Ecole Supérieure d Economie Numérique RÉSEAUX MOBILES. Ikbel DALY BRIKI

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1 Ecole Supérieure d Economie Numérique RÉSEAUX MOBILES Ikbel DALY BRIKI

2 PLAN Chapitre 1 Introduction Chapitre 2 Les réseaux cellulaires Chapitre 3 Les réseaux satellitaires Chapitre 4 Les réseaux sans fil Chapitre 5 Architecture des réseaux WiFi Chapitre 6 QoS dans les réseaux sans fil Chapitre 7 Sécurité des réseaux sans fil Axes de Recherche 2

4 CHAPITRE 1 INTRODUCTION 4

5 BESOINS DES UTILISATEURS (1) Mobile = tout en un 5

6 BESOINS DES UTILISATEURS (2) Mobile = accès à tout 6

7 BESOINS DES UTILISATEURS (3) Types de flux diversifiés : voix, images, sons, textes, data Types d applications Du très général (eg. messagerie) au spécifique (travail personnel et spécialisé) Du grand public au spécialiste (commercial, médecin urgentiste ) Qualité de service Débit, temps de réponse Disponibilité («anywhere, anytime connected») Sécurité Terminaux : intégration (tout en un) 7

8 PERFORMANCES DES APPAREILS SANS FIL Equipements Smartphone Tablette PDA Portable... Puissance limitée Par la batterie, la mémoire, le disque dur Par la transmission sans fil Par le réseau de rattachement Interfaces utilisateurs simplifiées Taille des écrans Terminaux clients 8

9 MOTIVATIONS Les réseaux radios Diversité des services offerts Aussi bien pour des applications «grand public» que pour une utilisation en entreprise. Le domaine des communications Les technologies sans fil (GSM, GPRS, UMTS, WiFi, WiMax, ) offrent une extrême liberté d usage pour les utilisateurs «nomades» en assurant une continuité des services à la fois performante et économique via des terminaux adaptés, fiables et relativement peu coûteux (PC portable, PDA, téléphone mobile, ). Exemples de services offerts en mobilité L accès internet haut débit via les hot spots publics Services vidéo, mail, chat, forums et travail collaboratif Service à domicile via les boîtiers multiplay (free box, live box ) 9

10 DOMAINES D APPLICATION (1) Les principaux domaines d application des réseaux mobiles : Le travail collaboratif et les communications dans des entreprises ou bâtiments : dans le cadre d une réunion ou d une conférence ou d une couverture d évènements sportifs, Réseaux de senseurs (capteurs) : pour des applications environnementales (climat, activité de la terre, suivi des mouvements des animaux, etc.) ou domestiques (contrôle des équipements à distance), 10

11 DOMAINES D APPLICATION (2) Les principaux domaines d application des réseaux mobiles : Réseaux domestiques (Home network) : partage d applications et communications des équipements mobiles exemple l'organisation d'une soirée de jeux vidéo en réseaux où chacun apporte son matériel, Applications commerciales : pour un paiement électronique distant (en taxi) ou pour l accès mobile à l Internet ou service de guide en fonction de la position de l utilisateur, Réseaux en mouvement : informatique embarquée et véhicules communicants pour avoir des informations sur le trafic disponible en temps réel (Vehicular Ad hoc Network, VANET). 11

12 RÉSEAUX MOBILES Un réseau mobile fournit au moins un des deux services caractéristiques de la mobilité : Lui proposer un accès sans fil à l information. Lui permettre de se déplacer à travers le réseau en conservant une même adresse Adressage mobile mobilité GSM : l abonné apparaît dans un sousréseau particulier ; lorsqu il quitte son domaine d abonnement pour un autre domaine (dit visiteur), il effectue de la mobilité mobilité IP : une seule adresse IP (adresse logique du destinataire du paquet IP) suffit pour qu un abonné puisse être localisé n importe où dans le réseau Internet. 12

13 TRANSMISSION SANS FIL Support de transmission sans fil Le concept de sans fil est étroitement associé au support de transmission. Un système est dit sans fil s il propose un service de communication totalement indépendant de prises murales. Dans cette configuration, d autres moyens d accès sont exploités Infrarouge Onde électromagnétique de longueur d'onde inférieur au visible (entre 0,78 μm à μm) Télécommandes : n'interfèrent pas avec les autres signaux électromagnétiques comme les signaux de télévision. Communication à courte distance entre PC et périphériques Ondes hertziennes (ou ondes radio). Onde électromagnétique dont la fréquence est inférieure à 3000 GHz, soit une longueur d'onde supérieure à 0,1 mm. Classification en fonction de la fréquence 13

14 VAGUES DES RÉSEAUX MOBILES Grand public Vagues des réseaux sans fil Vague 1 : téléphonie mobile Encore en cours Business le plus important Vague 2 : Accès sans fil à Internet Accès Internet via les WLAN (Wifi) personnels, d entreprises ou d organisations 2.5 G et 3G en compétition pour l accès à Internet via le mobile Vague 3 : Réseaux ad hoc (actuellement) Interconnexion de mobiles non reliés à des infrastructures Interopérabilité entre réseaux hétérogènes Vague 4 : équipements de plus en plus invisibles! 14

15 CLASSIFICATION DES RÉSEAUX MOBILES (1) 15

16 CLASSIFICATION DES RÉSEAUX MOBILES (2) 16

18 CHAPITRE 2 LES RÉSEAUX CELLULAIRES 18

19 HISTOIRE DES RÉSEAUX CELLULAIRES (1) Développement des réseaux sans fil 1910 : Ericson travaille sur le premier téléphone pour voiture : attribution des fréquences radios et des licences aux opérateurs téléphoniques 1940 : pendant la seconde guerre mondiale, l armée américaine utilise pour la première fois dans signaux radio pour transmettre de données : un groupe de chercheurs crée le premier réseau de communication radio basé sur la commutation de paquets, appelé ALOHAnet. C est le tout premier réseau sans fil, constitué de 7 ordinateurs reliés en étoile. 19

20 HISTOIRE DES RÉSEAUX CELLULAIRES (2) Années 80 (1G) : voix analogique technologie analogique qui utilise une bande de fréquences non enregistrée ( MHz) ce qui cause des interférences avec toutes sortes de machines. AMPS en 1982, Radiocom en 1982 Années 90 (2G) : voix numérique et messagerie texte transmission numérique pour augmenter la capacité, améliorer la sécurité et offrir la messagerie texte (SMS). GSM en 1991 GPRS en 2000 (2,5G ou 2G+) : dérivée du GSM permettant un débit de données plus élevé. Années 2000 (3G) : voix et données numériques services numériques de voix et de données à haut débit. UMTS, W-CDMA en déploiement mondial Années 2010 (4G) : Services haut-débits LTE (Long Term Evolution) 20

21 RÉSEAUX CELLULAIRES C est la rareté du spectre radio qui a conduit les opérateurs à découper le territoire en zones (cellules), de taille variable selon la densité des utilisateurs. Les différentes tailles de cellules d un réseau cellulaire 21

22 OBJECTIFS DES RÉSEAUX CELLULAIRES Offrir une large couverture et tenir compte de la mobilité 1G : voix, sans localisation et sans mobilité 2G : voix, localisation / mobilité 3G : id. + paquets 4G : id + inter-technologie Offrir un service à de nombreux usagers Intégrer de plus en plus de services 22

23 PROBLÉMATIQUE DE LA MOBILITÉ Localisation des utilisateurs Pour établir une communication, il faut savoir dans quelle cellule l'abonné se trouve. Transfert inter-cellulaire (Handover) Il doit y avoir continuité de la communication lorsque l'abonné passe d'une cellule à une autre Roaming Si la mobilité d'un abonné s'étend à plusieurs pays, des accords de roaming doivent alors être passés entre les différents opérateurs pour que les communications d'un abonné étranger soient traitées et aboutissent. Sécurité Pour éviter les écoutes frauduleuses des communication (authentification, cryptage, identité temporaire). 23

24 GÉNÉRATION DES RÉSEAUX CELLULAIRES (1) 1ère génération (1G) : voix Transmission analogique, contrôle numérique Concept de cellule NMT, R2000, AMPS, téléphone sans fil : CT0, CT1 2ème génération (2G) : Voix/données Transmission et contrôle numériques IS-95, GSM (Global System for Mobile communication), CT2, DECT 2G+ : Mobitext, GPRS 3ème génération (3G) : UMTS/IMT-2000, WCDMA, CDMA2000, EDGE Un seul système pour la voix et les données 4ème génération (4G) : Wimax, LTE 24

25 GÉNÉRATION DES RÉSEAUX CELLULAIRES (2) 25

26 PRINCIPE DE BASE 26 BTS : Base Transceiver Station BSC : Base Station Controller MSC : Mobile Switching Center

27 PRINCIPE DE BASE 27

28 PRINCIPE DE BASE Cellule Cellule = la surface avec laquelle une BTS peut établir une liaison avec un téléphone mobile. Principe = diviser une région en un certain nombre de cellules desservies par une BTS de faible puissance, émettant à des fréquences différentes de celles utilisées sur les cellules voisines. Allocation des fréquences = le nombre de fréquences accordées étant restreint, l'opérateur est obligé de réutiliser les mêmes fréquences sur des cellules suffisamment éloignées de telle sorte que deux communications utilisant la même fréquence ne se brouillent pas. 28

29 PRINCIPE DE BASE Les cellules Chaque cellule a sa fréquence de communication Possède 6 voisins pour éviter de gaspiller les fréquences et d interférer entre les cellules : technique SDMA Space Division Multiple Access Schéma d attribution des fréquences But : les cellules adjacentes ne doivent pas avoir la même fréquence de communication 29

