Propagation link budget site survey

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1 Antennes Propagation link budget site survey Environnement industriel Quality of Service Security 1

2 Antennes Propagation link budget site survey Environnement industriel Quality of Service Security 2

3 Concepts : unités de mesure Quatre unités de mesure de la puissance du signal RF o mw (milliwatt) o dbm ( db milliwatt) o RSSI (Receive Signal Strength Indicator) o Signal Strength Percentage Formules o Valeur en db = 10log 10 P2 P 1 o Valeur en dbm = P2 10log10 1mW 3

4 Antennes: fréquence et longueur d onde Relation fondamentale λ Où Golflengte λ C = vitesse de la lumière de 300 millions de mètres/sec F = fréquence (Hz) l = longueur d onde (m) Propagatiezin Fréquence 1 MHz 3 MHz 30 MHz 100 MHz 300 MHz Longueur d onde 300m 30m 10m 3m 1m Fréquence 1 GHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz 3 THz Longeur d onde 30 cm 10cm 1cm 1 mm 100µm 4

5 Antennes : généralités Conversion de l énergie électrique en rayonnement électromagnétique Le concept de l antenne permet d envoyer de l énergie dans une certaine direction Antenne efficace : dimensions de /4 ou/2 5

6 Antennes : modèles de rayonnement Directionnalité o Omnidirectionnelle (360 ) o Directionnelle (couverture limitée, portée plus longue) Gain d antenne o Mesure dans laquelle une antenne oriente l énergie o Exprimé en dbi ou dbd (0 dbd = 2.14 dbi) G = Intensité de puissance max. Intensité de puissance moy. 6

7 Antennes : mode de rayonnement Antenne omnidirectionnelle o Aucun rayonnant isotrope Antenne directionnelle o Seulement omnidirectionnelle dans un plan o Gain de 2.14 dbi 7

8 Antennes Propagation link budget site survey Environnement industriel Quality of Service Security 8

9 Propagation : réflexion L onde électromagnétique tombe sur l objet qui est grand par rapport à la longueur d onde (p.ex., sol, plafond, murs, ) 9

10 Propagation : diffraction Parcours de rayonnement entre émetteur et récepteur perturbé par des arêtes vives Les ondes s infléchissent autour de l obstacle même si une Line of Sight (LOS, trajet direct visuellement) n existe pas 10

11 Propagation : dispersion L énergie se disperse dans différentes directions à cause d objets plus petits que la longueur d onde (p.ex., chaises, lampes, ) 11

12 Propagation : interférence Les signaux sont en phase et se renforcent Les signaux sont en contrephase et s affaiblissent 12

13 Propagation : affaiblissement dans espace libre Espace libre : aucun objets Affaiblissement (: d) L s = 4πd λ 2 [12] o Affaiblissement d un facteur 100 si le recepteur est déplacé d 1 mètre à 10 mètres o La perte croît du carré de la fréquence A considérer o Les faibles fréquences portent loin o Antennes plus grandes et moins concentrées 13

14 Propagation : path loss Modèle empirique pour le path loss PL Modèle one-slope : PL(d) = PL(d0)+10n log(d/d0)+χ o PL(d) = path loss [db] médiane variations o d = distance entre émetteur et récepteur [m] o PL(d0) = path loss [db] sur distance de référence d0 [m] o n = exposant path loss [-] o χ = distribution aléatoire normale [db] Ecart standard [db] En raison du shadowing 14

15 Link budget Détermination de la distance maximale R [m] pour la communication sans fil o Calcul pour la configuration de mesure de la surveillance du site A l aide des résultats de mesure o Modèle path loss (large-scale fading) o Facteur K de Rice (fading temporel) o Fréquence: 2.4 GHz Portée fonction du taux de données souhaité o Majorité des applications industrielles : 2 à 11 Mbps nécessaires o Etablir link budget pour : 2, 11 et 18 Mbps 15

16 Link budget P T + G T + G R L T L R P R = PL(d 0 ) + 10n log(r/d 0 ) + M S + M F PL max PL(R) PLmax : path loss max. admis de sorte que le signal WLAN puisse encore être reçu [db] o o o o PT = puissance d émission [dbm] GT, GR = gain d antenne Tx, respectivement Rx [db] LT, LR = perte de câble d antenne Tx respectivement Rx [db] PR = sensibilité Rx [dbm] PL(R) : one-slope path loss model [db] MS: shadowing margin [db] MF: fade margin [db] Solution selon portée R [m] 16

17 Link budget versus site survey Entrepôt chez Berry Floor Données de mesure : entrepôt, NLOS et LOS avec une quantité importante d éléments perturbateurs qui se trouvent plus haut que l antenne réceptrice Hauteur antenne émettrice : 6m Hauteur antenne réceptrice : 2m Taux de données appliqué : 11 Mbps site survey link budget access point 17

