Les réseaux wifi part1

1. LES RÉSEAUX WIFI
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2. WPAN:WIRELESS PERSONAL AREA NETWORK
 Petite zone de couverture d’une 10ene de mètre
 Pour la connexion de périphérique portable (
smartphone, smartwatch…)
 Bluetooth 802.15.1 : porté de 30m avec un débit
de 2Mbs
 ZigBee 802.15.4: dédier au communication à très
faible consommation d’énergie
 Infrarouge IrDa: porté 2m avec un débit de 4Mbs 2
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3. WLAN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
 Une porté d’une centaine de mètre
 Remplace un réseau local Ethernet
 Des débit jusqu’à 600Mbs
 WIFI
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4. WMAN : WIRELESS METROPOLOLITAN AREA NETWORK
 WIMAX 802.16
 Porté jusqu’à 10Km
 Débit jusqu’à 1Gbs
 Utilisé pour raccorder des immeubles vers le
réseau central pour fournir la connexion aux
utilisateurs dans ces immeubles
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5. WWAN : WIRELESS WIDE AREA NETWORK
 Téléphonie sans fil 2G, 3G, 4G et maintenant 5G
 Couverture de plusieurs dizaines de km
 Débit jusqu’à 10Gbs
 Fournit des services étendus aux utilisateurs en
offrant de la mobilité
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6. HISTOIRE ET ÉVOLUTION
 La majorité des communications aujourd’hui
peuvent se faire en sans fil, on arrive même à
recharger des appareils en sans fil !
 Cela n’a pas toujours été le cas, le premier
standard sans fil équivalent à l’Ethernet est le
IEEE 802.11 qui a vu le jour en 1997
 Cette première version définit les couches MAC
et Physique du 802.11
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7. HISTOIRE ET ÉVOLUTION
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8. HISTOIRE ET ÉVOLUTION
 Ce premier standard évolue pour donner les
version 802.11a et 802.11b en 1999
 Le 802.11 sera nommé WI-FI en 2000
 En 2003 le 802.11g est présenté
 Le 802.11n sort en 2009
 Puis le 802.11ac en 2013
 Enfin le 802.11ax est prévu pour 2021
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9. HISTOIRE ET ÉVOLUTION
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10. L’ARCHITECTURE EN COUCHE
 Le standard 802.11 donne une définition des
deux premières couches basses du modèle OSI
 La couche physique permet d’avoir plusieurs
version possible du 802.11 selon les choix
technique utilisés
 La couche liaison de donnée se trouve divisé en
deux partie :
 la sous-couche LLC (Logical Link Control)
 la couche MAC (MediumAccess Control) 10
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11. L’ARCHITECTURE EN COUCHE
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12. L’ARCHITECTURE EN COUCHE
 La couche physique est elle aussi divisé en deux:
 la sous-couche PMD (Physical Medium
Dependent) qui gère l'encodage des données et
effectue la modulation
 la sous-couche PLCP (Physical Layer
Convergence Protocol) qui s'occupe de l'écoute du
support et fournit un CCA (Clear Channel
Assessment) à la couche MAC pour lui signaler
que le canal est libre
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13. LES BANDES DE FRÉQUENCES
 Le 802.11 avec ses différentes déclinaisons utilise
plusieurs bandes de fréquences
 Bande de fréquence libre et gratuite contrairement au
réseau mobile :
 la bande ISM (Industrial, Scientific and Medical):
Exploitation libre si puissance < 10mV
Bande de fréquence entre 2,4 –2,4835GHz
 la bande U-NII (Unlicenced-National Information
Infrastructure
Bande de fréquence entre 5,150-7,125Ghz non contigüe
Chaque bande a une puissance propre à elle 13
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14. LES COUCHES PHYSIQUES
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15. FHSS (FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM)
 Se base sur la technique de saut de fréquence
 La bande ISM est découpé en 79 canaux de 1Mhz
 L’émetteur et le récepteur s’accorde sur une
séquence ( ordre) de changement des canaux
 Sans connaitre cette ordre il est impossible
d’effectuer une communication ou de déchifrer
l’information
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16. FHSS (FREQUENCY HOPPING SPREAD
