Wireless LANs. Transmission infrarouge vs. radio. Caractéristiques des wireless LANs. Conditions au développement des WLAN

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1 Wireless LANs! Caractéristiques! IEEE ! Configuration d un AP! Famille de protocoles Conditions au développement des WLAN " Mobilité # régulation des fréquences entre pays nécessaire : bandes de fréquences communes " Limitation de l utilisation des batteries " Limitation des interférences avec d autres équipements (antennes) " Installation aussi transparente que possible " Compatibilité avec les LAN existants " Transparence pour les utilisateurs et applications (location aware applications ) 1 2 Caractéristiques des wireless LANs Transmission infrarouge vs. radio 3 Avantages des réseaux sans fil " Très flexible pour la zone de réception " Réseaux ad hoc sans planification possible " Limitation des problèmes de câblage (monument historique,..) " Robustesse en cas de catastrophe naturelle Inconvénients " Typiquement très peu de bande passante (comparé aux réseaux filaires (1-54 Mbit/s) " Plusieurs solutions propriétaires, la normalisation prend du temps = consensus (e.g. IEEE ) " Les produits doivent se conformer aux restrictions nationales : difficile d avoir une solution globale 4 " Infrarouge : utilisation de diode IR, " Radio : utilisation lumière diffuse, multiples réflexions principalement en utilisant la (murs, bureau, ). Meilleure utilisation bande de fréquences ISM à avec du Line of Sight (dirigé). 2.4 GHz $ Simple, pas cher, disponible dans de nombreux équipements $ Pas besoin de licence % interférence à la lumière, aux sources de chaleur, etc. % beaucoup d éléments absorbent la lumière IR % faible bande passante Exemple : IrDA (Infrared Data Association) interface disponible partout. Version 1.0 débits jusqu à 115kbit/s et version 1.1 de 1 à 4Mbits/s $ expérience des réseaux filaires et de la téléphonie mobile $ Couverture de plus larges zones (la radio peut pénétrer les murs, etc.) % Limitation de la bande de fréquence % interférence avec d autres équipements Exemples : WaveLAN, HIPERLAN, Bluetooth

2 Wireless LANs 2. IEEE & Introduction & Architecture & Couche physique & Couche liaison de données Introduction IEEE " L'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a normalisé plusieurs catégories de réseaux locaux Ethernet (IEEE 802.3) Token Bus (IEEE 802.4) Token Ring (IEEE 802.5) 5 6 Introduction IEEE " 1990 : lancement du projet de création d'un réseau local sans fil ou WLAN (Wireless Local Area Network) But : offrir une connectivité sans fil à des stations fixes ou mobiles qui demandent un déploiement rapide au sein d'une zone locale en utilisant différentes bandes de fréquences 2001 : le premier standard international pour les réseaux locaux sans fil, l'ieee , est publié Introduction IEEE " Fréquences choisies dans la gamme des 2,4 GHz (comme pour Bluetooth) Pas de licence d'exploitation Bande pas complètement libre dans de nombreux pays " Communications Directes : de terminal à terminal (impossible pour un terminal de relayer les trames) En passant par une station de base " Débits variables selon la technique de codage utilisée et la bande spectrale du réseau 7 8

3 Introduction IEEE La norme IEEE " Technique d'accès au support physique (protocole MAC ou Medium Access Control) Assez complexe, mais s'adapte à tous les supports physiques des Ethernet hertziens Nombreuses options disponibles sur l'interface radio Technique d'accès provenant du CSMA/CD " Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, utilisée pour l'accès au support physique dans les réseaux Ethernet " Détection de collision impossible en environnement hertzien: algorithme CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 10 " Standard d origine (juin 1997) Le groupe de travail concentre maintenant ses efforts pour produire des standards pour des WLAN à grande vitesse " x - Amendements b - Vitesse de 11 Mbits/s (bande ISM) a - Vitesse de 54 Mbits/s (bande UN-II) g - Vitesse de 54 Mbits/s (bande ISM) h sélection dynamique des fréquences et contrôle de puissance (bande UN-II) e - Qualité de service i - Amélioration de la sécurité f - Roaming v - but : créer une interface de couche supérieure permettant de gérer les équipements sans fil. Wireless LANs Mode infrastructure vs. ad-hoc Mode infrastructure 2. IEEE & Introduction & Architecture & Couche physique & Couche liaison de données Mode ad-hoc AP AP Réseau filaire AP: Point d accès AP 11 12

