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Les Réseaux sans Fils


           Master Miage 1
Université de Nice – Sophia Antipolis
     (Second Semestre 2009-2010)



                                        Jean-Pierre Lips
                                           lips@unice.fr
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   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

 Conclusion




Année 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 utilisées




Année 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

 Conclusion




Année 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 2007/09




Année 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 d'Hervé Soulard
    Editions O'Reilly, Paris 2005


Année 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=167


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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
          HiperLan




Année 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 satellites




Année 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 Electromagnetique




Année 2009-2010   Les Réseaux sans Fils   14
La bande ISM

 ISM Spectrum (Industrial, Scientific and Medical)
          Utilisation sans licence individuelle




                      Bande ISM aux États-Unis



Année 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) code




Année 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 analogiques


Fréquence
                                                         Occupé par l’utilisateur 1

                                4                        Occupé par l’utilisateur 2

                                3                        Occupé par l’utilisateur 3


                                2                        Libre

                                                     1   N° porteuse
                                1


                              Temps



Année 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 numériques

Fréquence
                                                                      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-TDMA



Fréquence


                                                                      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
CDMA
Allocation de la totalité de la bande de fréquences
          à tous les utilisateurs
          de manière simultanée

 Code binaire particulier à chaque utilisateur

 Méthode permettant de multiplexer plusieurs
     utilisateurs au moyen de codes distincts
     (Orthogonaux)

 Appelé aussi : SSMA (Spread Spectrum Multiple
     Access)


Année 2009-2010                 Les Réseaux sans Fils   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 bruit




Année 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 données



Année 2009-2010                       Les Réseaux sans Fils          22
Spread Spectrum


            Codeur                                                                Décodeur
             Canal     Modulateur           Canal              Démodulateur        Canal
                                                                                         Données
Données                                                                                  de sortie
entrantes                       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 bits


Année 2009-2010                   Les Réseaux sans Fils                     24
FHSS




Année 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 données




Année 2009-2010                  Les Réseaux sans Fils                   26
DSSS




Année 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 00101000




Année 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 0




Année 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 -1


Tous les codes doivent être orthogonaux deux à deux :
                                1 n
                         S • T ≡ ∑ Si Ti = 0
                                n i =1
En clair : il y a autant de paires identiques que de paires différentes

Année 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= -1




Année 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 3




Année 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 0




Année 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 orthogonaux

Année 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=0




Année 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 cellulaire


Année 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
           E

7 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 Over




Année 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 cours



Année 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 coupée



Année 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 données




Année 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 décroche




Année 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 x




Année 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 japonais


Année 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 petit


Année 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 compressée
Année 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 : ≈ 300ms




Année 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 MHz




Année 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 important




Année 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 supplémentaires



Année 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 émises




Année 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/données



Année 2009-2010         Les Réseaux sans Fils           59
EDGE

 Extension de GSM permettant d’encoder un plus
     grand nombre de bits par baud




Année 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 USA



Année 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 fil




Année 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)
            HomeRF




Année 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   OFDM




Année 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 Mbps




Année 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 équipements




Année 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 débit




Année 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/s




Année 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 5GHz




Année 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 802.11b




Année 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 C


Année 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 optionnel




Année 2009-2010                      Les Réseaux sans Fils                75
DCF
Deux méthodes:
 Première méthode:
          Ecoute du canal avant d’émettre (Carrier Sense)
          Canal libre : émission complète de la trame (pas d’écoute du
           canal, à la différence d’Ethernet) qui pourra être détruite par
           le récepteur si elle est en erreur due à des interférences

          Canal occupé : attente puis émission quand le canal devient
           libre

          En cas de collision : les stations en cause attendent pendant
           un délai aléatoire (même algorithme que Ethernet) avant de
           réessayer



Année 2009-2010                  Les Réseaux sans Fils                  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 A


Année 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 C



Année 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 polling



Année 2009-2010                        Les Réseaux sans Fils                       80
Structure de la Trame 802.11
 Trois types de trames :
          Données
          Contrôle
          Supervision


Octets        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 DS




Année 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 cellule




Année 2009-2010                    Les Réseaux sans Fils                        82
Distribution services