32 ENVIRONNEMENT RADIO-MOBILE 32

33 DÉGRADATIONS DE L ONDE Atténuation due à la distance parcourue (pathloss), Effets de masques (shadowing effects), Evanouissements (fadings) par propagation multitrajet. Brouillages causés par d'autres émissions : Interférences (co-canal ou canal adjacent), Bruit ambiant. 33

34 CARACTÉRISTIQUES DE LA PROPAGATION Les caractéristiques de propagation dépendent : Morphologie du terrain, Densité de végétation, Hauteur, combinaison, nature et densité des bâtiments, Conditions météo, Etc. 34

35 MULTITRAJETS Origine : Réflexions multiples sur les obstacles rencontrés par l'onde. Deux effets : Positif Négatif 35

36 EFFETS POSITIFS DU MULTITRAJET Communications réussies même en présence de masque : contournement des obstacles. 36

37 EFFETS NÉGATIFS DU MULTITRAJET Mutlipath spread= (longer path-shorter path)/c ; où c désigne la vitesse de la lumière. Dépendance: Direction, réflectivité et distance entre les objets. 37

38 INTERFÉRENCES Co-canal Canal adjacent. 38

39 INTERFÉRENCE CO-CANAL 39

40 INTERFACE RADIO-MOBILE Caractéristiques : Complexité, Diffusion. Environnement de transmission : Changeant, Emetteurs/Récepteurs mobiles, Multitrajets, Limitation du spectre. 40

41 SPECTRE UHF (Ultra High Frequency) : De 300 MHz à 3 GHz = Radiofréquences 41

42 ALLOCATION DU SPECTRE DE FRÉQUENCE Les ressources spectrales sont limitées. Chaque pays a une agence gouvernementale pour contrôler et allouer les ressources spectrales. Les ressources spectrales sont contrôlées par : Mondiale : International Telecommunications Union (ITU). USA : Federal Communications commission (FCC). EU : European Telecommunications standards Institute (ETSI). Tunisia : Agence Nationale de la fréquence (ANF). 42

43 ALLOCATION DU SPECTRE UHF EN FRANCE 43

44 ALLOCATION DU SPECTRE UHF EN FRANCE 44

45 BANDES DE FRÉQUENCES SANS LICENCE Des bandes de fréquences utilisés Gratuitement Pour encourager l innovation et les implémentations de faible coûts. Des systèmes sans fils ont vu succès grâce à cette bande. ex : Bleutooth, Wireless LAN, téléphones sans fils 45

46 CONCEPT CELLULAIRE Problème de base = Comment desservir une région de taille importante (pays, continent) Avec une bande de fréquences limitée, Avec une densité de trafic importante, qui varie dans le temps et dans l espace et pouvant augmenter, Offrir des services téléphoniques et autres à des usagers fixes et mobiles? Concept cellulaire avec réutilisation des fréquences. Mécanisme de réutilisation des fréquences : Repose sur la propriété d atténuation des signaux avec la distance. Cellules utilisant la même fréquence. 46

47 RÉUTILISATION DE LA FRÉQUENCE 47

48 RÉUTILISATION DE LA FRÉQUENCE Plus de capacité. Plus de couverture. 48

49 RÉUTILISATION DES FRÉQUENCES Principe: Repose sur l utilisation des mêmes fréquences porteuses pour couvrir des zones différentes séparées par des distances suffisantes pour que l interférence co-canal ne soit pas importante. 49

50 CONCEPT CELLULAIRE Supposer que le système admet S=70 canaux fréquentiels Système Pre-cellulaire (avant le système cellulaire) : Capacité du système = nb d utilisateurs simultanés = 70 x 3 =

51 CONCEPT CELLULAIRE Diviser les 70 canaux en 7 groupes (A,B,C,D,E,F,G) de 10 canaux. Les cellules qui utilisent le même groupe sont éloignées. Capacité du système = nb d utilisateurs simultanés = 10 x 7 x 3 = 210 Avec la même capacité, la puissance de transmission a passé de centaines de Watts à quelques Watts, et même < 1 W par canal. 51

52 CONCEPT CELLULAIRE Pour augmenter la capacité, utiliser des cellules de faible taille. Capacité du système = nb d utilisateurs simultanés >>

53 Pourquoi donc Concept cellulaire? Réduire la puissance de transmission Augmenter la capacité du système étaler la couverture par autant de cellules que nécessaire augmenter le nombre maximum des utilisateurs accédant au réseau. Réduire les interférences. 53

54 La Forme de la cellule Les antennes omnidirectionnelles rayonnent selon une forme circulaire (vue de dessus). Le problème est que les cellules circulaires ne peuvent pas être superposées sur une carte sans laisser des zones incouvertes ou sans créer des zones de chevauchement. 3 choix : Triangle équilatéral ou carré ou Hexagon. 54

55 La Forme de la cellule Une cellule doit être conçue pour servir les mobiles les plus faibles au sein de l empreinte (forme), et ceux-ci sont généralement situé à la frontière de la cellule. l hexagone possède la plus grande superficie parmis les trois fromes. En utilisant la géométrie hexagonale, le plus petit nombre de cellules peut couvrir une région géographique L hexagone décrit mieux un cercle 55

56 Cluster La superficie totale de la couverture est divisée en clusters Le nombre de cellules N dans chaque Cluster est appelé taille du cluster les cellules dans un Cluster utilisent tous les canaux fréquentiels il n ya pas d interférence co-canal dans un même cluster. interférence co-canal provient de deux cellules utilisant la même bande fréquentielle Le cluster est Reproduit sur toute la zone de couverture. ex : l image montre 3 Clusters de taille N=7. Distance de réutilisation D = Distance minimale entre les centres de deux cellules utilisant la même canal fréquentiel. 56

57 Réutilisation de fréquence (N=4, N=7) Facteur de réutilisation de fréquence=1/n Chaque cellule utilise 1/N des canaux existants. 57

58 Capacité compromis : Des valeurs réduites de N peut engendrer des interférences 58

59 Taille du Cluster N peut avoir certaines valeurs précises selon i et j des entiers : N = i 2 + j 2 + i x j Pour localiser le co-canal le plus proche : Se déplacer i cellules le long d une chaîne d hexagones, puis Tourner 60 degrés contre le sens de la montre et se déplacer j cellules. ex : i=3 ; j=2 N=19 59

60 Localisation du co-canal pour N=3 60

61 Localisation du co-canal pour N=3 61

62 Géométrie de l hexagone 62

63 Exercice 1 Considérons un système cellulaire dont le nb total des canaux vocaux disponibles pour gérer le trafic est 960. L aire de chaque cellule est de 6 km 2 et la zone de couverture totale du système est de 2000 km 2. Calculer 1 ) Combien de fois un cluster de taille 4 doit être reproduit pour couvrir toute la zone? 2 ) nb de canaux par cellule? 3 ) la capacité du système si la taille de cluster, N est 4 4 ) la capacité du système si la taille de cluster est 7 5 ) Est-ce que la diminution de la taille de cluster N augmente la capacité du système? Expliquez. 63

64 Solution Pour N = 4 Zone d un cluster avec réutilisation N = 4 : 4 x 6 = 24km 2 Nombre de clusters pour couvrir la superficie totale avec N=4 : 2000/24 = Nombre de canaux par cellule 960/4 = 240 La capacité du système : 83 x 960 = canaux Pour N=7 Zone d un cluster avec réutilisation N = 7 : 7 x 6 = 42km 2 Nombre de clusters pour couvrir la superficie totale avec N=7 : 2000/42 = Nombre de canaux par cellule 960/7 = La capacité du système : 48 x 960 = canaux Il est évident que lorsqu on diminue la valeur de N de 7 à 4, on augmente la capacité du système de à canaux. Ainsi, la diminution du facteur de réutilisation N augmente la capacité du système.

65 LES SERVICES GSM La voix Les données le WAP (Wireless Application Protocol), le Fax ou bien les fonctions d'un modem filaire classique Les messages Les messages écrits courts (SMS) Le MMS (Multimedia Messaging Service) Le Cell Broadcast (diffusion dans les cellules) Permet d'envoyer le même SMS à tous les abonnés à l'intérieur d'une zone géographique Les services supplémentaires renvois d'appels, présentation du numéro, etc. Les services à valeur ajoutée Les services de localisation (Location Based Services), d'information à la demande (météo, horoscope), de banque (consultation de compte, recharges de compte prépayées) 65

66 ARCHITECTURE DU RÉSEAU GSM 66

67 ARCHITECTURE DU RÉSEAU GSM Mobile Station (MS) Mobile Equipment (ME) Subscriber Identity Module (SIM) Base Station Subsystem (BSS) Base Transceiver Station (BTS) Base Station Controller (BSC) Network Switching Subsystem(NSS) Mobile Switching Center (MSC) Home Location Register (HLR) Visitor Location Register (VLR) Authentication Center (AUC) Equipment Identity Register (EIR) 67

68 ARCHITECTURE DU RÉSEAU D ACCÈS BSS 68

69 STATION MOBILE (MOBILE STATION-MS) La Station Mobile est composée du : Mobile Equipment(le terminal GSM) SubscriberIdentityModule(SIM). Mobile Equipment Le Mobile Equipmentest identifié (exclusivement) à l'intérieur de n'importe quel réseau GSM par l'international Mobile Equipment Identity(IMEI). Les terminaux GSM sont divisés en cinq classes en fonction de leur puissance maximale de transmission sur le canal radio. 69

70 STATION MOBILE (MOBILE STATION-MS) Carte SIM (Subscriber Identity Module) Contient l'international Mobile Subscriber Identity(IMSI), qui sert à identifier l'abonné dans n'importe système GSM, et les procédures de cryptographie qui sauvegardent le secret de l'information de l'utilisateur ainsi que d'autres données telles que; la mémoire alphanumérique du téléphone la mémoire relative aux messages de texte (SMS). L'IMSI présente la structure suivante: MCC / MNC / MSIN où: MCC = Mobile Country Code(2 ou 3 chiffres, pour la Tunisie 216) MNC = Mobile Network Code(2 chiffres) MSIN = Mobile Station Identification Number (maximum 10 chiffres) 70