4 Architecture Architecture STA 1 ESS LAN BSS 1 Access Point BSS 2 Portail Distribution System Access Point 802.x LAN STA LAN STA 3 Architecture d un réseau d infrastructure " Station (STA) terminal ayant des mécanismes d accès au support sans fil et un accès radio au point d accès " Basic Service Set (BSS) Groupe de stations utilisant la même fréquence radio " Access Point station intégré au WLAN et au système de distribition " Portail Pont vers un autre réseau filaire " Système de distribution Réseau d interconnexion pour former un réseau logique (EES: Extended Service Set) basé sur plusieurs BSS 14 " Mode peer-to-peer (ou ad-hoc) Groupe de terminaux formant un IBSS (Independent Basic Set Service) Rôle : permettre aux stations de communiquer sans l'aide d'une quelconque infrastructure telle qu'un point d'accès ou une connexion au système de distribution Chaque station peut établir une communication avec n'importe quelle autre station dans l'ibss Pas de point d'accès : les stations n'intègrent qu'un certain nombre de fonctionnalités Mode très utile pour mettre en place facilement un réseau sans fil lorsqu'une infrastructure sans fil ou fixe fait défaut Architecture Architecture LAN " Architecture en mode Ad hoc " Réseau Ad hoc vs. Mode ad hoc STA 1 IBSS 1 STA 3 Communication directe dans un domaine limité Station B STA 2 Station (STA) 15 IBSS 2 STA LAN STA 5 " terminal ayant des mécanismes d accès au support sans fil et un accès radio au point d accès Independant Basic Service Set (IBSS) " Groupe de stations utilisant la même fréquence radio 16 Station A Station C

5 Equipements : Point d accès Equipements : Cartes Equipements : Antenne Architecture en couches Terminal fixe terminal mobile serveur Réseau d infrastructure Point d accès application application TCP TCP IP IP LLC LLC LLC MAC MAC MAC MAC PHY PHY PHY PHY

6 Architecture en couches Architecture en couches 21 " Couche physique PLCP Physical Layer Convergence Protocol " clear channel assessment signal (détection de porteuse) PMD Physical Medium Dependent " modulation, codage Gestion PHY " Sélection du canal, MIB PHY DLC " Couche liaison de données MAC : Mécanismes d accès Gestion MAC : déplacement, synchronisation, MIB, contrôle de puissance " Gestion de la station coordination de toutes les fonctions de gestion LLC MAC PLCP PMD gestion MAC Gestion PHY Gestion de la station 22 OSI Layer 2 Data Link Layer OSI Layer 1 Physical Layer (PHY) FHSS DSSS Logical Link Control (LLC) Medium Access Control (MAC) IR Wi-Fi b Wi-Fi a Architecture en couches Wireless LANs 1Mbps 2Mbps CSMA / CA 1Mbps 2Mbps 5,5Mbps 11Mbps 6Mbps 12Mbps 24Mbps 54Mbps 1Mbps 2Mbps 1Mbps 2Mbps RTS / CTS b a b a FHSS DSSS HRDSSS OFDM FHSS DSSS HRDSSS OFDM 5,5Mbps 11Mbps 6Mbps 12Mbps 24Mbps 54Mbps 2. IEEE & Introduction & Architecture & Couche physique & Couche liaison de données 23 24

7 Bandes de fréquences dans x Réglementation de la bande ISM " Pour , Wi-Fi (802.11b) et g Bande sans licence ISM (Instrumentation, Scientific, Medical) dans les 2,4 GHz Largeur de bande : 83 MHz " Pour Wi-Fi5 (802.11a) Bande sans licence UN-II dans les 5,2 GHz Largeur de bande : 300 MHz aux US Pays Etats-Unis FCC Europe ETSI Japon MKK France ART Bandes de fréquences 2,400 2,485 GHz 2,400 2,4835 GHz 2,471 2,497 GHz 2,400 2,4835 GHz La réglementation française A l intérieur A l extérieur A l intérieur A l extérieur DCS (Dynamic Channel Selection) TPC (Transmit Power Control) ,4835 GHz ,454 GHz 2,454-2,4835 GHz 5,150-5,250 GHz 5,250-5,350 GHz 5,150-5,250 GHz 5,250-5,350 GHz 5,725-5,825 GHz Bande ISM Bande UN-II 100 mw 100 mw 10 mw 200 mw 200 mw (avec DCS et TPC) 100 mw (avec DCS seulement) en cours d examen aucune aucune aucune aucune aucune aucune interdite interdite Mécanismes définis par h pour éviter les conflits entre un réseau a et un réseau HiperLAN 28 Réglementation de la bande ISM 1) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) 2457 USA (1-11) Europe (1-13) Japon (1-14) Chaque canal a une bande passante de 22MHz, espacés de 5MHz

