Le document présente le WiMAX, un standard mondial de transmission sans fil qui fournit des connexions Internet haut débit sur de longues distances, avec des débits allant jusqu'à 75 Mbit/s. Il décrit son fonctionnement, ses normes, ses applications, ainsi que les aspects techniques tels que l'architecture, les couches physiques et MAC, ainsi que des caractéristiques de sécurité et de qualité de service. Le WiMAX, en forte évolution, pourrait devenir une alternative clé pour la connectivité mobile et à haut débit dans les zones rurales.

1. institut supérieur de Technologie de l’information et management de
l’entreprise

2. PLAN
INTRODUCTION
DÉFINITION DU WiMAX
PRINCIPE DU FONCTIONNEMENT DU WiMAX
WiMAX FIXE ET MOBILE
GÉNÉRALITÉS
LES NORMES DE WiMAX
CONCLUSION
SÉCURITÉ ET QoS
LES COUCHES PHYSIQUES & MAC
ARCHITECTURES
ARCHITECTURES PROTOCOLAIRES

3. INTODUCTION
WiMAX abréviation pour Worldwide Interoperability
for Microwave Access
Créé par les sociétés Intel et Alvarion en 2002
WiMAX est le label commercial délivré par le
WiMAX Forum
LOGO-
Officiel
3

4. QU’EST CE QUE LE WIMAX? (1)
WIMAX??
Un standard mondial de transmission point
multipoint par faisceaux hertzien.
Normalisé par l’IEEE 802.16 et reconnu par
l’UIT comme un standard IMT 2000
Le WiMax permet de transmettre jusqu’à 8 km en zone
urbaine, 15 km en zone périurbaine et plus de 20 km en
zone rurale.
4

5. QU’EST CE QUE LE WIMAX? (2)
Fournir une connexion internet à haut débit
sur une zone de couverture de plusieurs
rayons de kilomètres.
Le débit diminue avec la présence d’obstacles que l’on
détermine avec les termes LOS (line of sight : présence
d’obstacles) et NLOS (Non line of sight : pas de présence
d’obstables).
5
LIMITES
Le débit réel lors de la présence d'obstacles ne pourra
ainsi excéder 20 Mbit/s.

6. Principe de fonctionnement du
WiMAX
6
Le cœur est la station de base, c'est-à-dire
l'antenne centrale chargée de communiquer
avec les antennes d'abonnés (subscribers
antennas).
Parle ainsi de liaison point-
multipoints pour désigner le mode de
communication du WiMAX

7. LE WIMAX FIXE ET LE WIMAX
MOBILE
7
Le Wimax Fixe 802.16d-2004
Le Wimax Mobile 802.16e-2005
Appelé Norme IEEE 802.16d ou Norme IEEE
802.16-2004 (juin 2004)
Antenne semblable à l’antenne Tv.
Utilisation d’une bande de fréquence allant de 2
à 11 GHz
Connexion Haut Débit : 75Mbits/s sur une
distance de 6 à 8km (utile pour les zones non
couvertes par l’ADSL)
Appelé Norme IEEE 802.16e
Aucune installation encore réalisée.
Permettrait une connexion omniprésente par
l’intermédiaire d’un appareil mobile
Moindre coût que pour une installation Wifi
ou filaire
Utilisation d’une bande de fréquence allant de
2 à 6 GHz
Débit : 30 Mbits/s sur une distance allant
jusqu’à 3,5km

8. GÉNÉRALITÉ(1)
8
Les fréquences allant de 1 à 11GHz
Débits permis par le Wimax est de 75Mbits/s pour
le Wimax Fixe et 30Mbits/s pour le Wimax Mobile
Applications du WiMax

9. GÉNÉRALITÉ(3): PORTÉE
9
le WiMAX permet
d'obtenir des débits
montants et descendants
de 70 Mbit/s avec une
portée de 50 kilomètres
Le standard WiMAX
possède l'avantage de
permettre une
connexion sans fil
entre une BTS et des
milliers d'abonnés sans
nécessiter de ligne
visuelle directe Line
Of Sight, « LOS » ou
NLOS « Non Line Of
Sight ».
Le débit réel lors de la
présence d'obstacles ne
pourra ainsi excéder 20
Mbit/s.

