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
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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
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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
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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
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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
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
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
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
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
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
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
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
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