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Création : 1998 : Jean-Paul Gautier (UREC) Modifications : 2000-2001 : Christian Hascoët (CCR)

Réseaux sans fil. Création : 1998 : Jean-Paul Gautier (UREC) Modifications : 2000-2001 : Christian Hascoët (CCR). Plan. Historique Pourquoi s'intéresser aux réseaux sans fil ? Les réseaux locaux sans fil Les techniques Les standards et les normes Interconnexion de réseaux

marinel
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Création : 1998 : Jean-Paul Gautier (UREC) Modifications : 2000-2001 : Christian Hascoët (CCR)

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  1. Réseaux sans fil • Création : • 1998 : Jean-Paul Gautier (UREC) • Modifications : • 2000-2001 : Christian Hascoët (CCR) ARS 00/01

  2. Plan • Historique • Pourquoi s'intéresser aux réseaux sans fil ? • Les réseaux locaux sans fil • Les techniques • Les standards et les normes • Interconnexion de réseaux • Faisceaux hertziens • Satellites ARS 00/01

  3. Historique • 1896 : Marconi réalise les premières transmissions sans fil (Télégraphie sans fil) • Ensuite technologie sans fil réservé aux militaires avec un développement important durant la 2ième guerre mondiale. • Aux États-Unis, dans les années 80, apparition des terminaux de saisie portables. • En France, le développement est freiné par des réglementations plus que contraignantes <=> développement de technologie utilisant soit des ondes infrarouges, soit des puissances d’émission d’ondes hertziennes en dessous du seuil législatif => résultat insuffisant. ARS 00/01

  4. Bref historique • Années 80, des progrès sont faits au niveau des débits dus à la multiplication des terminaux portables, l’idée du "réseau sans fil" devient réaliste. • Parallèlement, la mode de la téléphonie cellulaire => maîtrise des problèmes liés à la communication sans fil à grande échelle. • Début des années 90, les réseaux sans fil ne cessent de s’implanter dans le milieu des LANs. Les produits utilisent des technologies performantes mais propriétaires. • Les principaux acteurs du marché (Lucent, Proxim ...) décide alors la création de la norme IEEE 802.11 (groupe de travail créé en 1990, norme ratifiée en juin 1997). ARS 00/01

  5. Bref historique • En France, depuis Septembre 1995, France Télécom a libérée une partie de la plage de fréquence autorisant dorénavant les communications sans fil via des technologies de types Hertziennes • En parallèle, les militaires libèrent aussi des fréquences • Processus long, • Lobby militaire puissant ... ARS 00/01

  6. Pourquoi s’intéresser au sans-fil ? • Besoin croissant des terminaux portables dans différents milieux (industrie, logistique, hôpitaux …) • Besoin d'un accès permanent des populations nomades au système d'information de l'entreprise, • Pour transmettre • La voix • Des messages courts (bips, numériques, alphanumériques), • Des données informatiques (fax, fichiers,textes, images). ARS 00/01

  7. Pourquoi s’intéresser au sans-fil ? • Réaliser des installations temporaires, • Mettre en place des réseaux en un temps très court (réunions, salons, show …) • Eviter le câblage de locaux (chantiers, usines automobile ou maritime), de liaisons inter-bâtiments, • Créer une infrastructure dans • des bâtiments classés ou de grandes valeurs, • des lieux ou le passage de câbles est prohibé (Jussieu & amiante). ARS 00/01

  8. Pourquoi s ’intéresser au sans-fil ? • Maturité des technologies sans fil: • Maîtrise de la téléphonie cellulaire sur une large échelle, • Numérisation des communications, • Miniaturisation des interfaces • Assouplissement des réglementations • Disponibilité de nouvelles fréquences • Ouverture à la concurrence • Suppression des monopoles ARS 00/01

  9. Pourquoi s ’intéresser au sans-fil ? • Standardisation européenne (ETS300-328) par ETSI • European Telecommunications Standards Institute • Attribution des bandes de fréquences (bande des 2.4 Ghz) • Normalisation IEEE 802.11 • Technologies des ondes : • Radioélectriques : radio, micro-ondes • Lumineuses : infrarouge, laser ARS 00/01

  10. Technologies du sans fil : Principes • Ondes radioélectriques • Cadre réglementaire contraignant (en France surtout) • Traverse les parois, antenne omni ou uni directionnelle • Portée de 100 m à quelques Kms (≈ lieu d'installation) • Ondes lumineuses • Ne traverse pas les parois, • Débit faible (diffusion infrarouge), mais pas de danger pour l'homme (œil) • Débit important en point à point (laser) ARS 00/01