10. Standard Description Publié Statut
IEEE std 802.16-2001
définit des réseaux métropolitains sans fil
utilisant des fréquences supérieures
à 10 GHz (jusqu'à 66 GHz)
8 avril 2002
obsolètes
IEEE std 802.16c-2002
définit les options possibles pour les
réseaux utilisant les fréquences entre 10
et 66 GHz.
15 janvier 2003
IEEE std 802.16a-2003
amendement au standard 802.16 pour les
fréquences entre 2 et 11 GHz.
1er avril 2003
IEEE std 802.16-2004
(également désigné
802.16d)
il s'agit de l'actualisation (la révision) des
standards de base 802.16, 802.16a et
802.16c.
1er octobre 2004 obsolète/actifs
IEEE 802.16e (également
désigné IEEE std 802.16e-
2005)
apporte les possibilités d'utilisation en
situation mobile du standard,
jusqu'à 122 km/h
7 décembre 2005
actifs
IEEE 802.16f Spécifie la MIB (Management Information
Base), pour les couches MAC (Media
Access Control) et PHY (Physical)
22 janvier 2006
IEEE 802.16m Débits en nomade ou stationnaire
jusqu'à 1 Gbit/s et 100 Mbit/s en mobile
grande vitesse. Convergence des
technologies WiMAX, Wi-Fi et 4G
2009 (IEEE 802.16-
2009) actifs
LES NORMES WIMAX
10

11. SCHÉMA DE DÉPLOIEMENT
11
Le WiMAX permet de mettre
en place une boucle locale
radio, c'est-à-dire un lien
par ondes radio entre
l'utilisateur et le point de
collecte, appelé "station de
base".
Assure la liaison
avec le réseau
internet mondial.
Alimentant l'émetteur
WiMAX une antenne
WiMAX, ou "station
de base", placée sur
un point haut
Permet d'assurer la
couverture maximale
entre l'antenne et
l'utilisateur, plusieurs
kilomètres de
transmission sans fil
Le WiMAX peut assurer
une transmission sans
ligne de vue
Chez l’abonné, une
antenne WiMAX assure la
liaison entre l'émetteur de
la zone et l'équipement
connecté

12. ARCHITECTURE(1)
12
Un réseau WiMax comprend trois parties la Radio, le cœur du réseau IP et
les équipements terminaux.

13. ARCHITECTURE(2)
13
La partie radio
la Station de Base
le contrôleur d’accès
WiMax
Le centre des opérations
et maintenance
le cœur du réseau IP
la passerelle d’accès au
réseau
les éléments de
connexion au réseau
Home Agent
Serveur AAA

14. ARCHITECTURE(3)
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Les équipements terminaux sont de trois
types.
terminaux indoor
terminaux outdoor
terminaux mobiles

15. Convertir les informations de manière à les
rendre exploitable par la couche MAC
PARTICULARITÉS TECHNIQUES
15
Les
Couches
du
WiMax??
une couche physique ainsi que trois sous-couches MAC.
Le protocole WiMax doit supporter aussi bien les
transferts asynchrones de l’ATM que les transferts de
paquets
Utilisation d’une sous-couche de convergence

16. ARCHITECTURE PROTOCOLAIRE(1)
16

17. ARCHITECTURE PROTOCOLAIRE(2)
17
La couche physique diffère en fonction
de la fréquence
les performances du WiMax
sont les meilleures.
Requiert la propagation en
« line of sight ».
La couche physique qui est
utilisée => « WirelessMan-
SC. »
Supporte deux types de duplexage FDD
et TDD

18. ARCHITECTURE PROTOCOLAIRE (3)
18
WirelessMAN-SC2 : utilise un
format de modulation avec une seule
porteuse.
WirelessMAN-OFDM
WirelessMAN-OFDMA
Les couches physiques pour ces
fréquences sont adaptées à la propagation
en « none line of sight ». Il faudra ainsi
prévoir la gestion du multipath.
Trois types de couches physiques

19. ARCHITECTURE PROTOCOLAIRE (4)
19
Types de couches physiques
WirelessMAN-SC2
WirelessMAN-
OFDM
WirelessMAN-
OFDMA
Utilise un format de
modulation avec une seule
porteuse.
utilise un multiplexage
orthogonal à division de
fréquence avec 256 points de
transformation
L’accès à cette couche
physique s’effectue en
TDMA.
utilise un multiplexage
orthogonal à division de
fréquence avec 2048 points de
transformation
Permet de supporter de
multiples récepteurs.