71 BSS (BASE STATION SUBSYSTEM) BSS = BTS + BSC Sa fonction principale est la gestion de l'attribution des ressources radio indépendamment des abonnés, de leur identité ou de leur communication. BTS (Base Transmission Station) L'antenne Gère la liaison radio antenne Ŕ mobile Gère la couche physique et liaison de donnée BSC (Base Station Controller) Organe intelligent du BSS Gère plusieurs BTS Allocation des canaux de communication Surveillance de la puissance des MS et des BTS Gestion itinérance et transfert communication Interagit avec le réseau de coeur NSS 71

72 GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER) Définition = ensemble des opérations mises en œuvre permettant qu'une station mobile puisse changer de cellule sans interruption de service. Principe = lorsque le signal de transmission entre un combiné et une station de base s'affaiblit, le système du combiné trouve une autre station de base disponible dans une autre cellule, qui est capable d'assurer à nouveau la communication dans les meilleures conditions. Protocole = lorsque la station mobile quitte la zone couverte par une cellule pour une autre, c'est la qualité de transmission qui détermine la nécessité du handover La qualité de transmission est indiquée par le taux d'erreur, l'intensité du signal reçu, le niveau d'interférences et le délai de propagation. 72

73 GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER) 73

74 GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER) Handover ou Handoff Principe Le mobile mesure la puissance des signaux reçus en provenance des BS qui l entourent. Il envoie un rapport (périodique) de ses mesures à sa BS. Le handover a lieu quand la puissance reçue d une autre BS dépasse (pendant un certain temps) celle de sa BS d enregistrement 2 méthodes pour favoriser les handovers par rapport aux appels arrivant Utilisation de canaux de garde Mise en file d attente (avec priorité) les demandes de handover Roaming (ou itinérance) désigne la capacité des abonnés à accéder à leurs services de téléphonie mobile (voix ou données) depuis des réseaux visités (réseaux de pays étranger). 74

75 ARCHITECTURE DU RÉSEAU DE COEUR NSS (NETWORK SWITCHING SUBSYSTEM) 75

76 MSC (MOBILE SWITCHING CENTER) Centre de commutation radio mobile Commutateur en charge des services en mode circuit des stations mobiles enregistrées dans la zone géographique qu'il gère Prend en charge plusieurs BSS Fonctionnalités Gestion des appels Gestion du handover Interconnexion avec le réseau fixe (RTC, RNIS, Internet) via le GMSC Gestion des terminaux visiteurs GMSC (Gateway GMSC) Effectue le routage des appels du MSC vers le réseau fixe et inversement 76

77 LES BASES DE DONNÉES HLR (Home Location Register) Registre des informations des mobiles locaux (IMSI, MSISDN) Adresse du VLR où le mobile est localisé VLR (Visitor Location Register) Registre des terminaux visiteurs Informations précises sur la position actuelle du visiteur mobile et de son déplacement dans une zone de localisation Zone de localisation (location area) = ensemble de cellules gérées par un même MSC/VLR EIR (Equipment Identity Register) Registre des identifiants des équipements mobiles (conditions d'abonnement) Informations grossières sur la localisation de l'abonné AuC (Authentification Center) Registre contenant les informations confidentielles destinées à l'authentification de l'abonné 77

78 GSM : SUCCÈS ET LIMITATIONS Succès du GSM Succès européen grâce à la normalisation Portée par une industrie télécom forte (Nokia, Ericsson) A l'origine du développement des mobiles Succès des SMS Aujourd hui, le monde compte 838 réseaux GSM représentant 4,4 milliards d abonnés Limitations du GSM : Mauvaise gestion des ressources radio Commutation de circuit Ligne monopolisée dans tout le réseau pour un trafic de données de nature très sporadique Coût des communications : Tarif en fonction de la durée, pas de la quantité de données Infrastructure lourde, peu flexible Amélioration des débits avec HSCSD (High-speed circuit switched data) jusqu'à up 57.6 kbit/s. 78

79 GPRS : GENERAL PACKET RADIO SERVICE Motivation le transport des données sur le réseau GSM n'autorise qu'au mieux des débits de 9,6 kbit/s. GPRS permet de contourner le problème de: monopolisation de canal la facturation à la durée de permettre des débits résolument plus importants. 79

80 GPRS : GENERAL PACKET RADIO SERVICE Basé sur GSM, peuvent coexister 2.5G (2G+) Navigation sur internet via un mobile Données en mode non connecté, par paquets Compatible avec IP Plus adapté à la transmission de données Plus économique car ressources allouées en fonction des données échangées Plus rapide car aucun délai de connexion Caractéristiques Débit théorique 160 kbit/s (en pratique plutôt 30 kbit/s) comparable à un modem Facturation à la donnée Connexion permanente possible 80

81 GPRS : GENERAL PACKET RADIO SERVICE GPRS Vs GSM GPRS Support des deux commutations de circuit et de paquet. MS utilise des Automatic retransmission (ARQ) pour retransmettre les trames erronées. Multiple time slots peuvent être affectés à un usager. Un time slot peut être alloué à plusieurs usagers. Facturation complexe (basée sur le volume, la QoS. ) GSM commutation de circuit uniquement. Pas de re-transmission sur les MS Single time slot par usager Single time slot par usager Facturation simple basée sur la durée 81

82 GPRS : ARCHITECTURE Introduction de 2 nouveaux éléments à l architecture GSM déjà existante le GGSN (Gateway GPRS Support Node) responsable de l'interconnexion du réseau GPRS les réseaux externes (Internet, X.25) se comporte comme un routeur Convertit les paquets en paquets du réseau cible (IP, X.25) le SGSN (Serving GPRS Support Node): responsable de délivrer les paquets au destinataire associé à une zone géographique 82

83 IMPACT DU GPRS SUR GSM 83

84 GPRS : SUCCÈS ET LIMITATIONS Nouveaux champs d applications par rapport au GSM : Accès radio aux réseaux IP (internet et intranet) Recherches dans des bases de données (restaurants, stations service, bourse ) Télématique, télésurveillance (ascenseurs, distributeurs) Diffusion d informations (publicité, guidage cartographique ) Messagerie électronique Limitations Débit insuffisant pour le contenu multimédia (photo, vidéo, visiophonie, télévision ) Zone de couverture 84

85 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM) 3G 2002 en Norvège, 2004 en France Basée sur la technologie W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access) Technique d'étalement de spectre Nouvelle technique de codage qui permet de réutiliser les mêmes fréquences dans des cellules radio adjacente Plus de bande passante et plus de débit dans chaque cellule Fréquences réutilisation des fréquences 900 et 1800 Mhz du GSM Bande 1900 Mhz Mhz : réservée à l'umts Débits Théorie : de 144 kb/s en zone rurale à 2Mb/s en bâtiment Beaucoup de facteurs qui peuvent diminuer le débit (mobilité, nombre d'abonnés par cellule, etc.) 85

86 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM) Transférer en temps réel des contenus multimédia les images, le son et la vidéo Visiophonie Télévision Vidéosurveillance Forte utilisation d'applications de type Internet explosion du marché des smartphones et des réseaux sociaux Services dépendants de la localisation finder, guide touristique, news Autres Jeux, banque, etc. 86

87 ARCHITECTURE GLOBALE DU RÉSEAU UMTS 87

88 RÉSEAU D ACCÈS UTRAN Le réseau d accès UTRAN est doté de plusieurs fonctionnalités: Transférer les données générées par l usager. Permet la confidentialité et la protection des informations. Permet une estimation de la position géographique Se charge d allouer et de maintenir des ressources radio nécessaires à la communication. 88

89 RÉSEAU CŒUR Le réseau cœur de l UMTS est composé de trois parties : Le domaine CS (Circuit Switched) utilisé pour la téléphonie. Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets. Les éléments communs aux domaines CS et PS. Ces deux domaines permettent aux équipements usagers de pouvoir gérer simultanément une communication paquets et circuits. 89

90 CONTRAINTES L UMTS est une excellente solution du point de vue technique. Les contraintes proviennent essentiellement: Investissement dans la licence? Rentabilité (ARPU suffisant? Culture consommateurs?) Achat de matériel Installation massive sur le territoire national Achat de spectre d'émission Exploitation, nouveaux terminaux 90

91 LTE (LONG TERM EVOLUTION) 4G LTE considéré comme évolution des normes d UMTS 3G Il emploie une forme différente d interface radio, utilisant OFDMA/SC-FDMA au lieu de CDMA Fréquences de 1,25 Mhz à 20 Mhz Motivations Besoin de système optimisant la commutation des paquets Besoin des débits plus élevés (de 50Mb/s à 100Mb/s) Besoin d une très bonne qualité de service Besoin d infrastructures moins coûteuses 91

92 RÉSUMÉ Technologie Avantages Inconvénients 1G Ŕ NMT (Nordic Mobile Telephone) 2G -GSM * 1 er radiotéléphones analogiques sans fils * Meilleure qualité d écoute * Taille réduite * Confidentialité des communications 2.5G ŔGPRS * Débit * Accès WAP (Internet allégé) * Facturation à la donnée * Connexion permanente possible * Support de plusieurs niveaux de qualité de service 2.75G ŔEDGE * Solution alternative moins onéreuse que la 3G * Débit plus élevé que le GPRS 3G ŔUMTS * Accès internet haut-débit depuis équipement mobile ou ordinateur * Visiophonie * Télévision * Taille imposante des équipements * Pas de confidentialité de communications * Réseaux saturés * Débit: envoi de donnés lentes * Pas d accès satisfaisant à internet * Réseau GSM déjà saturé * Aucune application décisive pour le grand public * Obligation de changer de terminal * coût 92 * Changement des équipements usagers