 Association

 Disassociation

 Réassociation

 Distribution

 Intégration




Année 2009-2010    Les Réseaux sans Fils   83
Station Services

 Authentication

 Deauthentication

 Privacy

 Data Delivery




Année 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 GHz

Année 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-Fi




Année 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
802.16




Année 2009-2010   Les Réseaux sans Fils   89
802.16 Couche Physique




Année 2009-2010   Les Réseaux sans Fils   90
802.16 Couche Physique




  Frames and time slots for time division duplexing



Année 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 service



Année 2009-2010              Les Réseaux sans Fils   92
802.16 Structure de trame




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



Année 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 802.11


Année 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 WPAN



Année 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 GHz



Année 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 Architecture




Deux piconets peuvent être connectés pour former un a scatternet

 Année 2009-2010               Les Réseaux sans Fils               99
Bluetooth Applications




Année 2009-2010   Les Réseaux sans Fils   100
The Bluetooth Protocol Stack




The 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
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   103
Plan général

   Introduction
   1ère Partie : Concepts de base
   2ème Partie : Téléphonie mobile
   3ème Partie : Réseaux locaux sans fil
   4ème Partie : Réseaux large bande sans fil
   5ème Partie : Bluetooth
   Conclusion




    Année 2009-2010                Les Réseaux sans Fils   104

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  • 1. Les Réseaux sans Fils Master Miage 1 Université de Nice – Sophia Antipolis (Second Semestre 2009-2010) Jean-Pierre Lips lips@unice.fr
  • 2. Plan général Introduction  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
  • 3. 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  Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 3
  • 4. Objectifs  Passer en revue les techniques particulières utilisées dans les réseaux sans fil  Passer en revue les différents type de Réseaux sans fil  Étudier de façon plus détaillée quelques réalisations parmi les plus utilisées Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 4
  • 5. 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  Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 5
  • 6. Bibliographie (1/2)  Réseaux, 4ème Edition Andrew Tanenbaum – Prentice Hall – London2003 Texte français : Véronique Warion & Michel Dreyfus – Pearson Éducation France - Paris 2003  Réseaux et Télécoms Claude Servin – Dunod – Paris 2003  Wireless Communications and Networks, 3rd Edition William Stallings – Prentice Hall 08/2002  Les Réseaux – 6èm Edition e Guy Pujolle – Eyrolle - Paris 2007/09 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 6
  • 7. 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 d'Hervé Soulard Editions O'Reilly, Paris 2005 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 7
  • 8. Sources Internet (1/2) Technical Resources and Course Web Site for Wireless Communications by Williams Stallings http://williamstallings.com/Wireless1e.html  Palowireless : Wireless Resource Center http://www.palowireless.com/  Wikipedia Téléphone Mobile : http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9l%C3%A9phone_mobile IEEE 802.11 : http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11 etc.  Commencamarche.net Sélection bibliographique sur le Wi-Fi http://www.commentcamarche.net/livre/?cat=167 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 8
  • 9. Sources Internet (2/2)  Infoclick solution informatique - Encyclopédie informatique http://www.infoclick.fr/ccm/wifi/wifiintro.htm  The Official Bluetooth Membership https://www.bluetooth.org/  Fing : Fondation internet nouvelle génération Les différentes technologies sans fil : http://www.fing.org/jsp/fiche_actualite.jsp?STNAV=&RUBNAV=&CODE=4988 (article de Jean Michel Cornu, juin 2004) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 9
  • 10. 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
  • 11. Réseaux sans fils  WPAN : Wireless Personnal Area Network  BlueTooth  IrDA  WHAN : Wireless Home Area Network  HomeRF  WLAN : Wireless Local Area Network  IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g  HiperLan Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 11
  • 12. Réseaux sans fils  WMAN : Wireless Metropololitan Area Network  IEEE 802.16  WWAN : Wireless Wide Area Network  GSM  GPRS, I-Mode, UMTS  Réseaux de satellites Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 12