8 Réglementation de la bande ISM " Bande ISM " Bande divisée en 14 canaux de 20 MHz " La transmission ne se fait que sur un seul canal " Co-localisation de 3 réseaux au sein d un même espace Affectation des canaux Canal 1 Canal 7 Canal ,4 GHz 83 MHz 2,4835 GHz couche physique couche physique 31 " Opérations de la couche physique : Carrier sense : pour déterminer l état du support " La PMD vérifie si le support est libre ou occupé par l une des 3 méthodes suivante et en informe la PLCP: Mesure de l énergie sur le support (supérieure à un seuil) Détection d un signal DSSS Détection d un signal DSSS dont le niveau est supérieur à un seuil " La PLCP fournie les opérations de détection : Détection de signaux entrants : La PLCP écoute continuellement sur le support. Quand celui-ci devient occupé la PLCP lit le préambule PLCP et l entête de trame pour synchroniser le récepteur sur le débit des données entrantes. Transmission de l information sur l état du support (libre ou occupé) à la couche MAC. Transmission : pour envoyer les octets des trames de données Réception : pour recevoir les octets de trames de données. 32 " 3 versions: 2 radio (typ. 2.4 GHz), 1 IR Débits de 1 à 2 Mbit/s " FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) Étalement du spectre, puissance du signal, typ. 1 Mbit/s min. 2.5 sauts de fréquences /s (USA), modulation GFSK 2 niveaux " DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) modulation DBPSK pour 1 Mbit/s (Differential Binary Phase Shift Keying), DQPSK pour 2 Mbit/s (Differential Quadrature PSK) préambule et entête de trame toujours transmis à 1 Mbit/s, le reste à 1 ou 2 Mbit/s séquence de chips : (code de Barker ) Puissance max. 1 W (USA), 100 mw (EU), min. 1mW " Infrarouge nm, lumière diffuse, typ. Couverture 10 m Détection de porteuse, synchonisation

9 couche physique " FHSS Format des paquets PHY Synchronisation avec SFD (Start Frame Delimiter) PLW (PLCP_PDU Length Word) : longueur du champ données incl. 32 bit CRC, PLW < 4096 PSF (PLCP Signaling Field) débit des données (1 or 2 Mbit/s) HEC (Header Error Check) : CRC x 16 +x 12 +x variable bits synchronisation SFD PLW PSF HEC données couche physique " DSSS PHY packet format " Synchronisation synch., gain setting, energy detection, frequency offset compensation " SFD (Start Frame Delimiter) : " Signal : débit des données (0A: DBPSK; 14 DQPSK) " Service : utilisation future 00: compliant " Longueur des données " HEC (Header Error Check) variable bits synchronisation SFD signal servicelongueur HEC données 33 PLCP préambule PLCP entête 34 PLCP préambule long PLCP entête couche physique " DSSS PHY b couche physique " Bande ISM " Basé sur le DSSS étalement de spectre à séquence directe " Débits compris entre 1 et 11 Mbits/s " Mécanisme de variation de débit selon la qualité de l environnement radio 35 36