94 CHAPITRE 3 LES RÉSEAUX SATELLITAIRES 94

95 Objectifs du Réseau Satellitaire Il permet, à un prix relativement abordable, une connexion haut débit forfaitaire et permanente là où il n existe pas d équipement dans d autres technologies d accès (ADSL, câble, BLR ) Le satellite est particulièrement bien adapté aux villages éloignés des grandes voies de communication électronique ou bien pour connecter des entreprises isolées. L'association avec une autre technologie de boucle locale permet de mutualiser la liaison satellite et ainsi les coûts. On retombe alors sur le schéma Satellite Wi-Fi dans lequel l'accès à Internet est assuré par une liaison satellite mutualisée (réseau de collecte) et la capillarité est assurée à moindre coût par la technologie Wifi (réseau d'accès). 95

96 RÉSEAUX SATELLITAIRES Première génération tous géostationnaires (ils décrivent une orbite circulaire autour de la terre) Sensiblement immobiles pour un observateur terrien Son orbite se situe à km de la terre Un trajet aller-retour entre terre-satellite d approx 0,27s Le signal reçu par le satellite à une fréquence f1 est retransmis à une fréquence f2 vers l ensemble des stations terrestres diffusion de signal implémenter des schémas de contrôle spécifiques. Un satellite possède l accès multiples 96

97 Principe du Réseau Satellitaire Différentes orbites : GEO, MEO, LEO 97

98 SATELLITES GÉOSTATIONNAIRES Caractéristiques La puissance d émission des terminaux et du satellite doit être forte à moins que l antenne n ait un diamètre important Le satellite doit disposer de batterie de grande capacité pour émettre à forte puissance La couverture des régions polaires pose problème Les capacités de communications sont faibles (réutilisation des fréquences) Plus l angle d inclinaison est grande, plus la trajectoire des ondes est perturbé par les obstacles mobile mobile entre 2 stations de zones différentes 98 nécessite passage par réseau terrestre

99 Satellite GEO (Géostationnaire) Simple à mettre en œuvre Même vitesse angulaire que la terre (semble fixe) Couverture globale : 3 satellites seulement Nombre total limité (angle <2 => interférences entre satellites) Orbite ~ Kms Délai (A/R) : 250 ms (important) Applications : Diffusion, VSAT, liaison point à point Débit : jusqu'à 155 Mb/s Exemples : Astra, Hotbird 99

100 SATELLITES LEO ET MEO Les orbites basses LEO ou moyennes MEO permettent de profiter de la réutilisation des fréquences (cellules de 50 km de diamètre réutilisation de plus de fois la même fréquence) La taille des cellules MEOs est maintenant suffisamment faible pour concurrencer les LEO pour la réutilisation de fréquences entre 20 et 40 GHz (diamètre < 50 km) 100

101 Satellite MEO (Orbite Moyenne) Orbite : Kms Délai (A/R) : 80 ms Applications : voix (mobiles), data bas débit Débit : 300b/s à 38.4 kb/s Exemples : Odyssey, Ellipso 101

102 Satellite LEO (Orbite Basse) Orbite : 640 à 1600 Kms Délai (A/R) : 6 à 21 ms ( négligeable) Couverture globale : environ 40 à 900 satellites Applications : voix (mobiles), data haut & bas débit Débit : 2.4 kb/s à 155 Mb/s Exemples : Iridium, Globalstar, Télédesic

103 Satellite LEO (Orbite Basse) Avantages de LEO: Coût relativement modique de lancement Faible puissance d émission qu ils réclament Inconvénients de LEO: Ne sont pas stationnaires (déplacement) Exécution de handovers régulièrement pour communications terrestres 103

104 TECHNIQUES D ACCÈS Les canaux satellite demandent une technique d accès La différence essentielle avec les interfaces radio des réseaux des mobiles provient du long délai de propagation entre l émetteur et le récepteur Pour réseaux cellulaires et locaux, le délai de propagation est très court gérer les instants de transmission Découverte de chevauchement des signaux au niveau stations terrestres 0,27s après leur émission (perte) 104

105 TECHNIQUES D ACCÈS Les méthodes d accès satellitaires classées en 4 catégories: Méthodes de réservation fixe, FAMA (Fixed- Assignement Multiple Access) Méthodes d accès aléatoires ou RA (Random Access) Méthodes de réservation par paquet ou PR (Packet Reservation) Méthodes de réservation dynamique ou DAMA (Demand Assignment Multiple Access) 105

106 Service à large bande par satellite Distribution de services à voie unique avec voie de retour terrestre Services ADSL par satellite pour particuliers Services large bande pour entreprises Services co-positionnés avec les transmissions TV Services bi-directionnels à large bande par satellite Panoplie complète de services, avec voie retour de kbit/s Marché résidentiel: Gilat 360 PME/SOHO: Gilat Skystar Advantage BBI, basé sur standard DVB-RCS 106

107 Apports En complémentarité avec les réseaux terrestres, ils offrent des services de télécommunications à la fois régionaux et mondiaux. Couverture étendue favorisant les liaisons à longue distance, les liaisons entre sites multiples et la radiodiffusion. L immatérialité des ondes leur permet de s affranchir des obstacles géographiques et offre un accès aisé aux zones déshéritées. Les progrès technologiques, la concurrence croissante entre opérateurs de satellite et opérateur terrestre, ont fait évoluer à la baisse les coûts d accès. Limites Réseau Satellitaire : Succès et Limitations Les coûts sont plus élevés aussi bien pour le forfait mensuel (actuellement entre deux à trois fois le prix d une connexion ADSL à débit équivalent) que pour l équipement de base. Les temps de latence peuvent être gênant pour la téléphonie sur IP ou de la visiophonie et surtout rend impossible certaines applications nécessitant une synchronisation serrée comme le jeu en ligne par exemple. 107

109 CHAPITRE 4 LES RÉSEAUX SANS FIL 109

110 Introduction Une mobilité plus importante des utilisateurs rend les réseaux traditionnels (filaires) inadaptés. Apparition de nombreuses technologies sans fil standardisées. Aucune technologie sans fil n est parfaite : c est toujours un équilibre entre différents facteurs (portée, débit, etc.). Augmentation constante des performances grâce à la recherche et dès demain des performances accrues permettront de nouveaux usages. 110

111 Réseaux sans fil (Wireless Networking) Définition Un réseau sans fil est un réseau de machines qui n'utilisent pas de câbles. C'est une technique qui permet aux particuliers, aux réseaux de télécommunications et aux entreprises de limiter l'utilisation de câbles entre diverses localisations. Applications Nomadisme (accéder à internet via un ordinateur portable, en mobilité) Classification Chaque solution correspond à un usage différent, en fonction de ses caractéristiques (vitesse de transmission, débit maximum, coût de l infrastructure, coût de l équipement connecté, sécurité, souplesse d installation et d usage, consommation électrique et autonomie ). 111

112 Portée des réseaux sans fil La portée est très souvent une indication théorique : Elle peut être réduite en fonction des obstacles. Elle dépend aussi de la bande de fréquence utilisée (exemple : la bande de fréquence des 2,4 GHz utilisée par de nombreux types de réseau est freinée par plusieurs facteurs). Elle est aussi dépendante de la puissance rayonnée qui est une fonction de la portée et du débit : plus on va loin, moins on peut offrir de débit. La puissance autorisée est une limitation politique et non technologie. Elle varie selon les pays. On peut augmenter la portée en concentrant le signal dans une même direction grâce une antenne "unidirectionnelle". Cette méthode est surtout utile pour relier deux points distants et elle est appelée alors "liaison point-à-point". 112

113 Classification des réseaux sans fil Distinction selon leur champ d action : les réseaux personnel : WPAN, Wireless Personal Area Network. les réseaux locaux : WLAN, Wireless Local Area Network. les réseaux métropolitain : WMAN, Wireless Metropolitan Area Network. les réseaux distants : WWAN, Wireless Wide Area Network. Interconnexion entre ces différents types de réseau peut aussi bien se faire au moyen de réseau sans fil que filaires. 113

114 Classification des réseaux sans fil WPAN: wireless personal area network WLAN: wireless local area network WRAN: wireless regional area network WWAN: wireless wide area network 114

115 Classification des réseaux sans fil 115

116 Réseaux sans fil personnel (WPAN) Définition Réseau individuel sans fil (Wireless Personal Area Network) Faible portée (quelques dizaines de mètre) Permet la connexion de périphériques (PDA, imprimante,.), d'ordinateurs Le plus connu de ces réseaux est Bluetooth mais de nouvelles technologies apparaissent comme Zigbee (connexion d équipements à très faible coût). Bluetooth Technologie principale WPAN Lancée par Ericson en 1994 Débit de 1Mbps pour 30m Très peu gourmand en énergie Norme Zigbee Un réseau pour transporter les commandes essentiellement et non les données Adapté pour la communication d objet à objet qui ne nécessite pas un grand débit. Un très faible coût Une autonomie de deux ans avec de simples piles alcalines. Objectif : rendre une simple ampoule communicante. 116

117 Réseaux sans fil locaux (WLAN) Définition Réseau local d'entreprise (Wireless Local Area Network) Couvre l'équivalent d'un réseau local d'entreprise (100 m) Relie entre eux les équipements présents dans la zone de couverture WiFi Wireless Fidelity Soutenu par l'alliance WECA Débit jusqu'à 54 Mbps, Portée de plusieurs centaines de mètre Hiperlan2 High Performance Radio LAN 2.0 Norme européenne Fréquence de 5150MHz à 5300Mhz Débit jusqu'à 54 Mbps, Portée de plusieurs centaines de mètre 117