  • 13. Réseaux locaux sans fils  WPAN / WHAN  Quelques mètres autour de l’utilisateur  se déplacent avec l’usager  pas de station relais  Bluetooth :1Mbps  IrDA : 4Mbps  WHAN / WLAN  De 50 à quelques centaines de mètres  couvrent une localisation fixe  station relais  IEEE 802.11, HiperLan, HomeRF, AirPort, DECT, Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 13
  • 14. Le Spectre Electromagnetique Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 14
  • 15. La bande ISM  ISM Spectrum (Industrial, Scientific and Medical)  Utilisation sans licence individuelle Bande ISM aux États-Unis Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 15
  • 16. Méthodes d’accès  FDMA (Frequency Division Multiple Access)  AMRF (Accès Multiple par Répartition de Fréquences)  TDMA (Time Division Multiple Access)  AMRT (Accès multiple à Répartition dans le temps)  CDMA (Code Division Multiple Access)  AMRC (Accès multiple à Répartition en Code) code Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 16
  • 17. FDMA  Bande de fréquences divisée en plusieurs sous-bande allouées de façon continue à un utilisateur  Utilisé principalement dans les réseaux analogiques Fréquence Occupé par l’utilisateur 1 4 Occupé par l’utilisateur 2 3 Occupé par l’utilisateur 3 2 Libre 1 N° porteuse 1 Temps Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 17
  • 18. TDMA  Totalité de la bande de fréquences alloué à un utilisateur pendant des intervalles de temps donnés (slot)  Utilisé principalement dans les réseaux numériques Fréquence 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
  • 19. Combinaison FDMA-TDMA Fréquence 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
  • 20. CDMA Allocation de la totalité de la bande de fréquences  à tous les utilisateurs  de manière simultanée  Code binaire particulier à chaque utilisateur  Méthode permettant de multiplexer plusieurs utilisateurs au moyen de codes distincts (Orthogonaux)  Appelé aussi : SSMA (Spread Spectrum Multiple Access) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 20
  • 21. TDMA – FDMA - CDMA  Analogie Un grand nombre de couples parlant des langues différentes dînent dans une salle de restaurant  TDM : tous les couples partagent une même table, les personnes prennent la parole chacune à leur tour pour parler à leur partenaire  FDM : les couples occupent des tables suffisamment séparée les une des autres et discutent en même temps sans trop se gêner les uns les autres  CDMA : tous les couples partagent une même table et discutent en même temps chacun ne prêtant attention qu’à ce que dit son partenaire dans sa langue et considérant tout le reste comme du bruit Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 21
  • 22. Spread Spectrum  Étalement du spectre 3 propriétés :  Le signal occupe une Bande Passante plus large que ce qui est nécessaire à la transmission de l’information  Immunité aux interférences  Immunité au brouillage (jamming)  Accès multi-utilisateurs (multi-users access)  La largeur de bande est étalée au moyen d’un code indépendant des données  Le récepteur doit se synchroniser sur le code pour récupérer les données Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 22
  • 23. Spread Spectrum Codeur Décodeur Canal Modulateur Canal Démodulateur Canal Données Données de sortie entrantes 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
  • 24. Frequency Hopping Spread Spectrum  Etalement du spectre à sauts de fréquences  Le signal est commutés rapidement et de façon pseudo aléatoire entre les différentes fréquences à l’intérieur de la bande allouée  Les sauts se font à intervalles de temps fixes  A chaque intervalle successif, une nouvelle fréquence est utilisée  la séquence des canaux utilisés est imposé par le code spreading code (code d’étalement)  le récepteur saute d’une fréquence à l’autre en synchronisation avec l’émetteur en utilisant le même code  Avantages  immunité aux écoutes indiscrètes  résistance au brouillage : brouiller une seule fréquence ne perturbe que quelques bits Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 24
  • 25. FHSS Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 25
  • 26. Direct Sequence Spread Spectrum  Chaque bit du signal original est représenté par une série de bits dans le signal transmis  Le spreading code étale le signal sur une plus large bande de fréquence  l’étalement est directement proportionnel au nombre de bits utilisés  Le code est généré de façon pseudo aléatoire  le récepteur sait générer le même code et corrèle le signal reçu avec ce code pour extraire les données Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 26
  • 27. DSSS Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 27
