Tendances en réseaux M1 Info Z. Mammeri - UPS

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1 Réseaux sans fils Caractéristiques et principaux standards M1 Info Cours de Réseaux Z. Mammeri 1 7. Standards d et technologies de réseaux mobiles (Res Mob) (Bluetooth, ZigBee, Wifi, WiMAX, WiRAN) 2 1

2 Classes de réseaux sans fils selon l étendue WBAN: wireless body area network WPAN: wireless personal area network WLAN: wireless local area network WRAN: wireless regional area network WWAN: wireless wide area network 3 Réseaux de télécom (WWAN) Rupture technologique GSM GPRS EDGE IS95 CDMA2000 3GPP2 EV DO UMTS WiMAX HSDPA Mobile etc. + IEEE Europe USA GSM : Global System for Mobile communications GPRS: General Packet Radio Service EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution UMTS : Universal Mobile Telecommunications System HSDPA : High Speed Downlink Packet Access 3GPP2 : 3rd Generation Partnership Project 2 EV DO Evolution-Data Optimized 4 2

3 WPAN : IEEE et WiMedia Standards de Réseaux IT IEEE Bluetooth IEEE UWB (Ultra WideBand) IEEE ZigBee WLAN : IEEE et WiFi IEEE b, a, g IEEE s, i, f IEEE e (qualité de service) IEEE n (190 Mb/s + intégration de 11e, 11f et 11i) WMAN : IEEE et WiMax IEEE IEEE e/IEEE (Wi-Mobile) WRAN : IEEE et WiRAN Utilisation de la bande TV MHz 5 Portées et débits des principales technologies sans fils WRAN W-mobile Etendue UWB Débit (Mb/s) 6 3

4 Comparaison des principales technologies sans fils e < Portée > Longue Courte Texte Graphique Internet HI-FI Streaming Digital Multi-Canal Audio vidéo vidéo vidéo Wifi b Wifi a/HL2 & g Bluetooth 2 ZigBee Bluetooth 1 WLAN WPAN Bas < débit > haut 7 Comparaison des principales technologies sans fils 8 4

5 Réseaux ZigBee WiMedia (std IEEE ) Nom = contraction de zig-zagging patterns of bees between flowers Technologie pour réseaux de capteurs Basé sur le Std IEEE (CSMA/CA) Créé par ZigBee Alliance Caractéristiques : Faible débit (20 à 250 Kb/s) Faible distance Faible consommation Petits paquets de données 9 Réseaux ZigBee - Domaines d applications Industrie & Commerce Electronique - ménager ZigBee PC & périphériques Santé Jeux sécurité d habitation, éclairage, Air cond..) 10 5

6 Réseaux ZigBee - Exemple de réseau RFD FFD FFD PAN coordinator RFD RFD FFD RFD Full Function Device (FFD) Reduced Function Device (RFD) 11 Réseaux ZigBee - Exemple de réseau L ouverture de la porte déclenche plusieurs fonctions : éclairage, climatisation, four, TV, musique 12 6

7 Réseaux ZigBee Architecture Application API Sécurité Réseau MAC PHY 868MHz / 915MHz / 2.4GHz Utilisateur ZigBee Alliance IEEE Silicium Pile Application 13 Réseaux Bluetooth (Std IEEE ) Bluetooth fonctionne dans la bande (sans licence) centrée sur 2.45GHz avec des canaux RF : 2420+k MHZ, k= Distance maxi entre nœuds : 10 m Débit : 720 kb/s Coût très bas (chip à ~$5). Très faible consommation : 100 mw à 100 m et 1 mw à 1 m Flux ciblés : data, audio, graphiques, vidéo (!) Appareils ciblés : personnels (PC et périphériques, caméra, appareil photo ). Clavier et souris Bluetooth Oreillette Bluetooth Adaptateur USB Bluetooth Jouet Bluetooth Lunettes Bluetooth Montre Bluetooth 14 7

8 Réseaux Bluetooth Principe général Jusqu à 8 appareils peuvent former un piconet. Au maximum 10 piconets dans la même zone de couverture. Chaque piconet est composé d un maître et d esclaves. Le maître orchestre les transmissions des esclaves. E : esclave M : Maître P : Piconet 15 Réseaux Bluetooth Pile de protocole Architecture générale Architecture spécialisée 16 8