18 Antennes Propagation link budget site survey Environnement industriel Quality of Service Security 18

19 Caractéristiques appareil Environnement Transmission Environnement de bureaux Plage de température normale Peu de poussières et d humidité Peu de risque de dommages mécaniques ou de problèmes liés à des produits chimiques Faible charge CEM Importants paquets de données Panne non souhaitée Transmission essentiellement acyclique Comportement temps réel pas nécessaire Environnement industriel Large plage de température Poussières, humidité et vibrations possibles Risque de dommages mécaniques et problèmes liés aux subtances chimiques/vapeurs/gaz Charge CEM élevée Petits paquets de données Panne non autorisée Transmission essentiellement cyclique Comportement temps réel nécessaire 19

20 Caractéristiques des appareils Environnement de bureaux Environnement industriel Montage Coffrets 19 ou aucun montage Rail DIN Tension d alimentation 230 V AC 24 V DC ou PoE Classe d isolation IP 20 IP 65 / IP 67 Boîtier Exécution plastique Plastique robuste ou boîtier métallique Plage de température Connecteurs 0 C 40 C -20 C 60 C RJ45 standard Câbles prêts à l emploi Durée de vie 5 ans 10 ans RJ45 dans armoires, M12 sur le sol Connecteurs assemblables au sol Refroidissement Refroidissement actif Refroidissement passif Disponibilité Aucune redondance Exécutions redondantes (disponibilité accrue) 20

21 L environnement industriel Grands espaces ouverts Entrepôts Halls de production Sources possibles de perturbations o WLAN (2,4 GHz) o Fours micro-ondes (2,4 GHz) o DECT (1,9 GHz) o Porte électrique (300 MHz) o Commande à fréquence (200 MHz) o Appareils de soudage (50 MHz) o Machines de découpe laser (1,7 GHz) Barrières structurelles 21

22 Antennes Propagation link budget site survey Environnement industriels Quality of Service Security 22

23 QoS : EDCA WLAN: IEEE e et WMM (Wi-Fi Multimedia) o Priorité lors de l accès au medium o 4 niveaux de priorité 23

24 Standards industriels Redondance o Plusieurs interfaces radio 5,2 GHz 2,4 GHz o Deux fréquences Mesh : IEEE s o Temps de roaming rapides o Disponibilité accrue du WLAN o Attendu en 2008 Roaming : IEEE r o Attendu en 2008, temps de roaming o Les temps de roaming actuels sont trop élevés 24

25 Antennes Propagation link budget site survey Environnement industriel Quality of Service Security 25

26 WLAN Security Security et applications industrielles o Fonctionnement sûr : nécessité de la redondance o Communication de données fiable et stable o Sécurité du réseau : qui a accès et quelle est la sécurité des données? 26

27 WLAN Security PROBLEME Balises électromagnétiques : chaque AP envoie toutes les 100ms une balise. L existence du réseau et des informations sur l AP sont ainsi transmises aux clients possibles. Le nom du réseau est envoyé en même temps que la balise PRENDRE UN CERTAIN NOMBRE DE PETITES MESURES o Désactivation de l émission du SSID o Adaptation du SSID o Adaptation du login o Adresses IP fixes o Blocage des adresses MAC 27

28 WLAN Security COMMUNICATION SÛRE Cryptage la sécurisation des données Authentication contrôle d accès Integrité contrôle de l authenticité des paquets de données 28

29 WLAN Security SECURISATION DU WIFI AU FIL DES ANS Aucun cryptage WEP IEEE B WPA avec TKIP et Michael (mars 2003 / WiFi 2004) WPA2 avec AES (fin 2004 / WiFi 2006) 29

30 WLAN Security WPA (WiFi Protected Access) successeur provisoire du WEP, mêmes algorithmes et matériels pas uniquement du cryptage mais aussi de la vérification de réseau Le CRYPTAGE dans le WPA recourt au protocole TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) CONTROLE D INTEGRITE des données (MIC) VERIFICATION DE RESEAU Personal mode: WPA-PSK (Pre-Shared Key) Enterprise mode: WPA x/EAP (Extensible Authentication Protocol) 30

31 WLAN Security WPA2 o L alliance Wi-Fi utilise le terme WPA2 pour le standard complet IEEE i o Utilise de manière standard le standard AES (Advanced Encryption Standard), une forme avancée de clé : BLOCK CIPHERS Requiert de nouveaux matériels plus puissants o Norme publiée depuis fin 2004 o 2 modes ont été prévus : Personal mode Enterprise mode Encryption: AES Authentication: PSK Encryption: AES Authentication: IEEE 802.1X/EAP 31

32 WLAN Security AUTHENTIFICATION (tant pour WPA que WPA2) PSK A l aide d un mot de passe qui se compose d au moins 20 signes : lettres (distinction entre minuscules et majuscules), chiffres et divers signes Exemple de bon mot de passe : Qt12$#YhA&^jj45laHGUs. IEEE 802.1x/EAP Standard ouvert, indépendant de la méthode de cryptage En combinaison avec un serveur d authentification, RADIUS Server Plusieurs protocoles d authentification possibles EAP-MD5 EAP-TTLS EAP-SIM Protected EAP Seulement accès au réseau après authentification 32