10 802.11b couche physique b couche physique Spécifications du débit HR Préambule PLCB Entête PLCB Débit 1 Mbps 2 Mbps Longueur du code 11 bits (Barker Sequence) 11 bits (Barker Sequence) Modulation PSK 1 QPSK Débit (symboles) 1 MSps 1 MSps 1 2 Nbre de bits/symbole Préambule long (Scrambled 1s) SYNC 128-bits SDF 16-bits Préambule PLCB signal 8-bits DBPSK : 1 Mbit/s Service 8-bits PPDU longueur 16-bits Entête PLCB CRC 16-bits MPDU DBPSK : 1 Mbit/s DQPSK : 2 Mbit/s 5,5 à 11 Mbit/s 5,5 Mbps 11 Mbps 8 bits (CCK) 8 bits (CCK) QPSK QPSK 1,375 MSps 1,375 MSps 4 8 Préambule court (Scrambled 0s) SYNC 56-bits SDF 16-bits DBPSK : 1 Mbit/s signal 8-bits Service 8-bits longueur 16-bits DQPSK à 2 Mbit/s CRC 16-bits MPDU DQPSK : 2 Mbit/s 5,5 à 11 Mbit/s 37 PSK QPSK 38 PPDU IEEE a couche physique IEEE a couche physique 39 Contient la définition du support physique ainsi que des couches qui se trouvent au-dessus Partie physique " Aux Etats unis : Fréquence de 5 GHz dans la bande UNII Unlicensed National Information Infrastructure : pas de licence d'utilisation 8 canaux dans les fréquences basses - 4 pour les plus hautes. Domaines Intérieur Extérieur d applications Puissance 50 mw 250 mw 1 W Bande U-NII Low Middle High Fréquences " En Europe : Bande de 5,15 à 5,35 GHz: 8 canaux possibles Bande de 5,47 à 5,735 GHz : 11 canaux possibles En pratique pas autorisé en Europe, sans une demande de licence d utilisation auprès de l ART car : " La bande de fréquence est utilisée pour l armée, les radars météorologiques et aéronautiques " Il utilise une méthode de sélection dynamique des fréquences qui n est pas autorisée en France/Europe. 5,15 GHz 5,20 GHz 5,25 GHz 5,30 GHz 5,35 GHz 5,725 GHz 5,775 GHz 5,825 GHz 40 Modulation OFDM " Orthogonal Frequency Division Multiplexing " 52 porteuses " Excellentes performances en cas de chemins multiples 8 vitesses de 6 à 54 Mbit/s Devrait permettre à de très nombreuses stations de travail et portables de se connecter automatiquement dans les entreprises " Couches supérieures : correspondent à celles des réseaux Ethernet

11 OFDM OFDM " 8 canaux de 20 MHz " Co-localisation de 8 réseaux au sein du même espace 5,18 GHz 5,2 GHz 5,22 GHz 5,24 GHz 5,26 GHz 5,28 GHz 5,3 GHz 5,32 GHz 5,15 GHz 200 MHz 5,35 GHz Un canal dans OFDM 48 sous canaux de données 4 sous canaux utilisés pour la correction d erreur KHz 20 MHz OFDM (2/2) Avantages " Transmission en parallèle sur des sous-canaux de faible largeur de bande et à un faible débit > obtention d un seul et unique canal à haut débit " Pas recouvrement des 8 canaux disjoints > 8 réseaux a (au lieu des 3 réseaux b) Inconvénients " OFDM réclame plus de puissance que les techniques d étalement " Débit élevé > probabilité de perte élevée g " Similitudes et différences avec b Simulitudes " opère dans la bande des 2.4GHz " le signal transmis occupe environ 20MHz Différences : " Modulation OFDM en plus des modulations du b " il doit y avoir 20MHz d espacement entre les différents canaux (versus 5MHz pour b) pour pouvoir fonctionner sans trop d interférences " Problème : Limitation du nombre de canaux g " Solution : diminuer la puissance de chaque AP, ce qui permet d avoir des AP plus proches les uns des autres.

12 802.11g " Débits et modulations IEEE e " Amélioration de a en introduisant De la qualité de service Des fonctionnalités de sécurité et d'authentification " But : faire transiter la parole téléphonique et les données multimédias sur ces réseaux partagés Définition de classes de service Les terminaux choisissent la bonne priorité en fonction de la nature de l'application transportée a vs b " La bande ISM devient de plus en plus saturée (802.11b, g, Bluetooth, etc.) " Co-localisation plus importante dans a " Débits plus importants pour a mais zone de couverture plus petite " En France, les produits a sont disponibles mais chers Wireless LANs! 2. IEEE & Introduction & Architecture & Couche physique & Couche liaison de données! Couche MAC & protocoles! Format des trames! Gestion MAC 47 48