Les Réseaux sans Fils

Master Miage 1 Université de Nice Sophia Antipolis (Second Semestre 2009-2010) Jean-Pierre Lips lips@unice.fr

Plan général Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion 2

Plan du cours Introduction Objectifs du cours Bibliographie 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion 3

Objectifs Passer en revue les techniques particulières utilisées dans les réseaux sans fil Passer en revue les différents type de Réseaux sans fil Étudier de façon plus détaillée quelques réalisations parmi les plus utilisées 4

Plan du cours Introduction Objectifs du cours Bibliographie 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie :Téléphonie mobile 3ème Partie : Réseaux locaux sans fil 4ème Partie : Réseaux large bande sans fil 5ème Partie : Bluetooth Conclusion 5

Bibliographie (1/2) Réseaux, 4ème Edition Andrew Tanenbaum Prentice Hall London2003 Texte français : Véronique Warion & Michel Dreyfus Pearson Éducation France - Paris 2003 Réseaux et Télécoms Claude Servin Dunod Paris 2003 Wireless Communications and Networks, 3rd Edition William Stallings Prentice Hall 08/2002 Les Réseaux 6ème Edition Guy Pujolle Eyrolle - Paris 2007/09 6

Bibliographie (2/2) Réseaux de mobiles et réseaux sans fil GSM, GPRS, UMTS, 802.11, Bluetooth, BLR, DVB, IP Mobil Khaldoun Al Agha, Guy Pujolle, Guillaume Vivier Eyrolles - PARIS VI Wi-Fi par la pratique Guy Pujolle, Davor Males - Eyrolles - PARIS VI Le guide de Wi-Fi et du Bluetooth Guy de Lussigny, Joanna Truffaut, Bertrand Grossier Paris : Eska interactive, 2004 802.11 Réseaux sans fil La référence, Seconde édition Matthew Gast, Traduction d'hervé Soulard Editions O'Reilly, Paris 2005 7

Sources Internet (1/2) Technical Resources and Course Web Site for Wireless Communications by Williams Stallings http://williamstallings.com/wireless1e.html Palowireless : Wireless Resource Center http://www.palowireless.com/ Wikipedia Téléphone Mobile : http://fr.wikipedia.org/wiki/t%c3%a9l%c3%a9phone_mobile IEEE 802.11 : http://en.wikipedia.org/wiki/ieee_802.11 etc. Commencamarche.net Sélection bibliographique sur le Wi-Fi http://www.commentcamarche.net/livre/?cat=167 8

Sources Internet (2/2) Infoclick solution informatique - Encyclopédie informatique http://www.infoclick.fr/ccm/wifi/wifiintro.htm The Official Bluetooth Membership https://www.bluetooth.org/ Fing : Fondation internet nouvelle génération Les différentes technologies sans fil : http://www.fing.org/jsp/fiche_actualite.jsp?stnav=&rubnav=&code=4988 (article de Jean Michel Cornu, juin 2004) 9

Réseaux sans fils WPAN : Wireless Personnal Area Network BlueTooth IrDA WHAN : Wireless Home Area Network HomeRF WLAN : Wireless Local Area Network IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g HiperLan 11

Réseaux sans fils WMAN : Wireless Metropololitan Area Network IEEE 802.16 WWAN : Wireless Wide Area Network GSM GPRS, I-Mode, UMTS Réseaux de satellites 12

Réseaux locaux sans fils WPAN / WHAN Quelques mètres autour de l utilisateur se déplacent avec l usager pas de station relais Bluetooth :1Mbps IrDA : 4Mbps WHAN / WLAN De 50 à quelques centaines de mètres couvrent une localisation fixe station relais IEEE 802.11, HiperLan, HomeRF, AirPort, DECT, 13

Le Spectre Electromagnetique 14

La bande ISM ISM Spectrum (Industrial, Scientific and Medical) Utilisation sans licence individuelle Bande ISM aux États-Unis 15

Méthodes d accès FDMA (Frequency Division Multiple Access) AMRF (Accès Multiple par Répartition de Fréquences) TDMA (Time Division Multiple Access) AMRT (Accès multiple à Répartition dans le temps) CDMA (Code Division Multiple Access) AMRC (Accès multiple à Répartition en Code) code 16

FDMA Bande de fréquences divisée en plusieurs sous-bande allouées de façon continue à un utilisateur Utilisé principalement dans les réseaux analogiques Fréquence Occupé par l utilisateur 1 4 Occupé par l utilisateur 2 3 Occupé par l utilisateur 3 2 Libre 1 1 N porteuse Temps 17

TDMA Totalité de la bande de fréquences alloué à un utilisateur pendant des intervalles de temps donnés (slot) Utilisé principalement dans les réseaux numériques Fréquence Occupé par l utilisateur 1 Occupé par l utilisateur 2 Occupé par l utilisateur 3 Libre A A B C D E A B C D E N slot Temps 18

Combinaison FDMA-TDMA Fréquence Occupé par l utilisateur 1 4 Occupé par l utilisateur 2 3 Occupé par l utilisateur 3 2 Libre 1 A B C D E A B C D E Temps 1 N porteuse A N slot 19

CDMA Allocation de la totalité de la bande de fréquences à tous les utilisateurs de manière simultanée Code binaire particulier à chaque utilisateur Méthode permettant de multiplexer plusieurs utilisateurs au moyen de codes distincts (Orthogonaux) Appelé aussi : SSMA (Spread Spectrum Multiple Access) 20