  • 28. CDMA : Principe  Temps bit divisé en n intervalles appelés chips (en général 64 ou 128)  Un code n-bit unique (Chip sequence) assigné à chaque utilisateur  transmission de 1 => envoi de la chip sequence  transmission de 0 => envoi de la chip sequence inversée (complémentée à 1)  Exemple 8-bit chip sequence : 11010111  transmission de 1 => envoi de 11010111  transmission de 0 => envoi de 00101000 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 28
  • 29. 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 0 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 29
  • 30. 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 -1 Tous les codes doivent être orthogonaux deux à deux : 1 n S • T ≡ ∑ Si Ti = 0 n i =1 En clair : il y a autant de paires identiques que de paires différentes Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 30
  • 31. CDMA : Exemple  Méthode utilisée pour générer des chip sequence orthogonale : Walsh code method  Autres propriétés des chip sequence :  S●T = 0 => S●T = 0 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= -1 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 31
  • 32. CDMA : Exemple  Lorsque deux stations émettent en même temps les signaux s’ajoutent linéairement : Par exemple si A envoie 1, B envoie 0, C se tait et D envoie 0 cela donne : 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 3 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 32
  • 33. 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 0 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 33
  • 34. CDMA : Exemple  Décodage : produit du signal reçu et de la spreading sequence correspondant à la station dont on veut décoder le signal  Exemple : décodage du bit émis par la station C au temps bit N°4 : S4 -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 orthogonaux Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 34
  • 35. CDMA : Exemple  Pour les 6 temps bit encodés précédemment, on décode pour la station C : S1●C =(+1+1+1+1+1+1+1+1)/8=+1=> C=1 S2●C =(+2+0+0+0+2+2+0+2)/8=+1=> C=1 S3●C =(+0+0+2+2+0-2+0-2)/8= 0=> pas de C S4●C =(+1+1+3+3+1-1+1-1)/8=+1=> C=1 S5●C =(+4+0+2+0+2+0-2+2)/8=+1=> C=1 S6●C =(+2-2+0-2+0-2-4+0)/8=-1=> C=0 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 35
  • 36. 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
  • 37. Historique  Première génération : G1  Analogique  Transmission de la voix  Deuxième génération : G2  Numérique  Transmission de la voix  G2.5 (Extension de G2)  Numérique  Voix et données  Troisième génération : G3  Numérique  Voix et données (Internet, e-Mail, multimédia, etc.) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 37
  • 38. G1 : Première Génération  1946 : Premier système à St Louis (USA)  pour automobiles  Push-to-talk system : semi-duplex  CB-Radio, taxis, police  1960 IMTS (Improved Mobile Telephone System)  duplex  23 canaux entre 150 MHz et 450 MHz  1980 AMPS (Advanced Mobile Phone System)  Inventé par Bell Labs  Installé en 1982 aux USA, puis  au Royaume-Uni : TACS  au Japon : MCS-L1  Système cellulaire Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 38
  • 39. AMPS  Diamètre des cellules : 10 à 20 Km  Cellules surchargées partagées en cellules plus petites  réutilisation des fréquences  puissance réduite  microcellules temporaires  évènements temporaires => concentrations d’utilisateurs  Station de Base ( BTS Base Transceiver Station) au centre de chaque cellule  antenne + émetteur/récepteur + ordinateur  connectée au MTSO (Mobile Telephone Switching Office) ou MSC (Mobile Switching Center) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 39
  • 40. 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 E 7 groupes de Fréquences : A, B, … F, G Micro cellules Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 40
  • 41. AMPS  MSTO  organisation hiérarchique dans les réseaux importants  plusieurs niveaux de MTSO  connecté  aux base stations  aux autres MTSO  au réseau filaire  Commutation de cellules  Déplacement du mobile  Itinérance Roaming  Passage d’une cellule à une autre pendant un appel  Hand Off ou Hand Over Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 41
  • 42. Commutation de cellules  Principe  à un moment donné chaque mobile est :  dans une cellule  sous contrôle d’un MTSO  quand il sort d’une cellule, sa base station  reçoit un signal de plus en plus faible  interroge les bases des cellules adjacentes sur leur niveau de réception pour le mobile concerné  transfère le contrôle à la base qui reçoit avec le niveau de puissance le plus élevé  le mobile est alors informé :  de l’identification de son nouveau rattachement  du nouveau canal qu’il doit utiliser pour poursuivre son appel si il en a un en cours Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 42