118 Réseaux sans fil métropolitain (WMAN) Définition Réseau métropolitain (Wireless Metropolitan Area Network) Plus connu sous le nom de Boucle Local Radio (BLR) Permet à un particulier ou une entreprise d'être relié à son opérateur (téléphonie fixe, Internet, télévision...) via les ondes radio. Basé sur la norme Technologies Local Multipoint Distribution Service (LMDS) Multichannel Multipoint Distribution Service (MMDS) Worldwide Interoperability for Microwave Access,(WiMAX) 118

119 Réseaux sans fil étendu (WWAN) Définition Réseau étendu sans fil (Wireless Wide Area Network) Plus connu sous le nom de «réseaux cellulaire mobile» Utilisé par les téléphones mobiles Technologies GSM : Global System for Mobile communication GPRS : General Packet Radio Service UMTS : Universal Mobile Telecommunication System 119

120 Classification des réseaux sans fil 120

121 Réseaux sans fil ou WiFi Définition Un réseau d'ordinateurs et de matériels sans fil qui offre les fonctionnalités des réseaux locaux LAN traditionnels (Ethernet), mais en utilisant une technologie sans fil. Dans la pratique Un WLAN permet de relier des ordinateurs portables, des machines de bureau, des assistants personnels (PDA) ou même des périphériques à une liaison haut débit (de 11 Mbit/s en b à 54 Mbit/s en a/g) sur un rayon de plusieurs dizaines de mètres en intérieur (généralement entre une vingtaine et une cinquantaine de mètres) et de centaines de mètres en extérieur (500m) Présentation Les réseaux WiFi sont parfois associer à des antennes directionnelles pour établir des liaisons point-à-point. 121

122 Réseaux sans fil ou WiFi Plusieurs type de réseaux WiFi : IEEE : peut être cité à titre historique comme le premier standard de la série (débit théorique de 2 Mb/s) ; IEEE b : débit théorique 11 Mb/s - portée de 100 m à maximum quelques centaines de mètres - bande des 2,4 GHz. Ce standard a permis l essor des réseaux sans fil ces dernières années ; IEEE a : débit théorique 54 Mb/s (mais décroît avec la distance plus vite que b) - portée d une trentaine de mètres - sur la bande des 5 GHz ; IEEE g : débit théorique 54 Mb/s - portée d une centaine de mètres - bande des 2,4 GHz ; IEEE n : débit théorique 540 Mb/s - une trentaine de mètres - utilise les deux bandes 2,4 et 5 GHz. Le n intègre en base la qualité de service (le standard IEEE e). 122

123 Réseaux sans fil ou WiFi Les extensions de WiFi : IEEE e : extension pour un réseau avec signalisation et Qualité de Service. IEEE f : extension pour le handover (passage d une cellule à l autre sans coupure). IEEE i : extension sécurité. Des débits très théoriques : CSMA-CA : un mode d écoute du réseau qui permet à plusieurs appareils de parler ensemble et permet d avoir un débit qui est la moitié du débit théorique. L éloignement des appareils par rapport au point d accès diminue aussi le débit. Le point d accès doit aligner le débit de l ensemble des appareils à celui qui est plus éloigné. Pour n, il est possible d interdire les communications avec des débits inférieurs à une valeur donnée. 123

124 Les normes WiFi 124

125 Débits et distance Technologie dépendant de l'environnement Type de construction (cloisons, murs, matériaux) Implantation des antennes Interférences (bluetooth, micro-ondes, autres réseau wifi) Comparaison des débits en fonction de la distance 125

126 Réseaux WiMAX Réseaux WiMAX (Std IEEE ) WiMAX = Worldwide interoperability for Microwave Access Réseau métropolitain (ou d agglomération) 50 km à 70 Mb/s (en théorie) km à Mb/s (en pratique) Le WiMAX est particulièrement bien adapté pour interconnecter entre eux à l échelle d une ville des HotSpots plus locaux (par exemple en WiFi). 126

127 Réseaux WiMAX Exemple d antennes 127

129 CHAPITRE 5 ARCHITECTURE DES RÉSEAUX WIFI 129

130 Composants Points d'accès Routeurs WiFi et ponts Ethernet/ Prise en charge de la norme avec un aspect sécuritaire (authentification et cryptage) Logiciel de configuration (ex : serveur web intégré) Serveur DHCP Interface client WNIC (Wireless Controller) à insérer dans un slot PCI de la carte mère Adaptateurs Wifi USB Plus facile à installer Plus petite antenne que les WNIC donc moins fiable 130

131 Topologies Le mode infrastructure, avec BSS et ESS. En mode infrastructure BSS, le réseau est composé d un point d accès qui permet aux différentes stations qui se trouvent dans sa cellule d échanger des informations. En mode infrastructure ESS, le réseau comporte plusieurs points d accès reliés entre eux par un DS Le mode ad-hoc En mode ad-hoc, le réseau ne comporte pas de points d accès, ce sont les stations (avec cartes Wi-Fi) qui entrent elles mêmes en communication. 131

132 Architecture WiFi Infrastructure Client WiFi Possède un matériel avec une interface sans fil Point d'accès WiFi (AP) Gère les liaisons sans fil suivant la norme WiFi Le plus souvent connecté à Internet via un réseau filaire BSS (Basic Service Set) L ensemble des stations radio à portée d un point d accès. Chaque BSS a un identifiant (BSSID), qui est l'adresse MAC du point d'accès. 132

133 Architecture WiFi Infrastructure ESS (Extended Service Set) Interconnecte plusieurs BSS Identifié par un nom ESSID de 32 carac.max, appelé simplement SSID (ex livebox- 12d3, eduroam, wifiguest,...) Il est configuré manuellement sur les stations clients ou automatiquement par détection grâce à sa diffusion via le point d accès. Itinérance (roaming) Un utilisateur nomade passe de façon transparente d'un BSS à l'autre. 133

134 Connexion en mode Infrastructure Authentification La station désirant entrer sur le réseau Wi-Fi doit s'authentifier sur l'ap. Si le réseau est ouvert, cette phase est obligatoirement un succès. Les mécanismes actuels demandent un mot de passe, voire différents challenges pour s'authentifier sur un AP. (cf WEP, le WPA et le WPA2) Association Une fois authentifiée, une station est associée et peut commencer à émettre des trames sur le réseau. Toutes les trames contiennent le SSID de l'ess : deux réseaux différents peuvent partager la même fréquence, s'ils n'ont pas le même SSID L'AP relaiera ces informations aux destinataires concernés 134

135 Architecture WiFi Ad Hoc Représente un groupe de PC (jusqu'a 5) avec chacun un adaptateur sans-fil connecté entre eux via le signal radio et sur le même canal, sans point d accès. Dans ce mode, le réseau fonctionne de façon complètement distribué. La norme désigne l ensemble des stations à portée radio mutuelle par l'appellation IBSS (Independent Basic Service Set). 135

136 Architecture WiFi Ad Hoc Pas de AP (station de base) Les stations mobiles communiquent entres elles Les paquets de la station A vers la station B peuvent avoir besoin de transiter par les hôtes X, Y, Z Applications: Conférences, train, bus Domicile : interconnexion d équipement personnel (ordinateurs, imprimante, )... IETF MANET (Mobile Ad hoc Networks) groupe de travail 136

137 IEEE : Architecture ESS et handover Définition Le roaming, ou handover, ou encore appelé l'itinérance en wifi représente l'action qui consiste pour une station à changer de point d'accès (AP) sans perdre sa connectivité réseau. Mécanisme de niveau 2 (et 3) : cf modèle OSI Protocole f en 2003 Applications Beaucoup d'apps peuvent supporter de perdre/récupérer la connexion Internet mais certaines doivent la conserver Exemples : VoIP, streaming, Classification Roaming intra-ess (Internal Roaming) : le mobile passe d'un AP à un autre AP au sein du même réseau sans fil Roaming inter-ess (External Roaming) : le mobile se déplace dans le Wlan d'un autre fournisseur de service internet sans fil ou Wireless Internet Service Provider (WISP) 137

138 IEEE : Architecture ESS et handover 138

139 IEEE : Architecture ESS et handover Association désassociation Une station qui souhaite utiliser le réseau doit s associer avec le point d accès. Grâce à cette association, la station fait partie du BSS du point d accès. Elle peut alors, utiliser les services du point d accès. L attachement entre la station et le point d accès est rompu grâce à la désassociation. Distribution C est ce service qui aiguille les trames. Il permet à une station d envoyer des trames à travers le système de distribution (DS) d un BSS ou d un ESS. Intégration Le service d intégration permet aux différents points d accès de communiquer par un canal différent de , le plus souvent il s agit d un réseau local. 139

142 IEEE : Architecture ESS et handover Performances Le roaming, bien que fonctionnel, est très lent, trop pour la Voix sur IP (VoIP) Lenteur due principalement à la lenteur du mécanisme d'authentification Les normes additionnelles qui devaient améliorer le roaming n ont pas été complètement finalisées. Désintérêt de la part des acteurs du marché, tant dans le logiciel libre que dans le logiciel propriétaire. Echec de la norme f qui a été retirée en 2006 par l'ieee Evolution du roaming WiFi Evolution de la norme i (authentification par WAP2) Solutions propriétaires : obligation de choisir un constructeur pour roamer Afin de palier au problème du roaming avec la VoIP, l IEEE se penche sur l utilisation du réseau GSM associé au Wifi 142

143 Réseaux sans fil multi-sauts Réseaux cellulaires Partie fixe/filaire importante Stations de base Réseaux sans fil multi-sauts / réseaux ad hoc Absence d infrastructure fixe Tout peut être mobile Exemples Réseau mobile ad hoc 143

