Le document est un cours sur les réseaux sans fil, couvrant des concepts de base, la téléphonie mobile, les réseaux locaux et large bande, ainsi que Bluetooth. Il comprend des bibliographies et des références sur les techniques et technologies associées aux réseaux sans fil. L'objectif est d'explorer les différentes technologies et leur mise en œuvre dans le contexte des réseaux modernes.

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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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,
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14. Le Spectre Electromagnetique
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15. La bande ISM
 ISM Spectrum (Industrial, Scientific and Medical)
 Utilisation sans licence individuelle
Bande ISM aux États-Unis
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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25. FHSS
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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
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27. DSSS
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.)
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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
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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)
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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
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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
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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
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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