  • 43. Commutation de cellules  Durée du hand Off : ≈ 300ms  Soft Hand Off  le mobile est connecté au 2 bases pendant le transfert  continuité maintenue  le mobile doit être capable de gérer 2 canaux en parallèle (pas le cas des 2 premières générations)  Hard Hand Off  l’ancienne base stoppe la transmission avant que la nouvelle ne fasse l’acquisition  si elle en est incapable (ex : plus de canaux disponibles) la communication est coupée Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 43
  • 44. Canaux  832 canaux full duplex  Transmission : 824 à 849 MHz  Réception : 869 à 894 MHz  Largeur canal : 30 KHZ  Technologie : FDM  4 catégories de canaux  Contrôle (Base vers mobile) : management du sytème  Paging ((Base vers mobile) : interrogation des mobiles  Accès (Bidirectionnel) : établissement des appels allocations des canaux  Données (Bidirectionnel) : voix et données Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 44
  • 45. Management des appels  Identification du mobile :  Numéro de série : 32 bits  Numéro de téléphone : 10 (3 + 7) chiffres : 24 bits  Stocké dans une PROM  A la mise sous tension  Le téléphone mobile envoie ses numéros d’identification  La station de base prévient le MTSO qui enregistre le nouvel utilisateur comme visiteur et avertit le Home MTSO de cet utilisateur. Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 45
  • 46. Management des appels  Appel sortant  L’utilisateur compose le numéro appelé et appuie sur SEND  Le mobile transmet son identification et le numéro sur le canal d’accès  En cas de collision il réessaie plus tard  Quand la base reçoit l’appel, elle informe le MTSO  Le MTSO cherche un canal libre  Le numéro de canal est envoyé au mobile  Le mobile se connecte sur ce canal voix et attend que le correspondant décroche Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 46
  • 47. Management des appels  Appel entrant  Tous les mobiles écoute le paging channel pour savoir si ils sont appelés  Quand un mobile est appelé, un paquet est envoyé à son Home MTSO pour le localiser  Un paquet est envoyée à la base de la cellule où se trouve le mobile  La base envoie un broadcast sur le paging channel pour interroger le mobile  Le mobile répond présent  La base l’avertit alors qu’il a un appel sur le canal x  Le mobile se connecte sur le canal x Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 47
  • 48. G2 : Seconde Génération  D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System)  Successeur de AMPS  Compatible avec AMPS  Utilisé aux USA (par AT&T)  Décrit dans les standards : IS-54 et IS-136  GSM (Global System for Mobile Communications)  Utilisable partout dans le monde  IS95 CDMA (Code Division Multiple Access)  Largement utilisé aux USA (par Sprint PCS)  PDC (Personal Digital Cellular)  utilisé uniquement au Japon  adaptation de D-AMPS compatible avec la première génération du système japonais Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 48
  • 49. D-AMPS  Entièrement numérique  compatible AMPS  mobiles G1 et G2 cohabitent dans la même cellule  mêmes fréquences et mêmes canaux de 30KHz  2 canaux adjacents peuvent être l’un numérique et l’autre analogique  affectation dynamique des canaux par le MTSO en fonction du nombres de mobiles de chaque type dans une cellule  Deux bandes de fréquences  Bande des 850 MHz (identique à AMPS)  Bande des 1900 MHz  1850 -1910 MHz sens montant  1930 - 1990 MHz sens descendant  Antenne plus petite => téléphone plus petit Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 49
  • 50. D-AMPS  Réduction de la bande passante  Compression  réalisée dans le téléphone  => Débit = 8 Kbps ou moins  TDM  3 utilisateurs partagent les paires de fréquences montantes et descendantes (à 8Kbps) ou 6 utilisateurs (à 4Kbps) 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 compressée Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 50
  • 51. D-AMPS  Hand Off  Différent de AMDS  MAHO (Mobile Assisted Hand Off)  le mobile mesure la qualité de la ligne de transmission pendant les slots qu’ils ne peut utiliser (2 sur 3)  quand le niveau de réception baisse, le mobile le signale à la base qui peut alors couper la connexion  le mobile essaie alors de s’accrocher à une base fournissant une meilleure connexion  Durée du handoff : ≈ 300ms Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 51
  • 52. GSM  1970 : Premiers travaux du CNET  1987 : Adoption européenne par 13 pays  Bande de 25 MHZ dans la bande des 900 MHz  Finalisé par l’ETSI en GSM900 en 1990  1990 : DCS1800 (Digital Communication System):  adaptation dans la bande des 1800 MHZ  DCS1900  adaptation américaine dans la bande des 1900 MHz Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 52
  • 53. GSM  Principe de fonctionnement similaire à D-AMPS  Système cellulaire  FDM avec une fréquence pour transmettre et une plus élevée pour recevoir  TDM pour partager cette paire de fréquences entre plusieurs mobiles  Différence avec D-AMDS  canaux plus larges : 200 Khz versus 30 KHz  peu d’utilisateurs par canaux en plus ( 8 versus 3)  => débit plus important Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 53