144 Réseaux sans fil multi-sauts Réseau mobile ad hoc Réseau d entités sans fil Réseau de mobiles Aucune infrastructure fixe Conséquence 1 Pas d'infrastructure fixe Ondes radio Portée de communication limitée Communications sans fil multi-sauts Conséquence 2 Mobilité des stations Instabilité des ondes radio Topologie hautement dynamique Conséquence 3 Pas d infrastructure fixe Réseau dynamique Réseau auto-organisé 144

145 Réseaux sans fil multi-sauts Réseau mobile ad hoc Avantages des réseaux ad hoc Pas de câblage Facilement déployable Permet la mobilité Extensible Coût Inconvénients des réseaux ad hoc Topologie non prédictible Pas d entité sur laquelle reposer Capacités limitées (puissance calcul, mémoire, énergie) Médium radio peu fiable Taux d erreur important, interférences Sécurité 145

146 Réseaux sans fil multi-sauts Réseau mobile ad hoc Applications Applications militaires Réseaux mobiles sans infrastructure Coordination des efforts Guidage, recherche Opérations de secours Plus d infrastructure mais besoin de secours Coordination des recherches, efforts Envoi d infos des malades aux hôpitaux 146

147 Réseaux sans fil multi-sauts 147

148 Réseaux sans fil multi-sauts Réseau de capteurs (WSN Wireless Sensor Network) Applications bien définies Surveillance de zones (détecteur chimique ou de fumée, ) Acquisition de données (pression de l air) Réseaux ad hoc spécifiques Grands réseaux Denses Déploiement aléatoire Communications spécifiques Énergie très limitée 148

149 Réseaux sans fil multi-sauts Différences entre MANET (réseau ad hoc) et WSN (réseau de capteurs) 149

150 Réseaux sans fil multi-sauts Quelles problématiques? Permettre à un mobile d'envoyer un message sur le médium radio Couche physique Couche MAC Comment faire communiquer les mobiles s ils sont éloignés? Routage Quels protocoles de routage? Comment minimiser l énergie utilisée? Comment réaliser les communications multipoints? Peut-on envisager une certaine qualité de service? Sécurité? 150

151 Réseaux sans fil multi-sauts 151

152 Réseaux sans fil multi-sauts Routage Indispensable dès que deux mobiles non à portée de communications veulent communiquer NB : mode ad hoc de Autour de 40 protocoles de routage «à plat» proposés! Objectif du groupe MANET à l IETF Spécificités du routage ad hoc Environnement radio Mobilité des stations Perte des liens plus importante 152

153 Réseaux sans fil multi-sauts Routage Les différents buts Surcoût de contrôle minimal Minimiser l utilisation de la bande passante et des batteries La réception de données est aussi coûteuse! Surcoût de traitement minimal Les batteries toujours Maintenance dynamique de la topologie Une route est plus facilement invalide en sans fil Pas de boucles Beaucoup trop coûteux en ressources 153

154 Réseaux sans fil multi-sauts Routage Classification Réactifs Construction de la route à la demande Proactifs Routes maintenues périodiquement Hybrides Proactif en local + réactif en extérieur Ou l'inverse... Hiérarchiques Basé sur une structure spécifique Entités avec des rôles particuliers Géographiques Utilisation d informations sur la position des mobiles 154

155 Réseaux sans fil multi-sauts Routage Classification Protocoles Réactifs Construction de la route à la demande Basé sur l'inondation d'un paquet de contrôle pour construire une route Inondation pour une topologie qui change fréquemment. Pas de table de routage maintenue Exemples DSR (Dynamic Source Routing Protocol) AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector Protocol) 155

156 Réseaux sans fil multi-sauts Routage Classification Protocoles proactifs Routes sont maintenues en permanence Construction périodique de la table de routage Un mobile a, à tout instant, une route dans sa table de routage vers tout mobile dans le réseau Exemple OLSR (Optimized Link State Protocol) 156

158 CHAPITRE 6 QOS DANS LES RÉSEAUX SANS FIL 158

159 QoS dans les réseaux mobiles ad hoc Le RFC 2386 caractérise la QoS comme un ensemble de besoins à assurer par le réseau pour le transport d un trafic d une source à une destination. Ces besoins peuvent être traduits en un ensemble d attributs pré-spécifiés et mesurables en terme de : Délai de bout en bout, Variance de délai (gigue), Bande passante, Pertes de paquets. Suivant le type de l application, les besoins de QoS sont différents : Pour les applications temps-réel, comme la voix et la vidéo, le délai de bout en bout d un paquet doit être limité. Les applications non temps-réel, comme le transfert de fichier ou la messagerie, se focalisent sur la fiabilité des communications. 159

160 QoS dans les réseaux mobiles ad hoc Cependant, il est très difficile de garantir une QoS à une application temps-réel dans un réseau ad-hoc. Il faut prendre en considération les spécificités de ces réseaux, à savoir : la bande passante limitée, le changement dynamique de la topologie en fonction du temps, la durée de vie limitée des unités mobiles constituant ce réseau, ainsi que le manque d information complète sur l état du réseau. Les travaux de QoS dans les réseaux ad-hoc peuvent être classifiées en 3 catégories: Les modèles de QoS regroupent les définitions d architectures. Les protocoles de routage avec le support de la QdS. Les mécanismes de réservation des ressources. 160

161 QoS dans les réseaux mobiles ad hoc Modèles de QoS Ils doivent prendre en compte les caractéristiques de ce réseau. Ils définissent quels types de services sont disponibles et de quelle manière. IntServ (Integrated Services) Il permet d'assurer une QoS au niveau des flux de données (voix, E- commerce, applications, web) afin de répondre à des contraintes de délais. Problèmes de surcharge (il requiert un important volume de traitements), Consommation d une grande quantité de bande passante pour la signalisation. DiffServ (Differentiated Service) Il assure une QoS à l'aide de files d'attente associées à chaque catégorie de service (temps réel). Basé sur une topologie statique (le cœur du réseau est supposé bien dimensionné, un administrateur de domaine est nécessaire). Consommation de bande passante. Ces modèles de base ne sont pas adaptés aux contraintes des réseaux ad-hoc telles que la mobilité et la capacité limitée. 161

162 QoS dans les réseaux mobiles ad hoc Modèles de QoS spécifiques aux réseaux ad-hoc FQMM (Flexible QoS Model for MANETs) Premier modèle de QoS proposé en Hybride combinant les propriétés des modèles IntServ et DiffServ. Adapté aux MANET de petite ou moyenne taille (environ 50 nœuds), avec architecture réseau plate. Approvisionnement hybride : par flux, du modèle IntServ, pour les trafics prioritaires et par classe, du modèle DiffServ, pour les autres trafics (les nœuds d entrée permettent de marquer et classifier les paquets). Conçu pour connecter les réseaux ad-hoc aux réseaux filaires reliés à Internet. SWAN (Service differentiation in stateless Wireless Ad-hoc Networks) Modèle de réseau sans état basé sur des algorithmes de contrôle distribués (différenciation de service). Priorité aux trafics temps-réel en contrôlant la quantité de trafics best effort acceptée par nœud. Contrôle d'admission du trafic temps-réel : Un paquet est accepté si la bande passante de la route à emprunter est suffisante pour éviter la congestion du réseau (obtenu par protocole de routage). Aucune garantie du maintien de la communication entre deux entités pour un trafic en cours (relatif aux variations de la bande passante). Le protocole de routage utilisé est de type Best Effort, insuffisant aux applications temps -réel. imaq (Integrated Mobile Ad-hoc QoS framewor) 162

163 Modèles de QoS spécifiques aux réseaux ad-hoc QoS dans les réseaux mobiles ad hoc FQMM (Flexible QoS Model for MANETs) SWAN (Service differentiation in stateless Wireless Ad-hoc Networks) imaq (Integrated Mobile Ad-hoc QoS framework) Une solution en matière de QoS pour le transfert de données multimédias dans un MANET. Il inclut une couche ad-hoc de routage et une couche de service logiciel (Middleware). Le protocole de routage est basé sur la prédiction de la position des nœuds (predictive location-based). La couche Middleware communique avec les couches application et réseau et prévoit le partitionnement du réseau. Il réplique les données entre les différents groupes du réseau avant le partitionnement afin qu elles soient accessibles. Elles supposent que les nœuds mobiles sont homogènes en termes de capacité de traitement ou de transmission contrairement à ce qu on constate dans la réalité. Les protocoles de routage existants considèrent les nœuds mobiles comme routeurs. Un utilisateur mobile peut décider de ne pas collaborer dans cette tâche et refuse, pour des raisons de batterie ou par simple égoïsme. Pour être efficace, les modèles de QoS doivent prendre en compte un protocole de routage 163 à QoS. Le routage à QoS dans les réseaux ad-hoc constitue un élément essentiel de la mise en place d'une architecture QoS pour les MANETs.

164 QoS dans les réseaux mobiles ad hoc Protocoles de routage avec QoS But : Trouver la meilleure route selon les critères précis de la QoS souhaitée (délai, taux de perte, quantité de bande passante,...). Délai : le délai de transmission d une trame lors d un saut dans le réseau, décomposé en : délai dû à l application (encodage audio et vidéo, par exemple), délai dans la file d attente et délai d accès au médium (difficile à calculer, dépendant de la topologie et des flux environnants). Taux de pertes : deux facteurs principaux La présence de bruit ou d interférence sur le canal. L occurrence successive de collisions. Problématique des réseaux ad-hoc : Maintenir les états de liens dans un environnement mobile. 164

165 QoS dans les réseaux mobiles ad hoc Protocoles de routage avec QoS Protocoles de routage à économie d énergie But Un protocole de routage efficace en énergie doit garantir la réduction de la consommation d énergie des nœuds pendant la communication active et inactive. Pour bien répartir la consommation d énergie entre les nœuds. Afin de minimiser la puissance de transmission globale pour chaque connexion. Pour maximiser la durée de vie de tous les nœuds. Approches Réduire au minimum l énergie de communication active Contrôle de puissance de transmission : éviter les nœuds ayant un niveau d énergie bas. Distribution de charge : distribuer la charge aux nœuds riches en énergie. Réduire au minimum l énergie d inactivité 165 Mode de sommeil : réduction de la consommation d énergie pendant les périodes d inactivité du nœud mobile.