20. COUCHE PHYSIQUE: MODULATION
20
La modulation de fréquence permet de diviser le canal pour
plusieurs utilisateurs et surtout rendre le signal moins sensible aux
perturbations extérieures et une meilleure transmission.
Modulation
Modulation OFDM Modulation OFDMA
Permet 256 points de
transformation
En transmettant sur plusieurs fréquences
orthogonales on diminue la perception des
interférences notamment en « nlos »
Permet 2048 points de
transformation
OFDMA (Orthogonal Frequency Division
Multiples Acces) même principe que l’OFDM
mais alloue les fréquences à plus qu’un
utilisateur

21. COUCHE PHYSIQUE:
DUPLEXAGE(1)
21
Duplexage FDD (Frequency Division Duplex)
– Multiplexage avec duplex fréquentiel, où les voies
montantes et descendantes utilisent les mêmes intervalles
de temps, mais avec des fréquences séparées.
Wimax utilise le HFDD ( half-duplex FDD)
Mixage des liens pour offrir tour a tour du full et du half

22. COUCHE PHYSIQUE:
DUPLEXAGE(2)
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Duplexage TDD (Temporel Division Duplex)
– Multiplexage temporel dans les deux sens de
transmission sur une seule fréquence
les voies montantes et descendantes utilisent à tour de rôle
la même fréquence

23. COUCHE PHYSIQUE: PARTICULARITÉS
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FEC (Forward Error Correction)
un mécanisme de correction d’erreur qui
permet d’augmenter le débit et la résistance à
l’environnement
Les données critiques (trames de control et
d’accès initial) sont transmises avec une
correction d’erreur encore plus robuste
Les options de la FEC sont couplées avec QPSK
(Quadrature Phase Shift Key), 16-QAM (Quadrature
Amplitude Modulation) et 64-QAM.
Ces associations permettent de privilégier la robustesse ou
l’efficacité, ainsi qu’un débit optimisé en fonction des conditions de
transmission

24. LA COUCHE LIAISON: LES SOUS-
COUCHE MAC
24
On distingue trois sous-couches MAC
Service-specific convergence sublayers: la
couche de convergence
Common part sublayer : la sous-couche
commune
security sublayer : la sous-couche de
sécurité

25. LA COUCHE LIAISON: LES
SOUS-COUCHE MAC
25
La couche
de
convergence
Permet de convertir les données de taille
variable qui ont été reçues (MAC PDUs
(Protocol Data Units)) en bloc de taille fixe
Existe deux types de sous-couches de convergences.
Qui permettent de traiter deux types de services : le trafic
ATM et les paquets (IPv4, Ethernet, …).
Un pointeur se trouve au début du bloc et pointe vers le
prochain en-tête MAC PDU
Transmettre les SDU (Service Data Unit) à la bonne
connexion MAC.
Préserver ou d’activer la QoS et d’allouer de la bande
passante.
Supprimer les en-têtes des paquets et les reconstituer afin
d’améliorer la charge utile.

26. LA COUCHE LIAISON: LES
SOUS-COUCHE MAC
26
La sous-
couche
commune
Le WiMax est un protocole point à multipoint, la
couche MAC doit ainsi pouvoir supporter ce type
d’architecture.
Une station de base communique avec différentes
stations réceptrices.
Utilisation d’un lien descendant sur
lequel elle utilise le multiplexage
TDM pour les donnée
Le lien montant quant à lui est
partagé entre tous les abonnées grâce
au mode TDMA

27. LA COUCHE LIAISON: LES
SOUS-COUCHE MAC
27
La sous-
couche
sécurité
Certificat digital
X.509
Certificat du
fabriquant
Etablissent un lien entre l’adresse MAC et la clé
publique RSA de la station de base.
Ces informations sont envoyées de la station de
base vers la station réceptrice dans une requête
d’autorisation
Réseau capable de contrôler
l’identité de la station réceptrice.

