de la Radio C Radio A A B C D C A B C A C en cours de A en cours de transmission transmission vers B vers D A n’entend pas C et croit B entend A et croit qu’il ne peut qu’il peut émettre pas transmettre vers CAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 74

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 optionnelAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 75

DCFDeux 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 réessayerAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 76

DCF Seconde méthode:  Basée sur  MACAW (Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless)  et l’utilisation d’un canal virtuel  Exemple: A RTS Données B CTS ACK C NAV D NAV A veut transmettre vers B C est à portée de A, D est à portée de B mais pas de AAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 77

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 CAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 78

DCF Fragmentation A fragment burst.Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 79

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 pollingAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 80

Structure de la Trame 802.11 Trois types de trames :  Données  Contrôle  SupervisionOctets 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 Contrôle Durée Adr 1 Adr 2 Adr 3 N° séq Adr 4 Données CRC Bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 Sous To From Version Type MF Retry Pwr More W O Type DS DSAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 81

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 celluleAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 82

Distribution services Association Disassociation Réassociation Distribution IntégrationAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 83

Station Services Authentication Deauthentication Privacy Data DeliveryAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 84

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 GHzAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 85

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-FiAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 86

Plan général Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2èm Partie : Téléphonie mobile e 3èm Partie : Réseaux locaux sans fil e 4èm Partie : Réseaux large bande sans fil e 5ème Partie : Bluetooth Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 87

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 88

802.16Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 89

802.16 Couche PhysiqueAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 90

802.16 Couche Physique Frames and time slots for time division duplexingAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 91

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 serviceAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 92

802.16 Structure de trame(a) A generic frame. (b) A bandwidth request frameAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 93

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 5èm Partie : Bluetooth e Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 94

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 802.11Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 95

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 WPANAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 96

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 GHzAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 97

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 98

Bluetooth ArchitectureDeux piconets peuvent être connectés pour former un a scatternet Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 99

Bluetooth ApplicationsAnnée 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 100

The Bluetooth Protocol StackThe 802.15 version of the Bluetooth protocol architecture. Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 101

Bluetooth : Structure de la trame A typical Bluetooth data frame.Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 102

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by Cherboub Eifore on May 24, 2012

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