166 QoS dans les réseaux mobiles ad hoc Protocoles de routage avec QdS Protocoles de routage et équilibrage de charges But L équilibrage de charge, load balancing, consiste à distribuer le trafic à un ensemble de nœuds constituant le réseau, afin de lisser la charge du réseau. Utiliser simultanément toutes les ressources disponibles. Utiliser deux chemins ou plus disjoints entre une source et une destination. Approches Répartition de charge pour le routage à chemin unique Workload-Based Adaptative Load Balancing, WL : Chaque nœud définit des seuils pour sa file d attente et pour sa charge. Lors de la réception de RREQ, en fonction des seuils, le nœud accepte ou non de participer à l acheminement du trafic. Répartition de charge pour le routage à chemins multiples Multipath Adaptative Load Balancing, MALB, a pour objectif de distribuer efficacement le trafic sur les différentes routes calculées par le protocole de routage multi-chemins (routes à liens disjoints ou à nœuds disjoints ). 166

168 CHAPITRE 7 SÉCURITÉ DES RÉSEAUX SANS FIL 168

169 Sécurité Les ondes se propagent dans toutes les directions avec une portée assez grande. D une pièce à l autre mais également d un étage à l autre. Le problème de sécurité du sans fil : le support de transmission est l'air Des "prises" du réseau sont à disposition pour toute personne à l intérieur voire à l extérieur du site (zone couverte par le réseau sans fil). 4 types d'attaques : Interception de données, écoute clandestine Intrusion réseau (intrusion, usurpation) Le brouillage radio Les dénis de services 169

170 Les attaques Brouillage radio Création de système radio générant du bruit dans la bande des 2,4GHz (utilisation de système utilisant la même bande de fréquence: téléphone ) Refus de Service (Deny of service) Génération de trafic à travers le point d accès vers un serveur. Installation d un point d accès «malicieux» pour détourner le trafic. Ecoute clandestine Un jeu : le War Driving = Quadrillage d'une ville avec un ordinateur portable ou un PDA, une carte et une antenne externe ou un récepteur GPS pour la localisation. 170

171 Sécurité Un simple logiciel permet de détecter les réseaux wifi de l entourage Le War-driving localise et cartographie les réseaux sans fil et le publie sur internet Le war-chalking indique à la craie, à même la rue, le mur ou le trottoir, l emplacement d un réseau wifi avec différents symboles. Le «war-driving» (détection et piratage automatisés de réseaux sans fil vulnérables à bord d une voiture) devient une véritable mode dans les centres urbains. Aux Etat-Unis, certains sont même passés au «war-flying» (même principe à bord d un hélicoptère) 171

172 Les attaques Intrusion sur le réseau : Point d accès «malicieux» Il suffit de connaître le SSID du réseau et le client s associe au point d accès «malicieux» Intrusion sur le réseau : Point d accès sauvage 172

173 La sécurité de base avec Réglage de la puissance d émission des bornes (Étude du rayonnement des cellules) Désactivation des services d administration disponibles SSID : changement de SSID par défaut désactivation du Broadcast du SSID Filtrage d adresse MAC : utilisation des ACL (Access LISTS) des clients RLAN au niveau des bornes d'accès Utiliser la Clé WEP (64 bits / 128 bits) et modifier la clé par défaut Protections de base très peu utilisées!!! 173

174 L authentification par le SSID Le SSID (Service Set Identifier): Le client et le point d accès doivent avoir le même SSID pour s associer. Émis régulièrement par les points d accès lors des trames de balisage (beacon frame). N offre aucune sécurité même si certains points d'accès permettent la non émission de ces trames. Le SSID est émis lors de trame d association. Si vous ne faites que définir un SSID : On peut se connecter sur votre réseau sans vraiment le chercher, par hasard. Windows XP détecte les réseaux présents et peut se connecter automatiquement et si vous avez mis un DHCP en œuvre, on récupère IP légale. 174

175 Centralisation autorisées sur un serveur radius 175

176 Utiliser la sécurité de base des bornes Désactiver les fonctions non utilisées DHCP, Interface Web, SNMP, TFTP, Diffusion du SSID, Mettre des mots de passe de qualité et du pour tous les services utilisés (WEB, TELNET, SNMP, ) Installer le Mettre à jour le firmware des bornes et des cartes Régler la puissance des bornes au plus juste pour éviter les "débordements" 176

177 Wired Equivalent Privacy Objectif : Offrir une solution de cryptage des données. Principe : Chiffre le corps de la trame MAC et le CRC avec RC4 (algorithme de cryptage) en utilisant des clefs de 64 ou 128 bits. Le chiffrement n est utilisé qu entre les éléments Il ne s applique plus sur le réseau filaire. 177

178 WEP Ŕ Les points faibles Clés statiques partagées (40 bits "64", 104 bits "128") Rarement changées Vol de machine => vol de clef Les autres qui partagent la clef peuvent lire vos trames Possède une durée de vie longue Diffusion d une nouvelle clé difficile si le parc de mobile est important. Possibilité de choisir la clé dans l espace des caractères imprimables. Avec une clé de 40 bits et un jeu de 70 caractères : millions de combinaisons différentes. Attaque par force brute possible. 178

179 WEP Ŕ Principe 179

180 Sécurité - Conclusion L ensemble des fonctionnalités de base offertes par le n offre aucune sécurité digne de ce nom. SSID : c est un nom de réseau. Filtrage : on capture WEP : on utilise un logiciel pour casser la clé Airsnort et Wepcrack Ce protocole a été cassé en 2001 via sa clé de session Même sans connaissance approfondie de RC4 et du WEP, on peut casser votre cryptage WEP. Avec 500 Mo de données il suffit de quelques secondes de calcul pour déchiffrer la clef. Amélioration des fonctionnalités du Le 802.1x Ŕ EAP Le i - WPAWireless Protected Access - WPA2 180

181 La sécurité dans les réseaux ad hoc Les nouvelles causes L infrastructure des réseaux ad hoc : pas d infrastructure, chaque nœud est routeur! Topologie dynamique les nœuds bougent et peuvent plus facilement dupliquer leur identité ou leur adresse Communications non filaires : Peu de moyens de défense contre le bruit ou les interférences La relation liant des voisins est souvent par défaut de confiance Suppose que tous les nœuds soient honnêtes Beaucoup de nouveaux risques! 181

182 La sécurité dans les réseaux ad hoc Les nouvelles causes L infrastructure des réseaux ad hoc : pas d infrastructure, chaque nœud est routeur! Topologie dynamique les nœuds bougent et peuvent plus facilement dupliquer leur identité ou leur adresse Communications non filaires : Peu de moyens de défense contre le bruit ou les interférences La relation liant des voisins est souvent par défaut de confiance Suppose que tous les nœuds soient honnêtes Beaucoup de nouveaux risques! 182

183 La sécurité dans les réseaux ad hoc Les nouvelles attaques! Attaques passives : Écoute passive : analyse de trafic, récupération de l information Menace contre la confidentialité et l anonymat Attaques actives : cas dédiés Usurpation : Impersonification dans ce type d attaques, l attaquant essaie de prendre l identité d un autre nœud afin de pouvoir recevoir ses messages ou d avoir des privilèges qui ne lui sont pas accordés. Modification des données : destruction du message, retardement de la transmission, Déni de service : tentative de débordement des tables de routages des nœuds servant de relais, tentative de gaspillage de l énergie de nœuds (sleep deprivation torture attack),

184 La sécurité dans les réseaux ad hoc Attaques actives : plusieurs attaques possibles Impersonification : modification de l identité de l émetteur ou du récepteur Altération des données (modification du contenu) Destruction du message Retardement de la transmission Répudiation du message = l émetteur nie avoir envoyé le message Cryptographie : permet de lutter contre toutes ces attaques Garantie la confidentialité, l intégrité, l authenticité (authentification et identification) et la signature Menaces : spécificité des réseaux ad hoc Problème essentiel : Déni de Service Ecoute : situation où l attaquant se contentera d écouter le trafic sans le modifier Détournement de trafic (le plus fort) L'attaquant force une communication entre deux nœuds à transiter par lui. Il peut ensuite en faire ce qu'il veut (la bloquer, l'altérer et la faire suivre,...) Le routage est distribué sur tous les nœuds donc le détournement de trafic est simple 184

185 La sécurité dans les réseaux ad hoc Comparaison filaire/sans fil (1/3) Déni de Service : environnement radio Brouillage du canal radio pour empêcher toute communication. Tentative de débordement des tables de routages des nœuds servant de relais. Non-coopération d'un nœud au bon fonctionnement du réseau dans le but de préserver son énergie par exemple. Tentative de gaspillage de l énergie de nœuds ayant une autonomie de batterie faible. L'attaque consiste à faire en sorte que le nœud soit obligé de rester en état d'activité et ainsi de lui faire consommer toute son énergie (sleep deprivation torture attack). 185

186 La sécurité dans les réseaux ad hoc Comparaison filaire/sans fil (2/3) Ecoute Filaire : Ecoute simple en environnement Hub (plus complexe avec des switchs) Nécessité d'accès physique au réseau Ad hoc : Réseau sans fil donc écoute simple Mais écoute limitée au réseau environnant Conclusion Situation similaire entre filaire et ad hoc menace sur la confidentialité et l anonymat 186

