Réseaux sans fils Introduction. Objectif du cours : Comprendre le sans-fils. Les documents. Luc Deneire Cours IUT-GTR/Nice 2004

Transcription

1 Réseaux sans fils Introduction Luc Deneire Cours IUT-GTR/Nice 2004 Objectif du cours : Comprendre le sans-fils De la TSF à l UMTS, Le canal : bruit - réflexions - interférences Accès multiple : chacun son tour! L'organisation de l espace : cellules Couches physiques : efficacités spectrale et de puissance Couches MAC : voix / données / accès au media Installation d un WLAN Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 2/26 Les documents Transparents en pdf Divers documents de base Livres de référence : Principles of Wireless Networks K. Pahlavan, P. Krishnamurthy Prentice Hall Réseaux de mobiles et réseaux sans fil : Al Agha, Pujolle, Vivier : Eyrolles Mobile Communications : Jochen Schiller ; Pearson Education et les réseaux sans fil : Paul Muhlethaler; Eyrolles Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 3/26 1

2 Le cours : magistral + TDs +demo 10 séances de 1.5 heures de cours magistral 10 séances de 1.5 heures de TD 1 séance de demo (3 heures) 1.5 heures de TD préparation à l examen Examen (Ecrit + oral de correction de l'écrit) Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 4/26 Détail des séances 1 : Introduction / histoire 2 : Propagation 3 : Réseau Cellulaire 4 : Modulations de base / GSM 5 : Accès Multiple Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 5/26 Détail des séances 6 Introduction au spectre étalé 7 Introduction a l OFDM b a,g/hiperlan II 10 Introduction GSM-GPRS Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 6/26 2

3 Histoire : de Morse a 4G La préhistoire : électricité et télécoms L histoire du sans fils Voix : 1G, analogique Voix : 2G, numérique vers les données Voix/multimedia : 3G Données : WLAN Intégration : 4G / WPAN Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 7/26 La préhistoire 1838 : Samuel Morse :théorie et du codage : câble transatlantique 1864 : équations de Maxwell 1897 : Marconi dépose le brevet de la TSF 1907 : Lee de Forest : l'amplificateur a triode : Première liaison téléphonique (par ondes courtes) transcontinentale par Bell System : Alec Reeves : MIC 1948 : Invention du transistor + Shannon 1962 : Premier satellite TV (Telstar I) 1965 : Premier satellite géo (Intelsat I). Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 8/26 Extension de la téléphonie fixe au mobile Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 9/26 3

4 Voix : 1G-2G Début 70 : Bell Fin 1970 : 1G / New York 1982 : CT : 1ere génération NORDIC NMT 1983 : AMPS 1983 : études GSM 1985 : études DECT 1988 : débuts GSM / IS-54 études CDMA 1991: déploiement GSM 1993 : Déploiement de PHS/PHP et DEC-1800: 1993 : début de IS-95 (CDMA) Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 10/26 Données 1G-2G 1979 Infra-rouge diffus (IBM Suisse) 1980 Spectre étalé (HP Labs - California) 1983 ARDIS (Motorola/IBM) 1985 Bandes ISM 1986 Mobitex (Swedish Telecom and Ericsson) 1990 IEEE pour Wireless LAN 1992 ETSI et HIPERLAN en Europe 1993 bandes 2.4, 5.2 et GHz en EU bandes PCS en US (licensed/unlicensed) CDPD (IBM et 9 opérateurs) IS (Qualcomm) Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 11/26 Classification des réseaux Voix - Local : faible puissance, qualité élevée : DECT - Global : puissance élevée, qualité médiocre : GSM Données Wireless LAN : réalisation d un vieux rêve Paging : Global à faible débit Personnel : Bluetooth Voix/Données/images Bluetooth Hiperlan II Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 12/26 4

5 Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 13/26 3G multimedia mobile wireless Débits Mobilité Taille des cellules 144 kb/s Élevée Grandes 2Mb/s for Faible Petites Services Symétrique -- Asymétrique Qualité de Service Delai (Speech-Vidéo-Data) BER Bandwith on demand Internet Protocol (Packet-Oriented) Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 14/26 Positionnement Mobilité vs. débit Mobilité Outdoor Indoor Vehicle Walk Stationary Walk Stationary/ Desktop W-CDMA/ EDGE Bluetooth 0,1 HIPERLAN/ Débit utilisateur LAN Mbps Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 15/26 5