28. 28
ETABLISSEMENT D’UNE
COMMUNICATION: LES ÉTAPES
Les équipements doivent
pouvoir s’adapter.
Les paramètres transmis
dans la transmission
initiale sont contenus dans
la carte du lien montant.
Les informations seront
également présentes dans
chaque trame
La station émettrice va
choisir une puissance
d’émission
Si elle n’obtient pas de
réponse, elle va
augmenter cette
puissance jusqu’à
obtenir une réponse de
la station de base.
Si la station de base ne
soit pas en mesure de
décoder certaines
informations
Elle prévient la station
réceptrice qui va
retransmettre le
message sans modifier
sa puissance
d’émission.
Cette retransmission est
possible puisque la
station de base précise
l’identifiant de la trame
qu’elle n’a pas réussit à
décoder
Les échanges se sont
bien passés
la station de base
transmet les différents
paramètres à la station
réceptrice

29. LA TRAME DE WIMAX
29
La trame se décompose en trois parties
Donne les informations principales
sur le transfert des informations
Correspond aux données
transportées par la trame.
Facultatif, il permet au récepteur de
la trame de vérifié l’intégrité de la
trame

30. LA TRAME DE WIMAX(1)
• L’en-têtes de la trame Wimax est de deux types
30

31. 31
HT: header type nous donne le type d’en-tête, on peut
ainsi définir la trame comme incrémentale ou agrégée
EC: Encryption Control informe sur l’encryption de la
trame, si le champ est nul alors la trame n’est pas
encryptée
RSV: Reserved définie une réservation
LEN: Lenght donne la longueur du paquet en
comprenant l’en-tête et le CRC s’il est présent
EKS: Ecryption Key Sequence est l’index de la clé
d’encryptage
LA TRAME DE WIMAX(2)

32. LA TRAME DE WIMAX(2)
32
Payload est la partie où les données sont transportées,il
constitue la partie centrale de la trame Wimax.
• MAC Management Message:
• Il existe trois types de management de message : La connexion basique («
Basic Management Connection »), ce type de management est utilisé pour
l’envoi de messages courts ou critiques.
• La première connexion de management (« Primary Management
Connection»). Le Wimax utilise ce type de management pour les messages
longs tolérant sur les délais de réception.
• Enfin la deuxième connexion de management («Secondary Management
Connection») utilisée pour les transferts de messages standards comprenant
les paquets des protocoles DHCP, TFTP, SNMP, etc.

33. 33
LA SÉCURITÉ(1)
Le Wimax Mobile est l’une des meilleures technologies sans fil
au niveau de la sécurité
Key Management Protocol : Privacy and Key
Management Protocol Version 2
(PKMv2) est la base de la sécurité du Wimax Mobile
comme défini dans la norme802.16e
Gère la sécurité au niveau de la couche MAC en utilisant
des messages de type PKM-REQ/RSP PKM EAP
authentication, Traffic Encryption Control, Handover Key
Exchange et Multicast/Broadcast

34. 34
LA SÉCURITÉ(2)
Device/User Authentication
Supporté grâce au protocole EAP en fournissant des
supports SIM-based, USIM-based ou Digital Certificate
ou UserName/Passwordbased
L’AES-CCM est l’algorithme de chiffrement utilisée pour
protéger les données des utilisateurs à travers l’interface
MAC du Wimax Mobile. Les clés sont générées par
l’authentification EAP.
Traffic Encryption

35. 35
LA SÉCURITÉ(3)
Control Message Protection
Les données de contrôle sont protégées suite à l’utilisation
de l’AES ou du MD5
L’authentification dans le fast handover est optimisé grâce
au mécanisme du 3-way Handshake. De même, ce
mécanisme permet de lutter contre les attaques de man-in-
the-middle.
Fast Handover Support

36. 36
WIMAX ET LE QOS
Le standard WiMAX intègre nativement la notion de Qualité
de Service (QoS pour Quality Of Service), qui est la capacité à
garantir le fonctionnement d'un service à un utilisateur.
Dans la pratique, WiMAX permet ainsi de réserver une bande-
passante pour un usage donné.
Certains usages ne peuvent pas tolérer de goulots
d'étranglement. C'est le cas notamment de la voix sur IP
(VOIP) car la communication orale ne peut pas tolérer de
coupures de l'ordre de la seconde.

37. CONCLUSION
37
Le Wimax est une technologie actuellement très répandue
pour les zones rurales. Elle permet aux opérateurs de
desservir ces zones en haut débit pour des coûts
raisonnables
Le réseau Wimax, bien qu’encore peu disponible, est en
pleine évolution et offrira dans quelques années une réelle
alternative à la téléphonie mobile que nous connaissons
actuellement.
Il est vraisemblable qu'avec ses qualités en termes de
sécurité, d'accessibilité ainsi que de qualité de services le
Wimax devienne une des pierres angulaires des futures
technologies de quatrième génération.

39. 39