  • 54. GSM  Station mobile constituée de  Terminal portatif  Carte SIM (Subscriber Identity Module)  Caractéristiques de l’utilisateur  Type d’abonnement  Protocole de niveau physique  Canal fréquence radio : 200 KHz contenant 8 canaux (TDM)  124 porteuses en GSM900, 174 porteuses en E-GSM  374 porteuses en DCS1800, 298 en DCS 1900  Nombreux canaux en parallèle pour gérer une communications (jusqu’à 10) (canal de données, canal de signalisation, etc.) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 54
  • 55. GSM  Protocole de niveau trame : Type HDLC  Gestion de la transmission sur l’interface radio  LAP-Dm (Link Access Protocol on the Dm channel)  Fenêtre de largeur 1  Protocole de niveau paquet (3 sous-couches)  Couche RR (Radio Resource)  Acheminement de la supervision  Couche MM (Mobility Management)  Localisation continue des mobiles  Couche CM (Connexion Management)  Gère les SMS (Short Message Service), le contrôle d’appel et les services supplémentaires Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 55
  • 56. GSM  La norme spécifie les relations entre les divers équipements :  Sous-système radio  Sous-système réseau avec ses bases de données pour localiser les utilisateurs HLR (Home Localization Register) et VLR (Visitor Localization Register)  Relations entres les couches de protocoles  Interfaces entre sous-systèmes radio et réseau  Itinérance (Roaming) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 56
  • 57. IS 95  Principale version normalisée pour l’Amérique du Nord  Technologie : CDMA  Canaux de contrôle et utilisateur assez fortement multiplexés (TDM, tranche de temps de 20ms, en parallèle avec CDMA))  Contrôle permanent des puissances émises Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 57
  • 58. G 2.5  GPRS (General Packet Radio Service)  EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 58
  • 59. GPRS  Réseau de données en mode paquet au dessus de D-AMPS ou de GSM  Permet à des stations IP d’envoyer et de recevoir des datagrammes IP dans des cellules dédiée à un système de transmission de la voix  Certains intervalles de temps (time slots) sur certains canaux sont réservés à la transmission de paquets de données  Le nombre et la position des intervalles de temps sont alloués dynamiquement par la station base en fonction du rapport des trafics voix/données Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 59
  • 60. EDGE  Extension de GSM permettant d’encoder un plus grand nombre de bits par baud Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 60
  • 61. G3 : Troisième Génération  IMT-2000 (International Mobile Telecommunications)  Directives publiées par l’ITU en 1992  UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)  proposé par Ericsson  Compatible avec GSM  Soutenu par les Européens  CDMA 2000  proposé par Qualcomm  compatible avec IS-95 largement déployé aux USA  Soutenu par les USA Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 61
  • 62. 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
  • 63. Hiérarchie des réseaux sans fil Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 63
  • 64. Deux configurations  Centralisation autour d’une station monitrice (Base station)  Réseau ad hoc (sans base) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 64
  • 65. Standards  WLAN (Wireless Local Area Networks)  IEEE 802.11  IEEE – USA  HiperLan (High Performance LAN)  ETSI – Europe  WHAN (Wireless Home Area Networks)  HomeRF Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 65
  • 66. 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 OFDM Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 66
  • 67. 802.11 : Couche physique  1987 : Trois techniques de transmission  Infra rouge  Radio dans la bande ISM 2.4 GHz (pas besoin d’autorisation individuelle)  FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)  DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)  1999 : Deux techniques additionnelles haut débits  OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)  jusqu’à 54 Mbps  HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum)  jusqu’à 11 Mbps Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 67
  • 68. 802.11 Infrarouge  IrDA ( Infrared Data Association) crée en 1994  Distances entre éléments : 2 mètres  Débit : jusqu’à 4Mbps  Niveau physique  2 technologies  Faisceaux directifs  Faisceaux diffusants  IrLAP (IrDA Link Access protocol)  Gère les communications entre équipements Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 68
  • 69. 802.11 FHSS  Etalement de spectre par saut de Fréquence (Frequency Hopping Spread Spectrum)  79 canaux (largeur 1 MHz) dans la bande des 2,4 GHz  Allocation pseudo aléatoire des fréquences à partir d’un germe (seed)  Fréquence maintenue au maximum 400 ms  Bonne résistance à la propagation multitrajet  Bonne résistance au brouillage (interférence radio)  Relativement faible débit Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 69