  11. Technologies du sans fil : Principes • 2 modes de transmission complémentaires : ARS 00/01

  12. Sans fil Radio : Fréquences utilisées 410/430 MHz 3RD 2.400 GHz (ETS300-328) norme réseaux locaux SST 400 MHz Radiotéléphone analogique 846/868 MHz Bi-Bop CT2 Abandonné 1880/1900 MHz DECT (RTC local) 5 GHz Hiperlan 500 1000 1500 2000 2500 5 GHz MHz 414/424 MHz Mobipac 3RD : Réseaux Radioélectriques Réservés aux données CT2 : Cordless telephone 2 (2ième génération) DECT : Digital European Cordless Telecommunication GSM : Global System for Mobile DCS 1800 : variante GSM 1710/1785 MHz DCS 1800 Ex : Bouygues 169,4 à 169,8 MHz Radio Messagerie 935/960 MHz GSM Ex : Itinéris, SFR ARS 00/01

  13. Réseau sans fil Radio : Éléments • Le mobile se compose : • D'une unité logique • PC, terminal portable, imprimante … • D'un émetteur /récepteur (adaptateur) • Interne (carte PCMCIA) • Externe ARS 00/01

  14. Réseau sans fil Radio : Éléments • Les antennes sont de type très variable • En France le choix est plus limité (législation + stricte) • Exemples : Source Breezecom ARS 00/01

  15. Caractéristiques antennes • Valable pour tous les types d'antennes • Facteur de Mérite (G/T) • Sensibilité d'un système de réception • Mesure globale du système de réception déterminé par la taille de l'antenne (G) utilisée et par la qualité (T) (niveau de bruit) du récepteur. • Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente (PIRE) • puissance rayonnée dans une direction donnée ou dans la zone couverte. ARS 00/01

  16. Réseau sans fil Radio : Éléments • Point d'accès (AP Access Point) : élément de base • Interface du réseau sans fil <-> réseau filaire • Émetteur/Récepteur radio qui couvre une zone appelé "cellule de communication " • La cellule de communication : zone ou peut s'établir la liaison entre le point d'accès et un mobile. • Point d'accès inclus dans la cellule du mobile et réciproquement ARS 00/01

  17. Réseau sans fil Radio : Éléments Cellule de communication (BSS): • De taille variable, • Liée à l'environnement d'installation • Liée à la puissance du mobile, car le point d'accès (fixe) dispose à priori d'une source d'énergie + puissante • En moyenne : • 100 m < Ø < 300 m • BSS : Basic Set Service • ESS (Extended) : plusieurs BSS <=> plusieurs AP ARS 00/01

  18. Réseau sans fil Radio : Éléments • Fonctions du point d'accès : • Liaison filaire - sans fil • Gère le trafic des mobiles de sa cellule • En réception et en transmission de données • Peut gérer en général jusqu'à 200 stations • Type de matériel : Station (dédiée de préférence) avec : • carte réseau traditionnelle pour le filaire, • carte émission/réception radio (ISA,PCMCIA), • Couche logicielle adéquate ARS 00/01

  19. Réseau sans fil Radio : Éléments • Le pont radio : Fonction de pontage entre 2 réseaux câblés • 100 à 200m de base • Jusqu'à 500m avec antenne unidirectionnelle • Peut aller jusqu'à 10kms (MAN) • Se connecte à un réseau et non à une station • Ne gère pas de cellule de communication ARS 00/01

  20. Réseau sans fil Radio : Éléments • Borne d'extension : • Mélange Point d'accès (gère une cellule) + pont radio • Pas de connexion au réseau filaire (≠ point d'accès) • Agrandit la zone de couverture sans ajout de câble • Gère le trafic de sa cellule comme les points d'accès • On peut en utiliser plusieurs pour atteindre les mobiles les + éloignés. ARS 00/01

  21. Réseau sans fil RadioPrix approximatifs des éléments ARS 00/01

  22. Réseau sans fil Radio : Topologie • Topologie Peer-to-Peer (sans fil complet) • Stations dialoguant d'égal à égal • Pas de passage par un point d'accès • Mobile de puissance faible => courtes distances (30m) • La grande majorité des adaptateurs permettent ce genre de communication • Distribution de la gestion du réseau aux mobiles ARS 00/01

  23. Réseau sans fil Radio : Topologie • Topologie Point d'accès: • Toutes les communications passent par le point d'accès qui gère une grande cellule de communication Cellule de communication Point d'accès Réseau filaire ARS 00/01

  24. Réseau sans fil Radio : Topologie • Topologie Point d'accèsmultiples: • augmenter la couverture (filaire + point d'accès) • augmenter le débit d'accès au filaire Etc ... Points d'accès ARS 00/01