SPECTRUM)
 3 ensembles de 26 sauts possibles sont définit
 On a théoriquement 26 réseaux FHHS possibles
 Le FHHS fonctionne avec des sauts de 300ms
 Bonne résistance aux interférences
 Le débit est entre 1 et 2Mbs en raison de la
bande qui est de 1Mhz
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17. DSSS (DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM)
 La bande de fréquence est divisé en 14 canaux de
20Mhz espacés à leur centre de 5Mhz avec une
largeur entre 20 et 22Mhz
 Une transmission se fait sur un canal ( sans saut)
 La bande ISM utilisé a une largeur de 83,5Mhz
 Les 14 canaux ne peuvent être obtenues que si ils
se chevauchent
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18. DSSS (DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM)
 Pour éviter les interférences il n’est possible
d’utiliser que 3 des 14 canaux
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19. DSSS (DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM)
 L’utilisation d’un canal plus large permet d’avoir
de plus haut débit
 Le DSSS est plus sensible aux interférences
 Le fonctionnement se fait par étalement de spectre:
 Les bits 1 et 0 sont remplacer par une séquence
pseudo-aléatoire de 11 bits appelée code de Barker
exemple :
 Remplace un bit à 1 par 11101100011
 Remplace le bit à 0 par 00010011100 19
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20. LE 802.11a
 Se base sur la modulation OFDM Orthogonal
Frequency Data Multiplexing
 Utilise la bande de fréquence de 5Ghz avec une
largeur égale à 300 MHz avec 8 canaux
 Les canaux font 20Mhz de largeur de bande
 Peut aller jusqu’à 54Mbs théoriquement, mais a
des débit autour des 20Mbs en pratique
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21. LE 802.11a
 Chaque symbole OFDM contient 52 sous
porteuses
 48 sous porteuses pour les données et 4 pilotes
 Les sous porteuses de données peuvent être modulé
avec BPSK, QPSK, 16QAM et 64QAM
 Les pilotes sont toujours en BPSK
 La porteuse centrale n’est pas utilisé est reste
nulle
 Fonctionne avec une seul antenne SISO, ne
supporte pas le MIMO
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22. LE 802.11a
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23. LE 802.11b
 C’est la version qui a lancer le WIFI car facile à
mettre en place
 Cette version est basée sur le DSSS sur la bande
des 2,4Ghz
 Débit qui peut atteindre les 11Mbs
théoriquement, mais a des débit autour des
5,5Mbs en pratique
 Version incompatible avec le 802.11a 23
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24. LE 802.11b
 Fonctionne avec une seul antenne SISO, ne
supporte pas le MIMO
 Utilise les modulations BPSK et DQPSK pour les
débits de 1 et 2 Mbit/s
 Utilise la modulation CCK (Complementary Code
Keying) pour les débit de 5,5 à 11Mbs
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25. LE 802.11g
 Fonctionne sur la bande des 2,4Ghz en CCK, DSSS et
OFDM
 Ne prend pas en charge le MIMO
 Débit qui peut aller jusqu’à 45Mbs théorique, et 24Mbs
en pratique
 Compatible avec le 802,11b mais avec un débit bridé à
11Mbs
 Reprend les technologies utilisés dans le 802.11, 11a,
11b 25
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26. LE 802.11g
 Pour atteindre un bon débit et être compatible
avec le 802,11b, on a 4 couches physique possibles
 3 sont dénommés ERP Extended Rate Physicals
 ERP-DSSS-CCK: utilisée pour la compatibilité
avec 802.11b avec un débit de 11Mbs max
 ERP-OFDM: nouvelle couche physique du
802.11g, c’est celle qui permet d’avoir 54Mbs
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27. LE 802.11g
 ERP-DSSS/PBCC :
 Introduite avec le 802.11b
 Combine le DSSS avec le Packet Binary Convolution
cod (PBCC)
 Réutilisée avec le ,11g mais avec un débit jusqu’à
33Mbs
 DSSS-OFDM:
 C’est la seul a ne pas être ERP
 Nouvelle couche introduite par le .11g
 L’en-tête du paquet est en DSSS
 Le payload est en OFDM 27
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28. LE 802.11g
 On peut voir sur le tableau les débits possibles
pour chaque couche physique
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29. LE 802.11n
 Cette norme a été motivé par l’arrivé de la fibre