187 La sécurité dans les réseaux ad hoc Comparaison filaire/sans fil (3/3) Détournement de trafic Filaire : Nécessité d'une position de routeur Attaque difficile à mettre en œuvre (possible cependant dans certains cas) Ad hoc : Le nœud est déjà en position de routeur Il ne reste plus qu'à s'assurer que les échanges à intercepter passe bien par nous Conclusion : La principale difficulté du filaire (être routeur) disparaît en ad-hoc 187

188 La sécurité dans les réseaux ad hoc Comment être routeur dans un réseau ad hoc? Sans tricher : On se trouve sur le bon chemin de routage, on est dé jà routeur Position géographique : on se déplace pour être sur le bon chemin de routage En trichant : Attaque du Siphon : attirer un maximum de trafic Mentir sur le nombre et l'identité de ses voisins création d'une sorte de trou noir au milieu du réseau Attaque du trou de ver : L'attaquant construit un tunnel entre lui et son complice fait croire aux victimes que le meilleur chemin passe par là L'usurpation de l'identité d'un nœud en leurrant les mécanismes de contrôle d'accès attaques actives 188

189 La sécurité dans les réseaux ad hoc Solution à ces menaces : la cryptographie! La Cryptographie garantie : la confidentialité : assurer que les données ne sont dévoilées qu aux personnes autorisées l intégrité : assurer que les données ne sont pas altérées l authenticité : Authentification : prouver l origine d une donnée Identification : prouver qu une personne est qui elle prétend être La signature : rend impossible le fait de renier un document. 189

190 La sécurité dans les réseaux ad hoc Donc Réseaux ad hoc : plusieurs problèmes Sécurité des données Identification, authentification Sécurité du routage Deux approches : Modèles de gestion de clés, de gestion des identités et de sécurité Sécurisation des protocoles de routage Besoin de cryptographie dédiée Car les modèles centralisés ne fonctionnent plus 190

192 AXES DE RECHERCHE 192

193 Certains domaines de recherche Gestion des applications mobiles Gestion de la mobilité Gestion de l énergie Gestion de la réplication La QoS dans les réseaux mobiles Le réseau pervasif 193

194 Gestion des applications mobiles Différents types d'applications Application centralisée : constituée de fonctions hautement dépendantes et développées selon un standard strict. + certitude du résultat - manque de flexibilité, peu robuste (une panne `plante' tout le système), complexité (les systèmes intégrés tendent vers une structure large et complexe difficile à gérer) L'accès à ce type d'application est de type Client-Serveur (1-1) Application constituée de systèmes interopérables : plusieurs systèmes qui s'échangent des informations et agissent sur l'information échangée + flexibilité, robustesse (un système défaillant ne bloque pas toute l'application) interopérabilité syntaxique : les messages échangés entre systèmes reposent sur une syntaxe commune ou du moins compatible interopérabilité sémantique : les messages échangés entre systèmes sont automatiquement traduits et interprétés afin de produire des résultats L'accès à ce type d'application est de type Client-Serveurs (1-N), voire de type exécution à distance (Remote execution) 194

195 Gestion des applications mobiles Différents types d'applications Exemple de systèmes intégré vs interopérable: Centrale de réservation de séjour (voyage + hôtel + excursion) Application intégrée : une seule application gère l'ensemble de demandes à partir d'une bdd centralisée ou de bdds différentes. Inc : Peu flexible sur évolution des offres. Peu robuste. Application composée de systèmes interopérables : la demande est décomposée pour être traitée par des systèmes différents de réservation de voyage, de séjour, d'excursion. Avantage : flexibilité (possibilité d'ajouts de partenaires), robustesse (un système de réservation `planté' ne gène pas les autres). 195

196 Gestion des applications mobiles Différents types d'applications Application constituée de systèmes mobiles : Application constituée de systèmes hétérogènes dont certaines parties peuvent migrer entre les systèmes. + pas de duplication des logiciels de traitements : ils se déplacent là où ils sont utiles limite l'utilisation de ressources + modularité des fonctions Exemple de systèmes mobiles: en reprenant l'exemple précédent, on peut définir une application mobile se déplaçant de systèmes en systèmes en effectuant des choix en accord avec la demande de l'utilisateur et en vérifiant que les couplages des offres correspondent au désir de l'utilisateur. 196

197 Gestion des applications mobiles Les smartphones et les terminaux mobiles sont de plus en plus répondus dans les entreprises et chez les particuliers. De très nombreuses applications ont vu le jour sur le marché des distributeurs. Utilisation Les appareils possédant le système d'exploitation existent dans des téléviseurs, des radioréveils ou des autoradios et même des voitures Principaux concurrents Android de Google IOS d Apple Windows phone de Microsoft Blackberry OS de Blackberry Diffusion Amazon Appstore App Store BlackBerry App World Google Play (anciennement Android Market) Windows Phone Store 197

198 Gestion des applications mobiles Android Android est un système d'exploitation open source utilisant le noyau Linux, pour smartphones, tablettes tactiles, PDA et terminaux mobiles. Il est conçu par Android racheté par Google et annoncé officiellement le 5 novembre Utilisation : Smartphone : HTC, Samsung galaxy, Motorola 198

199 Gestion des applications mobiles IOS ios, anciennement iphone OS, est le système d'exploitation mobile développé par Apple. Il est dérivé de Mac OS X. ios, à l'achat, comporte une vingtaine d'applications natives disponibles par défaut, développées par Apple. De plus, l'une de ces applications par défaut donne accès, via une connexion Internet, à la plate-forme de téléchargement App Store, qui permet d'ajouter à l'appareil des applications supplémentaires développées par des tiers et validées par Apple. Utilisation : iphone, ipod touch et ipad. 199

200 La gestion de la mobilité La problématique de la mobilité se situe à différents niveaux : Mobilité dans les réseaux d'accès : partage des ressources, protocoles d'accès multiple, fiabilisation du lien radio, contrôle d admission, réseaux locaux sans fil, protocoles de handover entre cellules Mobilité dans l'infrastructure fixe et sans fil : Mobile IP, micromobilité, communications multipoints dans les réseaux mobiles, intégration de la qualité de service avec la mobilité, protocoles de routage ad hoc, gestion par politiques, passerelles d adaptation fixemobile Mobilité de services : découverte de services, services de localisation, mobilité au niveau transport et session, mobilité des personnes Aspects transverses : sécurité, adressage, mobilité généralisée, programmabilité et réseaux actifs, administration 200

201 La gestion de l énergie Gestion de l énergie dans le noeud mobile Techniques Matérielles Technologies des composants électroniques (remplacer le disque dur par une mémoire flash). Processeur pouvant changer dynamiquement leur fréquence de fonctionnement. Techniques Logicielles Modification du code à exécuter afin de diminuer la consommation. Réduction d alimentation du processeur (effectuer des changements de couple <tension, fréquence>). Techniques Hybrides Mise en veille des composants non utilisés. Processeurs permettant d adapter dynamiquement leur fréquence de fonctionnement à la quantité de travail à traiter. 201

202 La gestion de l énergie Gestion de l énergie dans le réseau mobile Techniques Logicielles Equilibrage d énergie (Energy balancing) : Un protocole de routage efficace en énergie doit garantir la réduction de la consommation d énergie du nœud mobile pendant la communication active et inactive. Equilibrage de charge (Load balancing) : Un nœud mobile peut déporter certains de ses traitements sur un nœud distant, suivant certains critères. Réplication : Réplication des données dans divers nœuds mobiles afin d éviter la saturation de certains nœuds qui fournissent des données fréquemment sollicitées. Techniques Hybrides Mise en veille du nœud mobile: En fonction de la nature du traitement à exécuter et du niveau d énergie du nœud mobile, le traitement sera fait localement ou non. 202

203 La gestion de l énergie Des requêtes en provenance des utilisateurs peuvent arriver à des fréquences variables ce qui peut mettre en péril l autonomie du nœud mobile (d extrémité ou intermédiaire) 203

204 La réplication des données La disponibilité d une donnée est la capacité pour un terminal d accéder à cette donnée en un temps borné. La réplication de données vise à augmenter la disponibilité en créant plusieurs copies (répliques), placées sur différents sites. La création de répliques a un impact sur le trafic réseau : créer une réplique permet de ne pas avoir à transmettre la donnée à chaque lecture. cependant, si cette donnée est modifiable, la création d une réplique engendre un trafic nécessaire pour maintenir la cohérence entre les différentes copies de la donnée. 204

205 La réplication des données L espace de stockage des sites peut être limité. Il est donc nécessaire de répliquer en priorité les données utiles sur le site. Quand on cherche à répliquer une donnée, mais que le cache est plein, un algorithme de remplacement détermine quelle réplique éliminer si cela nécessaire. LRU (least recently used) : on élimine la donnée qui n a pas été utilisée depuis le plus longtemps. LFU (least frequently used) : on élimine la donnée la moins fréquemment utilisée. 205

206 La réplication des données Les répliques de données sont de deux natures : les terminaux créent tout d abord à la demande des répliques de travail pour leur propre besoin. S il y a seulement une seule réplique de travail, des répliques préventives sont ensuite créées (une par donnée). Le choix des hôtes pour ces répliques est basé sur le profil des terminaux. A l intérieur d un groupe, les différentes copies sont gérées suivant un modèle de cohérence. 206

207 La QoS dans les réseaux mobiles La disponibilité des données partagées entre les nœuds mobiles est difficile à garantir dans des environnements à forte mobilité. D où le recours à la réplication des données dans divers nœuds mobiles. De plus, la réplication des données évite la saturation de certains mobiles qui fournissent des données fréquemment sollicitées. Ainsi, il y a un risque d épuisement rapide de sa batterie. Il fallait donc équilibrer la charge entre les mobiles. 207

208 La QoS dans les réseaux mobiles 208

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