  • 70. 802.11 DSSS  Etalement du Spectre par Séquence Directe (Direct Sequence Spread Spectrum)  Basé sur le système CDMA :  Chaque bit représenté par un «chip» de 11 bits  Utilisation du décalage de phase à 1 MBaud  1 bit par Baud pour débit 1 Mbit/s  2 bits par Baud pour débit 2 Mbit/s Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 70
  • 71. 802.11a OFDM  Multiplexage Orthogonal en Répartition de Fréquence (Orthogonal Frequency Data Multiplexing)  Débit : 54Mbit/s  Bande de fréquences des 5GHz Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 71
  • 72. 802.11b (WIFI) HR-DSSS  Etalement de Spectre à Haut Débit par Séquence Directe (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum)  Wi-Fi WIreless FIdelity  Promu par l’alliance WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance)  Débit ajustable: 1, 2, 2,5 et 11Mbit/s  Bande de fréquences des 2,4 GHz  Portée 50 à 100 mètres Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 72
  • 73. 802.11g  Amélioration de 802.11b  Débit : jusqu’à 54Mbit/s  Bande de fréquences ISM (2.4GHz)  Compatible avec 802.11b Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 73
  • 74. 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 C Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 74
  • 75. Gestion des contentions  Deux approches :  DCF (Distributed Coordination Function)  CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance)  Aucun contrôle centralisé  Toutes les implémentations doivent supporter ce mode  PCF (Point Coordination Function)  la Base Station supervise tout le trafic  mode optionnel Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 75
  • 76. DCF Deux méthodes:  Première méthode:  Ecoute du canal avant d’émettre (Carrier Sense)  Canal libre : émission complète de la trame (pas d’écoute du canal, à la différence d’Ethernet) qui pourra être détruite par le récepteur si elle est en erreur due à des interférences  Canal occupé : attente puis émission quand le canal devient libre  En cas de collision : les stations en cause attendent pendant un délai aléatoire (même algorithme que Ethernet) avant de réessayer Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 76
  • 77. 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 A Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 77
  • 78. DCF  Suite de l’exemple  A envoie RTS (Request To Send) à B  B envoie CTS (Clear To Send) à A pour signifier son accord  A envoie sa trame et arme un décompteur  B acquitte la trame en répondant ACK (Acknowledgement) à A  Si le compteur expire avant l’arrivée de ACK, le scénario est réexecuté  Point de vue de C et D  C reçoit RTS envoyé par A et en déduit la longueur de l’échange demandé par A (Trame + ACK)  Il arme un compteur : NAV (Network Allocation Vector) correspondant au temps d’occupation d’un canal virtuel  D ne reçoit pas RTS mais CTS et procède alors comme C Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 78
  • 79. DCF  Fragmentation A fragment burst. Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 79
  • 80. PCF  Polling  La base contrôle tout le trafic : il n’y a jamais de collisions  Elle interroge (Poll) les autres stations pour savoir si elles ont des trames à transmettre :  envoi d’une trame de signalisation (Beacon frame) 10 à 100 fois par seconde  cette trame contient des informations système, des informations de synchronisation, etc.  elle invite aussi les nouvelles stations à se faire connaître pour rentrer dans la séquence de polling Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 80
  • 81. Structure de la Trame 802.11  Trois types de trames :  Données  Contrôle  Supervision Octets 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 DS Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 81
  • 82. Services  9 services spécifies par le standard :  5 Distributions Services : services fournis par la base pour gérer la mobilité des stations qui entrent et sortent de la cellule  4 Station Services : liés à l’activité à l’intérieur de la cellule Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 82
  • 83. Distribution services  Association  Disassociation  Réassociation  Distribution  Intégration Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 83
  • 84. Station Services  Authentication  Deauthentication  Privacy  Data Delivery Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 84
  • 85. HiperLan  HiperLan (High Performance Lan)  Norme exclusivement européenne  ETSI (European Telecommunications Standards Institute)  HiperLan 1  Débit : 20 Mbps  Portée : 100 mètres  Bande de fréquences : 5.3 GHz  HiperLan 2  Débit : 54 Mbps  Portée : 100 mètres  Bande de fréquences : 5.3 GHz Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 85