optique avec son haut débit
 Première norme 802.11 pour le haut débit avec QoS:
 288Mbs sur 2,4Ghz
 600mbs sur 5Ghz
 Porté du signal augmenté à 70m
 Compatible avec le 802.11s, b et g grâce à l’utilisation
de CCK, DSSS, et OFDM
 Répartition intelligente des équipements sur les
bandes de fréquences
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30. LE 802.11n
 Introduction de la technique du MIMO (Multiple
Inputs, Multiple Outputs)
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31. LE 802.11n
 Le .11n permet d’avoir jusqu’à quatre flux pour
augmenter le débit
 La limite du nombre de flux dépend du nombre
d’antenne
 Le MIMO utilise la notation a x b : c
 a est le nombre d’antenne max à la transmission
 b est le nombre d’antenne max à la réception
 c est le nombre de flux max (le min entre a et b)
 Le .11n va jusqu’à 4 x 4 : 4 31
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32. LE 802.11n
 Utilisation de plus de bande avec les 40Mhz
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33. LE 802.11n
 Un exemple des débits possible :
 Avec une largeur de 20Mhz et une fréquence
dans les 2,4Ghz + MIMO on est à 72Mbs
 À chaque antenne MIMO supplémentaire on double
le débit
 Si on passe su du 40Mhz on double également
 Avec toujours 20Mhz mais sur du 5Ghz on est à
150Mbs
 Si on passe sur 40Mhz on a 300Mbs
 Si on rajoute une antenne on a 600Mbs
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34. LE 802.11n
 L’utilisation de plusieurs antennes augmente la
consommation d’énergie
 Utilisation de technique d’économie d’énergie
(power saving)
 Les données sont envoyées en burst => plusieurs
périodes de silence
 La fonction MIMO est désactivée durant ces
petits laps de temps pour économiser de l’énergie 34
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35. LE 802.11n
 La couche physique du .11n définit un nouveau
fonctionnement :
 Deux nouveau format pour la sous couche PLCP
(Physical Layer Convergence Protocol)
 Un format HT High Throughput avec un mode mixte
et un mode Greenfield
 Un format legacy duplicate avec au choix 20Mhz et
40Mhz
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36. LE 802.11n
 Pour legacy mode ( mode hérité) on a les deux
possibilité suivant :
 20Mhz : le signal est divisé en 64 sous porteuses:
 4 pilotes qui sont sur les positions -21, -7, 7, 21
 Le signal qui prend les sous porteuse de -26 à 1 et de 1
à 26
 40Mhz: on utilise deux bande de 20Mhz
adjacentes, pour un total de 128 sous porteuses:
 6 pilotes sur les sous porteuses -53, -25, -11, 11, 25, 53
 Le signal sur les sous porteuse de -58 à 2 et de 2 à 58
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37. LE 802.11n
 Pour le format HT, deux possibilités également :
 Mixed mode : c’est un mode hybride où l’en-tête
est en legacy mode compatible 802.11a/b/g et le
reste du paquet en mode MIMO
 Greenfield: mode entièrement dédier au 802.11n
 Pas de compatibilité avec les anciennes version du
802.11
 Débit maximal possible atteint avec ce mode
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38. LE 802.11n
 Introduction de deux nouvelles techniques sur la
couche physique :
 Le beam forming : consiste a utiliser le
déphasage entre les différents signaux des
différentes antennes pour amplifier le signal
 Diversité dynamique d’antenne ( antenna
dynamic diversity), trois possibilités :
 Switched diversity
 Receive diversity
 Transmit divercity
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39. LE 802.11n
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 Switched diversity ( SC) Grace à ses deux
antennes, le récepteur choisit le meilleur signal

40. LE 802.11n
 Receive diversity appelé également multiple
receive signals (MRC), augmente la puissance
signal final par addition des signaux issues des
différences de trajets après réglage du déphasage
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41. LE 802.11n
 Transmit diversity : plusieurs copies du signal
sont envoyé à travers plusieurs antennes
 Une ou plusieurs antennes à la réception
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42. LE 802.11ac
 Solution WIFI pour dépasser le 1Gbs !
