Les PAN et la norme IEEE Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 1

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1 Les PAN et la norme IEEE Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 1

2 Les PAN et la norme IEEE Introduction Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 2

3 Les PAN? Les PAN (Personal Area Network) regroupent des équipements contrôlés par un seul utilisateur Communication sur de faibles distances ( une dixaine de mètres) La norme définit les PAN sans fil appelé WPAN (Wireless PAN) dont les technologies sont le Bluetooth, les normes IEEE (WPAN haut débit) et IEEE (WPAN faible débit, Zig-Bee) Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 3

4 Les PAN et la norme IEEE Le Bluetooth Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 4

5 Présentation Le rôle du Bluetooth est de permettre la communication radio sur de courtes distances Première norme de communication pour les WPAN approuvée en 2002 sous le numéro IEEE Dans la bande des 2,4 Ghz, possibilité d'atteindre sur des distances inférieure à 10m, jusqu'à 720 kbit/s Applications possibles : Transfert de fichiers d'informations d'agendas électroniques, téléphones portables,... Transfert de flux audio entre un téléphone et un casque Interconnexion sans fil des lecteurs MP3 à d'autres dispositifs pour le téléchargement Contrôle à distance de l'allumage ou extinction d'appareils ménagers... Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 5

6 Les applications Bluetooth Le Bluetooth est prévu pour fonctionner dans des environnements pouvant impliquer des nombreux utilisateurs Il peut y avoir jusque huit équipements communiquants dans un piconet 10 piconets peuvent être présent dans une même zone pour former un scatternet 3 grands domaines d'applications Données et voix Élimination du câblage Portée pouvant aller jusque 100m avec des amplificateurs adaptés Réseau ad-hoc Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 6

7 Architecture de protocoles La technologie Bluetooth est définie par une architecture composée de protocoles fondamentaux protocoles de remplacement des fils protocoles de téléphonie Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 7

8 Les protocoles fondamentaux La pile de protocoles fondamentaux regroupe un ensemble de fonctionnalités réparties en 5 couches Radio : spécification des détails de l'interface radio (puissance d'émission, technique de modulation, fréquences et saut de fréquences Bande de base : Etablissement des connexion dans un piconet, l'adressage, la format de paquet, la synchronisation et le contrôle de puissance Protocole gestionnaire de liaison (LMP) : protocole responsable de la gestion des liaisons permanentes entre les équipements, de certains aspects de sécurité comme l'authentification, le chiffrement et le contrôle et la négociation des tailles de paquets du niveau bande de base Protocole de contrôle et d'adaptation de lien logique (L2CAP) : adapte les protocoles de la couche supérieure à la couche bande de base. L2CAP offre un service avec et sans connexion Protocole de découverte de service (SDP) : permet d'obtenir des informations sur les services disponibles sur un équipement Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 8

9 Remplacement des fils RFCOMM est le protocole de remplacement des fils est simulant un port série virtuel Permet d'assurer, avec un minimum de modifications, le transport des données binaires et émule les signaux de contrôle de l'interface EIA-232 (ou RS-232) Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 9

10 Contrôle de téléphonie Le protocole de contrôle de téléphonie TCS BIN (Telephony Control Specification Binary) est orienté bit et définit la signalisation de contrôle d'appel employée dans l'établissement de connexions pour la voix et les données entre des équipements téléphoniques. Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 10

11 Les protocoles adoptés Les protocoles adoptés sont des protocoles définies dans des spécifications publiés par d'autres organismes normatifs mais pris en compte dans l'architecture bluetooth. Ces protocoles sont les suivants PPP : Permet le transport de datagrammes IP sur une liaison point à point TCP/UDP/IP : principaux protocoles au coeur du monde Internet OBEX : protocole d'échange d'objets de la couche session développé par IrDA (Infrared Data Association). Il possède des fonctionnalités similaires à HTTP mais de façon simplifiée. Il inclut également des modèles de représentation de données comme les formats vcard et vcalendar. WAE/WAP (Wireless Application Environment) et le WAP (Wireless Application Protocol) utilisés par les téléphones portables ont également été intégrés dans l'architecture Bluetooth Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 11

12 Les Piconet et Scatternet La configuration réseau de base avec le Bluetooth est un piconet Un piconet se compose d'un équipement radio Bluetooth assurant le rôle de maître et de un à sept autres équipements jouant le rôle d'esclaves. Le maître assure la synchronisation et la détermination du canal à utiliser Un esclave ne peut communiquer qu'avec un maître si celui-ci l'y autorise Un équipement peut jouer le rôle d'esclave dans un piconet et de maître dans un autre piconet. Ce regroupement de piconet s'appelle un scatternet Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 12

13 Avantages du saut de fréquence? Un système Bluetooth emploie une technique de saut de fréquence avec un espace inter-porteuse de 1 Mhz. Généralement jusqu'à 80 fréquences différentes sont utilisées pour constituer une bande passante totale de 80 Mhz. Grâce aux sauts de fréquence, il est possible de partager une même bande de fréquence entre plusieurs équipements localisés dans une même zone. Ainsi, un canal logique peut être défini à tout moment sur une bande de 1 Mhz que se partage jusqu'à 8 équipements. Des collisions peuvent avoir lieu quand différents équipements dans des piconets différents, utilisant des canaux logiques différents, sautent simultanément sur les mêmes fréquences. Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 13

14 Spécification de la couche radio Topologie : jusqu'à 8 équipements dans une étoile logique Débit brute crête : 1 Mb/s Bande de passante : 220 khz (-3dB), 1MHz (-20dB) Bande de fréquences : 2,4 Ghz (bande ISM : Industrial, Scientific, Medical) Puissance de transmission : 100 mw Fréquence de sauts : sauts par seconde Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 14