  25. Réseau sans fil Radio : Topologie Borne d'extension • Augmenter la zone de couverture • avec une borne d'extension : Point d'accès ARS 00/01

  26. Pont radio Réseau Filaire Réseau sans fil Radio : Topologie Pont radio Réseau Filaire ARS 00/01

  27. Radio LAN : Problèmes à résoudre • Législation ≠ selon les pays • Produits différents • Environnement avec atténuation élevée • CSMA/CA • Phénomène d'écho • spectre étalé • Interférence venant des autres utilisateurs • spectre étalé + acquittement (ACK) • Partage du spectre avec d'autres LAN • Identifiant de domaine (BSS ID) • Nœuds cachés • Option CTS & RTS • Sécurité • WEP ARS 00/01

  28. Technologie sans fil : Radio LAN • Narrow Band • Technologie + ancienne (AM ou FM) (fréquence unique) • Nécessite une licence d'utilisation de la fréquence • Sensible aux interférences de même fréquence => remplacé par : • Spread Spectrum • Technique la plus utilisé dans les réseaux sans fil • Origine militaire (protection espionnage 2ième guerre mondiale) • Technique d'étalement du signal sur une bande de fréquence (ISM), moins sensible aux interférences et protection contre des écoutes éventuelles. ARS 00/01

  29. Technologie sans fil : Radio LAN • Bandes ISM (Industrial, Scientific and Medical) • US : 902/928 MHz, 2.4/2.4835 GHz, 5.725/5.875 GHz • Europe : 2.4/2.4835 GHz • En France : 2.4465 à 2.4835 GHz seulement • Nécessite autorisation individuelle auprès de l'ART (automatique si population > 50000 habitants -:) • Libération prochaine de 5.15/5.25 GHz ,sans demande préalable pour la mise en place des réseaux HIPERLAN • A l'étranger libération de 5.25/5.3 GHz & 17.1/17.3 GHz ARS 00/01

  30. Technologie sans fil : étalement de spectre • Deux techniques d'étalement de spectre • FHSS : Frequency Hopping Spread Spectrum • Spectre étalé à saut de fréquence • DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum • Spectre étalé à fréquence directe • Rq : Incompatibles entre elles ARS 00/01

  31. Étalement de spectre : FHSS • Découpage en canaux < 1MHz (79 canaux au total, 35 en France) • Algorithme de saut négocié au début (saut de fréquence 50 x/s) • + règles de durée fonction des bandes (0.4s/30s bande 2.4GHz) • Synchronisation parfaite émetteur/récepteur • Émission sur F1 puis F2 au paquet suivant, le récepteur fait de même (unicité statistique de la fréquence et du récepteur à un temps t) • Fréquences partageables, si séquence de saut différent (15) • Saut de fréquence limite l'effet des interférences (Fx polluée) (paramétrable), • Sécurité : séquence de saut + BSS ID + cryptage des données (http://www.scssi.gouv.fr) ARS 00/01

  32. Étalement de spectre : FHSS • Les sauts de fréquence du FHSS (semble aléatoire pour les autres mobiles) ARS 00/01

  33. Étalement de spectre : DSSS • L'étalement de spectre réalisé par application d'un code redondant (utilisation d'une bande de fréquence + large que nécessaire) • Pour chaque bit à transmettre, ajout d'un chip (longueur Xbits) • X facteur d'étalement (10 dans la norme) • + X grand, + le décodage sera simple (correction automatique en //) • Code d'étalement fournit par un générateur "aléatoire" de longueur fixe, qui se reproduit régulièrement dans le temps • Code d'étalement identique pour émetteur/récepteur • Sécurité : Code d'étalement ≠, BSS ID, cryptage des données (http://www.scssi.gouv.fr). ARS 00/01

  34. Étalement de spectre : DSSS • Données à transmettre • Code pseudo-aléatoire • Signal de sortie : Données + Code pseudo-aléatoire ARS 00/01

  35. Étalement de spectre : Comparatif ARS 00/01

  36. Roaming (Errance) • Technique issue du monde GSM • Roaming : permet d'être toujours joignable par le réseau et réciproquement (AP <-> mobile) ARS 00/01

  37. Handover (recouvrir) • Technique issue du monde GSM • Handover : Permet au mobile de continuer un transfert commencé dans une cellule, dans une autre • Intercellulaire : passage d'une cellule à une autre (AP<->AP) • Si le signal est trop faible (en général) • Si un point d'accès sature (partage de trafic) • Intracellulaire : • Changement de canal (si signal fort) avec qualité faible ARS 00/01