 Utilise la fréquence des 5Ghz avec jusqu’à 160Mhz de
largeur de bande avec wave 2
 Débit max théorique de 7Gbs mais de 800Mbs en
pratique
 Utilisation de l’OFDM avec jusqu’à 256QAM
 Support du MIMO 8 x 8
 A été déployé en deux phases wave 1 et wave 2
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43. LE 802.11ac
 Introduit le Mu-MIMO ( Multi User MIMO):
 Contrairement aux normes wifi avant le .11ac, où
on utilisé le MIMO simple appelé SU-MIMO
 Ce fonctionnement impose de communiquer
seulement avec un seul utilisateur
 Plus le nombre d’utilisateur augmente plus le
réseau devient lent
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44. LE 802.11ac
 Avec le MU-MIMO on communique avec
plusieurs appareils à la fois
 Le réseau ne sature plus comme avant et le débit
est meilleur
 C’est le routeur qui doit supporter le MU-MIMO
 Avec le .11ac on peut avoir quatre flux en même
temps
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45. LE 802.11ac
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46. LE 802.11ac
 Le besoin du MU-MIMO vient de l’utilisation non
optimal du débit
 Un routeur avec 3 antennes peut si il fonctionne
en 3x3 transmettre à 1,3Gbs en .11ac
 Si un smartphone n’a qu’une antenne on tombe à
433Mbs
 La différence entre les deux qui est de 867Mbs
est appelé MIMO GAP 46
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47. LE 802.11ac
 Avec le MU-MIMO, chaque antenne va servir un
utilisateur
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48. LE 802.11ac
 Avec le SU-MIMO chacun des 3 utilisateurs a une
antenne durant 1/3 du temps
 Avec le MU-MIMO chacun a une antenne mais
tout le temps
1,3Gbs
433Mbs
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49. LE 802.11ac
 Introduction du MIMO-TxBF ou MU-TxBF
 Possibilité d’utiliser le Beamforming vers les
quatre utilisateurs connectés en MU-MIMO
 Il est possible d’augmenter la puissance perçu
par un utilisateur sur sa bande de fréquence tout
en diminuant voir annulant ce même signal au
niveau des trois autres utilisateurs
 Système de Feedback que les utilisateurs ont
pour envoyer à l’AP la qualité du signal à leur
niveau
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50. LE 802.11ac
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51. LE 802.11ax
 Aussi appelé High-Efficiency Wireless (HEW) est
une norme en cours de validation qui a pour but
d’améliorer le .11ac
 Meilleur utilisation du spectre de fréquences
 Economie d’énergie améliorée
 Fonctionne sur le 2,4Ghz, le 5Ghz et même sur le
6Ghz
 Compatible avec les 802.11a/b/g/n/ac 51
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52. LE 802.11ax
 Débit réel x4 dans un environnement dense
 Utilisation du 1024QAM
 Utilisation de l’OFDMA avec :
 Une FFT 4x plus large ( meilleur distinction entre les
sous porteuses)
 Des sous-porteuse 4x plus proches
 Des symboles 4x plus longs
 Cela donne des meilleurs performances et
robustesse dans des environnements multi-trajets 52
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53. LE 802.11ax
 Espacement entre sous porteur qui passe de
312,5 à 78,125Khz
 Nombre de sous porteuses qui augmente
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54. LE 802.11ax
 Utilisation de l’OFDMA comme dans les réseaux
4G
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55. LE 802.11 ac vs ax
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