15 3 classes d'émetteur Classe 1 : puissance max émise de 100 mw avec un minimum de 4 mw. Dans cette catégorie, le contrôle de puissance est obligatoire variant de 4 à 20 dbm. Ce mode offre la plus grande distance Classe 2 : puissance max émise de 2,4 mw avec un minimum de 0,25 mw. Le contrôle de puissance est optionnel Classe 3 : Emetteur de plus faible puissance avec une sortie nominale de 1 mw Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 15

16 Spécification de la couche bande de base La technique du saut de fréquence a 2 fonctions Une bonne résistance aux interférences et aux effets de la propagation multitrajet fournit une sorte de mécanisme d'accès multiples aux équipements colocalisés dans différents piconets La bande passante totale est divisée en 79 canaux physiques, chacun d'une bande passante de 1 Mhz Dans un piconet, tous les équipements partagent la même séquence de sauts Avec une fréquence de 1600 sauts par seconde, une fréquence reste utilisée pendant une période de 0,625 ms appelé slot de temps La séquence de sauts est déterminée par le maître d'un piconet et est fonction de son adresse 2 piconets exploitent occasionnellement le même canal physique durant le même slot, provoquant des collisions et perte de données. Ce problème peut être résolu en amont par des techniques de correction et détection d'erreurs Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 16

17 Liens entre maître et esclaves 2 types de liens peuvent être établis entre un maître et un esclave Lien synchrone avec connexion Allocation d'une bande passante fixe sur une connexion point à point entre le maître et un esclave. La maître maintien le lien en utilisant des slots réservés à intervalles réguliers. Le maître peut gérer jusque 3 liens synchrones simultanés et un esclave peut en accepter jusque 2 Pas de retransmission de paquets Lien asynchrone sans connexion Liaison multipoint entre le maître et les esclaves du piconet. Dans les slots non réservés aux liaisons synchrones, le maître peut échanger des paquets avec tout autre esclave sur la base d'un slot par esclave, même avec un esclave déjà impliqué dans une liaison synchrone. Existence que d'une seule liaison asynchrone Un mécanisme de retransmission de paquets est appliqué Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 17

18 Les liaisons synchrones Surtout utilisées pour échanger des données limitées dans le temps, nécessitant un débit minimal mais sans garantie de livraison. Des données audio codées numériquement et intégrant une tolérance aux données perdues sont véhiculés par ce type de liaison Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 18

19 Les liaisons asynchrones Les liaisons asynchrones créent une connexion du type commutation de paquets Aucune réservation de bande passante n'est possible et la livraison peut être garantie au moyen des fonctions de détection d'erreurs et de retransmission Un esclave est autorisé à retourner un paquet dans le slot esclavemaître si et seulement si ce paquet lui a été envoyé dans le même slot Pour ces liaisons, il a été prévue des paquets de 1, 3 ou 5 slots Le débit maximal est atteint par des paquets de 5 slots non protégés Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 19

20 Spécification de la couche L2CAP Cette couche contrôle la liaison entre les entités d'un réseau au support partagé et assure un certain nombre de services en s'appuyant sur la couche inférieure pour le contrôle de flux et d'erreurs Il emploie des liaisons asynchrones et il ne supporte pas les liaisons synchrones Il fournit 2 types de service au protocole de la couche supérieure Service sans connexion : service de type datagramme fiable Service avec connexion : service équivalent à celui offert par HDLC. Une connexion logique est établie entre 2 utilisateurs qui s'échangent des données avec un contrôle de flux et un contrôle d'erreurs assurés Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 20

21 Les PAN et la norme IEEE Le Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 21

22 Les Après le , le Bluetooth, le groupe IEEE a publié en 2003 un document récapitulant les pratiques recommandées sur la bande ISM des 2,4 Ghz La problèmatique de la bande de fréquence ISM 2,4 Ghz est d'être utilisé à la fois pour le IEEE et IEEE Le groupe IEEE s'est ensuite penché sur le problème de la transmission à débit beaucoup plus élevée qu'en Bluetooth, document initialement publié en 2003 La même année, la norme pour des débits très faibles, inférieurs au Bluetooth, mais aussi pour des équipements d'un très faibles coûts Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 22

23 Le Pour le dévellopement de WPAN haut débit. Les applications concernées sont les connexions entre appareil photo numérique et imprimante les connexions entre ordinateurs portables et vidéo-projecteur les connexions entre un haut parleur et un appareil récepteur... Les débits bruts sont > 110 Mbit/s sur des distances < 10 m Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 23

24 Caractéristiques du Faible portée : 10 m Haut débit : > 20 Mbit/s pour supporter les flux vidéo et/ou audio multi-canaux Faible consommation d'énergie Faible coût Qualité de Service permettant d'offrir un débit garanti Supporte un environnement dynamique. L'apparition ou la disparition d'équipement ne doit pas perturber le comportement du réseau. Une vitesse inférieure à 7 km/h doit être supportée Connectivité simple sans connaissance particulière de l'utilisateur Confidentialité Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 24

25 IEEE Solution pour les faibles débits procurant une autonomie énergétique de plusieurs mois, voire plusieurs années. Cette norme spécifies 2 couches physiques une PHY DSSS sur la bande des 868/915 Mhz avec des débits de 20 et 40 kbit/s une PHY DSSS dans la bande des 2,4 Ghz avec des débits de 250 kbits/s Applications incluent les réseaux de capteurs, les jouets intéractifs, les badges intelligents, la domotique. La ZigBee Alliance travaille sur des spécifications pouvant opérer sur des implémentations et couvrant les couches réseau, sécurité et application Master 2 Professionnel STIC-Informatique Module RMHD 25

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