6 Positionnement coût vs. débit High User Cost / bit Medium Low Very Low W-CDMA/ EDGE Bluetooth 0,1 HIPERLAN/ Débit utilisateur LAN Mbps Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 16/26 3G et WLAN 1996 HiperLAN (High Performance Radio Local Area Network) Standard ETSI, Hiperlan I : GHz, 23.5Mbit/s Hiperlan II et III (both 5GHz) Hiperlan 4 (17GHz) : wireless ATM-networks (jusque 155Mbit/s) 1997 Wireless LAN - IEEE standard IEEE, GHz and infrared, 2Mbit/s précédé par des produits 1998 Specification de la troisième génération pour UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) 1999 standard b, GHz, 11Mbit/s Bluetooth, 2.4Ghz, <1Mbit/s IMT-2000 : plusieurs standards : UMTS, cdma2000, DECT, Début de WAP (Wireless Application Protocol) et i-mode Vers une unification d Internet / mobile On amène les services vers le mobile Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 17/ GSM haut débit HSCSD offre jusqu à 57,6kbit/s Premiers essais de GPRS (50 kbit/s ; packet oriented!) Ventes des licences UMTS Hype suivi de désillusion (approx. 50 B$ payés en Allemagne pour 6 licences UMTS!) 2001 Début des systèmes 3G Cdma2000 en Corée, UMTS en Europe, Foma (quasi-umts) au Japon Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 18/26 6

7 Systèmes sans fil cellulaire satellites cordless wireless LAN 1981: NMT : AMPS 1986: NMT : 1991: 1992: CDMA D-AMPS GSM 1993: PDC 1994: DCS : Inmarsat-A 1988: Inmarsat-C 1992: Inmarsat-B Inmarsat-M 1998: Iridium 1980: CT0 1984: CT1 1987: CT : CT : DECT 199x: proprietary 1997: IEEE : b, Bluetooth 2000: 2000: analogue GPRS IEEE a 2001: Hiperlan II IMT-2000 digital 200?: Fourth Generation (Internet based) 4G fourth generation: when and how? Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 19/26 Vers la 4G? - Introduction de bandes «unlicensed» pour le large bande - Introduction des antennes multiples : haut débit - Introduction du positionnement - Introduction des réseaux ad-hoc - Introduction des réseaux personnels Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 20/26 La vision Européenne S-UMTS Satellite/HAPS Broadcasting Satellite Broadban d DVB- DVB- DAB GSM Cellular GPRS/ UMT Wireless IP Society 4th Generation UMTS MBS Quasi-Cellular MBS Broadba nd Personal Area MWS Broadb and xmds Wireless Local Loop Body LANs Bluetooth DECT IR Indoor Local Area Networks Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 21/26 7

8 Rappel : le modèle de référence Application Application Transport Transport Network Network Network Network Data Link Data Link Data Link Data Link Physical Physical Physical Physical Radio Medium Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 22/26 Modèle OSI et communication mobile Application layer Transport layer Network layer Data link layer Physical layer Services de/dépendant de la localisation multimedia Applications adaptatives Controle de flux et de congestion Qualité de service addressage, routage, localisation de terminal hand-over authentification Accès au support Multiplexage Controle d accès au support cryptage modulation interference attenuation frequence Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 23/26 Overlay Networks Intégration de réseaux hétérogènes (fixe / mobile) avec des caractéristiques physiques différentes regional Handover vertical metropolitan area campus-based Handover horizontal in-house Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 24/26 8

9 Fréquences Paire torsadée cable Transmission optique 1 Mm 300 Hz 10 km 30 khz 100 m 3 MHz 1 m 300 MHz 10 mm 30 GHz 100 µm 3 THz 1 µm 300 THz VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF infrared visible light UV VLF = Very Low Frequency UHF = Ultra High Frequency LF = Low Frequency SHF = Super High Frequency MF = Medium Frequency EHF = Extra High Frequency HF = High Frequency UV = Ultraviolet Light VHF = Very High Frequency fréquence et longueur d onde: λ = c/f Longueur d onde λ, c 3x10 8 m/s, fréquence f Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 25/26 Fréquences et normes L ITU-R vend les fréquences (WRC, World Radio Conferences) Europe USA Japon Cellulaire GSM , / , , / , / UMTS (FDD) , UMTS (TDD) , Cordless CT , CT DECT Wireless IEEE LANs HIPERLAN , Autres RF-Control 27, 128, 418, 433, 868 AMPS, TDMA, CDMA , TDMA, CDMA, GSM , PACS , PACS-UB IEEE , RF-Control 315, 915 PDC , , , PHS JCT IEEE RF-Control 426, 868 Janvier 2004 Communications sans fils / L. Deneire 26/26 9