  38. Ondes lumineuses : Infrarouge • Peu utilisées dans dans les réseaux sans fils • Portée faible, mais "confidentialité" • Plage 870/950 nm • Débit 1Mb/s • Puissance : 2W • Transmission synchrone ou asynchrone • Normalisé IEEE 802.11 ARS 00/01

  39. Ondes lumineuses : Laser • Technologie non normalisée • Pour le point à point (pas de mobilité) • Plage 900/950 nm • Débit important > 50Mb/s • En France, limité aux besoins internes (maximum 300m réglementé par la loi du 29/12/1990), sinon autorisation nécessaire • Portée de l'ordre du kilomètre ARS 00/01

  40. Norme IEEE 802.11 • Standard unique pour tous les équipements radios dans la bande 2.4GHz pour des débits de 1 à 2 Mb/s en half-duplex (sinon prix des produits trop important) • Définit une interface de "propagation aérienne" pour permettre l'interopérabilité entre les ≠ fournisseurs d'adaptateur • Définit méthode de codage et de modulation (physique) • Utilisation des 2 standards FHSS et DSSS pour la radio • Utilisation d'1 méthode de transmission pour l'infrarouge (1Mb/s) • Les puissances d'émission dépendent des pays • France (ART) 100mW, USA (FCC) 1W pour la radio • Infrarouge (bande 870/950nm) à 2W ARS 00/01

  41. Norme IEEE 802.11 ARS 00/01

  42. Norme IEEE 802.11 (PHY) USA Europe France • Canaux FHSS (1Mz) 79 79 35 Les canaux utilisables en France ARS 00/01

  43. Norme IEEE 802.11 (PHY) USA Europe France • Canaux DSSS 11 9 2 • DSSS • Chip de 10bits • Plage de 5MHz • 2 fréquences principales en France 2.457 & 2.462 GHz ARS 00/01

  44. Norme IEEE 802.11 (MAC) • Définit une couche d'accès au "média" (Medium Access Control) • Le protocole utilisé est le CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) • Collision impossible à détecter dans l'air : donc le protocole estime par un algorithme (CCA : Clear Channel Assessment) si le canal est libre ou non ("Évite" les collisions). • Mesure du signal radio au niveau de l'antenne (RSSI) et comparaison avec un seuil prédéfini • > Seuil => canal libre (émission) • < Seuil => transmission différée). ARS 00/01

  45. Norme IEEE 802.11 (MAC) • Options du protocole CSMA/CA pour minimiser les collisions • RTS : Request To Send (destination,longueur message) • CTS : Clear To Send • ACK : ACKnoledge • Établissement communication par une courte trame RTS • Destinataire répond par CTS • Collisions pour RTS et CTS (en général) • Attente d'un timer (Network Allocation Vector) • ACK renvoyée à émetteur pour bonne réception ARS 00/01

  46. Norme IEEE 802.11 (MAC) • Nœud caché : problème le + plus fréquent • peut perturber 40% ou plus de communications dans un environnement local très chargé. • Survient quand une station ne peut plus en joindre une autre => le canal est il occupé ? • A&B peuvent communiquer, mais pas A&C => état liaison A&C inconnu • A&C peuvent essayer de joindre B en même temps, d'où collision => Utilisation des trames RTS, CTS et ACK pour prévenir de telles perturbations. ARS 00/01

  47. Norme IEEE 802.11 : Sécurité • Algorithme de cryptage complexe WEP (Wired Equivalent Privacy). • Protection contre pirates utilisant le même matériel • Protection contre pirates à "l'écoute" (eavesdropping) • WEP protège les données sur le médium de fréquences radio en utilisant une clé primaire de 64 bits et l'algorithme de cryptage RC4. • Ne protège que les données et non les en-têtes de trame, pour maintenir la gestion du réseau. ARS 00/01

  48. Norme IEEE 802.11 : Puissance • PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente • Économie batterie avec connectivité totale (≈ veille +) • Gérée par la sous-couche MAC. • Le protocole prévoit que l'AP puisse mettre le mobile en veille pendant certains intervalles de temps. ARS 00/01

  49. Norme IEEE 802.11 : Quelques offres ARS 00/01

  50. Norme IEEE 802.11 : Conclusion • Premier standard des réseaux sans fil • Base de développement pour de nouveaux standards à performances accrues • Débits acceptables aujourd'hui • Escalade permanente des débits qui touche obligatoirement le sans fil aussi • Normalisation du 802.11b pour 11Mb/s en cours • Développement Hiperlan (autres fréquences) ARS 00/01

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