  • 86. HomeRF  Soutenu au départ par Compaq, HP, IBM, Intel et Microsoft  Utilisation domestique  Débit : 11 Mbit/s  Portée : quelques dizaines de mètres  Bande de fréquences : 2.4 GHz  Supporte les liaisons DECT (transport de la voix en mode numérique)  En perte de vitesse face à Wi-Fi Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 86
  • 87. 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
  • 88. WMAN  WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks)  Standard : IEEE 802.16  publié le 8 avril 2002  WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)  Fournit un accès réseau sans fils à des immeubles connectés par radio à travers une antenne extérieure à des stations centrales reliées au réseau filaire  Alternative aux réseaux d’accès câblés comme la boucle locale, ADSL, RNIS, etc. Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 88
  • 89. 802.16 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 89
  • 90. 802.16 Couche Physique Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 90
  • 91. 802.16 Couche Physique Frames and time slots for time division duplexing Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 91
  • 92. 802.16 Sous-couche MAC  Classes de service  Constant bit rate service  Real-time variable bit rate service  Non-real-time variable bit rate service  Best efforts service Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 92
  • 93. 802.16 Structure de trame (a) A generic frame. (b) A bandwidth request frame Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 93
  • 94. Plan général  Introduction  1ère Partie : Concepts de base  2ème Partie : Téléphonie mobile  3ème Partie : Réseaux locaux sans fil  4ème Partie : Réseaux large bande sans fil  5èm Partie : Bluetooth e  Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 94
  • 95. 802.15 (1/3)  WPAN (Wireless Personal Area Network)  Réseaux Locaux personnels sans fil  Groupe IEEE 802.15 mis en place en1999  Trois groupes de services  Groupe A  Bande sans licence d’utilisation (ISM 2.4 GHz)  Bas coût  Taille réduite  Faible consommation électrique  Mode sans connexion  Cohabitation avec IEEE 802.11 Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 95
  • 96. 802.15 (2/3)  Groupe B  Utilisation couche MAC jusqu’à 100 Kbps  Communications entre toutes les machines  16 machines au moins  QoS (Qualité de service)  Portée 10m min  Temps de raccordement : 1s max  Passerelles avec autres réseaux  Groupe C  Nouvelles fonctionnalités :  Sécurité des communications  Transmission vidéo  Itinérance vers un autre réseau WPAN Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 96
  • 97. 802.15 (3/3)  Groupe IEEE 802.15 scindé en 4 sous-groupes  IEEE 802.15.1  Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie C  Bluetooth  IEEE 802.15.3  Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie B  UWB (Ultra-Wide Band) (très performant : ~1Gbit/s sur 10 m)  IEEE 802.15.3a : Wireless USB  IEEE 802.15.4  Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie A  ZigBee (très faible coût et consommation, bas débit)  IEEE 802.15.2  Pour gérer les interférences avec les autres réseaux utilisant la bande des 2.4 GHz Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 97
  • 98. Bluetooth  Lancé en 1994 par Ericsson  Rallié depuis par plus de 1000 constructeurs  Echange de données sans fils entre appareil numériques :  PDA, téléphone, appareil photo, périphériques de PC, etc.  Débit moyen : 1Mbps en théorie  Portés limités : une dizaine de mètres  Picocellules (Piconets)  8 stations max = 1 master + 7 slaves  Scatternets  Agrégation de piconets (jusqu’à 8) Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 98
  • 99. Bluetooth Architecture Deux piconets peuvent être connectés pour former un a scatternet Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 99
  • 100. Bluetooth Applications Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 100
  • 101. The Bluetooth Protocol Stack The 802.15 version of the Bluetooth protocol architecture. Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 101
  • 102. Bluetooth : Structure de la trame A typical Bluetooth data frame. Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 102
  • 103. Plan général  Introduction  1ère Partie : Concepts de base  2ème Partie : Téléphonie mobile  3ème Partie : Réseaux locaux sans fil  4ème Partie : Réseaux large bande sans fil  5ème Partie : Bluetooth  Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 103
  • 104. Plan général  Introduction  1ère Partie : Concepts de base  2ème Partie : Téléphonie mobile  3ème Partie : Réseaux locaux sans fil  4ème Partie : Réseaux large bande sans fil  5ème Partie : Bluetooth  Conclusion Année 2009-2010 Les Réseaux sans Fils 104