9 Réseaux Wifi (WIreless FIdelity) AP Avec infrastructure Sans infrastructure = réseau ad hoc = MANET (Mobile Area Network) 17 Réseaux Wifi Power System Contrôleur d AP Gestion des handovers Configuration d accès Power over Ethernet (PoE) Réseau WiFi Réseau WiFi 18 9

10 Réseaux Wifi Attention aux débits 5,5 Mbits/s 11 Mbits/s 11 Mbits/s 54 Mbits/s 5,5 Mbits/s 1 Mbits/s 1 Mbits/s Interferences 2 Mbits/s 54 Mbits/s 19 Réseaux Wifi Limites Environnement Murs, meubles, objets divers Distance entre équipements Interférences Autres réseaux voisins Fours microondes Autres équipements Portée idéale Technologies MIMO Portée réelle 20 10

11 Réseaux Wifi Beaucoup de standards 21 Réseaux Wifi Technologies MIMO (Multiple Input Multiple Output) Pour : vitesse de transmission = f(nombre d antennes) Contre : difficulté de mise en œuvre, peu de diversité 22 11

12 Réseaux Wifi Technologies MIMO 23 Réseaux WiMAX (Std IEEE ) WiMAX = Worldwide interoperability for Microwave Access ) Vue 1 Vue 2 Réseau métropolitain (ou d agglomération) 50 km à 70 Mb/s (en théorie) km à Mb/s (en pratique) 24 12

13 WiMAX Exemple d antennes 25 WiMAX mobile (std IEEE e) Nouvelle spécification pour Universal WiMAX Fréquence < 3.5 GHz Au moins 1 Mbit/s par utilisateur Vitesse jusqu à 130 km/h Grande cellule (1 km approximativement) Ambiant Garantie de QoS Sécurité EAP-TLS 26 13

14 WiMAX mobile (std IEEE e) 27 Réseaux WiMAX mobile (norme IEEE m) Std à approuver en 2009 Transmission en SOFDMA Basé sur les réseaux cognitifs 1 Gb/s (downlink) 100 Mb/s (uplink) 28 14

15 Réseaux WiRAN Wireless Regional Area Network (Std IEEE ) Bande de fréquence : MHz France : SECAM sur la bande MHz Cognitive radio Terminaux sans licence mais ne perturbant pas les communications avec licence Canaux de 6, 7 ou 8 MHz Vitesse de transmission : 18 Mbit/s / canal de 6 MHz Voie descendante 1,5 Mbit/s à 4 Mbit/s Voie montante : 384 kbit/s? Puissance : 1 W descendant, d 100 mw montant t Technique de transmission : OFDM Support de la qualité de service au niveau MAC Coût très faible 29 Réseaux WiRAN (Std IEEE ) Le terminal n a pas besoin d être déclaré (aux USA) Les caractéristiques radio sont contrôlées par l émetteur GPS/Galileo pour déterminer les fréquences à utiliser Couverture jusqu à une cinquantaine de kilomètres 600 terminaux à 1 Mbit/s pour un canal de 6MHz avec la technologie d allocation cognitive 300 MHz de bande passante utilisateurs multimédia par point d accès de paroles téléphoniques 30 15

16 Handover entre les différents standards WiMAX WiMedia Wifi WiRAN Wi-Mobile Principale difficulté : maintenir la QoS pendant les handovers 31 Réseaux cognitifs Spectre de fréquences dans les réseaux actuels 32 16

17 Réseaux cognitifs Aujourd hui : spectre de fréquences semble quasi complet, car les réseaux actuels sont peu adaptatifs Futur : plus de fréquences seront disponibles ibl + équipements intelligents spectre quasi inoccupé Radio cognitive Scrutation permanente de l air à la recherche de fréquences libres Analyse du spectre pour déterminer les meilleures fréquences à utiliser Transmettre sur les fréquences libres Décision distribuée de choix de bandes de fréquences entre partenaires dans une session Changer de fréquences en cas de détection de collisions fréquentes sur la bande actuelle Utilisation de smart antennes (adaptation de l orientation, du choix de fréquences ) 33 17