TDMA FDMA - CDMA Analogie Un grand nombre de couples parlant des langues différentes dînent dans une salle de restaurant TDM : tous les couples partagent une même table, les personnes prennent la parole chacune à leur tour pour parler à leur partenaire FDM : les couples occupent des tables suffisamment séparée les une des autres et discutent en même temps sans trop se gêner les uns les autres CDMA : tous les couples partagent une même table et discutent en même temps chacun ne prêtant attention qu à ce que dit son partenaire dans sa langue et considérant tout le reste comme du bruit 21

Spread Spectrum Étalement du spectre 3 propriétés : Le signal occupe une Bande Passante plus large que ce qui est nécessaire à la transmission de l information Immunité aux interférences Immunité au brouillage (jamming) Accès multi-utilisateurs (multi-users access) La largeur de bande est étalée au moyen d un code indépendant des données Le récepteur doit se synchroniser sur le code pour récupérer les données 22

Spread Spectrum Codeur Canal Données entrantes Modulateur Canal Spreading Code Générateur de pseudo bruit Démodulateur Décodeur Canal Spreading Code Données de sortie Générateur de pseudo bruit Schéma général d un système de communication à étalement de spectre 23

Frequency Hopping Spread Spectrum Etalement du spectre à sauts de fréquences Le signal est commutés rapidement et de façon pseudo aléatoire entre les différentes fréquences à l intérieur de la bande allouée Les sauts se font à intervalles de temps fixes A chaque intervalle successif, une nouvelle fréquence est utilisée la séquence des canaux utilisés est imposé par le code spreading code (code d étalement) le récepteur saute d une fréquence à l autre en synchronisation avec l émetteur en utilisant le même code Avantages immunité aux écoutes indiscrètes résistance au brouillage : brouiller une seule fréquence ne perturbe que quelques bits 24

FHSS 25

Direct Sequence Spread Spectrum Chaque bit du signal original est représenté par une série de bits dans le signal transmis Le spreading code étale le signal sur une plus large bande de fréquence l étalement est directement proportionnel au nombre de bits utilisés Le code est généré de façon pseudo aléatoire le récepteur sait générer le même code et corrèle le signal reçu avec ce code pour extraire les données 26

DSSS 27

CDMA : Principe Temps bit divisé en n intervalles appelés chips (en général 64 ou 128) Un code n-bit unique (Chip sequence) assigné à chaque utilisateur transmission de 1 => envoi de la chip sequence transmission de 0 => envoi de la chip sequence inversée (complémentée à 1) Exemple 8-bit chip sequence : 11010111 transmission de 1 => envoi de 11010111 transmission de 0 => envoi de 00101000 28

CDMA : Principe Chip Sequence 1 1 0 1 0 1 1 1 Spreading Sequence 1 1-1 1-1 1 1 1 Transmission de 1 1 1-1 1-1 1 1 1 Transmission de 0-1 -1 1-1 1-1 -1-1 Pas de transmission 0 0 0 0 0 0 0 0 29

CDMA : Exemple Exemple de transmission entre 4 utilisateurs (Source : A. Tanenbaum Computer networks - 4th Edition) Codes Utilisateur Chip Sequence Spread Sequence A B 0 0 0 1 1 0 1 1-1 -1-1 1 1-1 C 0 1 0 1 1 1 0 0-1 1-1 1 1 1-1 -1 D 0 1 0 0 0 0 1 0-1 1-1 -1-1 -1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0-1 -1 1-1 1 1 1-1 1-1 Tous les codes doivent être orthogonaux deux à deux : 1 n S T Si Ti = 0 n i =1 En clair : il y a autant de paires identiques que de paires différentes 30

CDMA : Exemple Méthode utilisée pour générer des chip sequence orthogonale : Walsh code method Autres propriétés des chip sequence : S T = 0 => S T = 0 1 n 1 n 2 1 n S S Si Si = Si = (±1)2 = 1 n i =1 n i =1 n i =1 S S= -1 31

CDMA : Exemple Lorsque deux stations émettent en même temps les signaux s ajoutent linéairement : Par exemple si A envoie 1, B envoie 0, C se tait et D envoie 0 cela donne : Utilisateur Bit transmis A B 1 0-1 -1-1 1 1-1 C - 0 0 0 0 0 0 D 0 1-1 1 1 1 1-1 1 S (Somme) Spread Sequence 1 1 1 1-1 1-1 -1-1 1 0 0 1-1 -1 3 1-1 -1 3 32

CDMA : Exemple Temps bit Sommes A B C D -1 1-1 1 1 1-1 -1 N 2 - - 1 - S1 = - 1 1 - S2 = -2 0 0 0 2 2 0-2 N 3 1 0 - - S3 = 0 0-2 2 0-2 0 2 N 4 1 0 1 - S4 = -1 1-3 3 1-1 -1 1 N 5 1 1 1 1 S5 = -4 0-2 0 2 0 2-2 N 6 1 1 0 1 S6 = -2-2 0-2 0-2 4 0 N 1 Stations 33

CDMA : Exemple Décodage : produit du signal reçu et de la spreading sequence correspondant à la station dont on veut décoder le signal Exemple : décodage du bit émis par la station C au temps bit N 4 : 8 1 S4 C S4i Ci 8 i =1 S4 C -1 1-3 3 1-1 -1 1-1 1-1 1 1 1-1 -1 S4 x C 1 1 3 3 1-1 1-1 S4 C = (1 + 1+ 3 + 3 + 1-1 + 1-1) / 8 = 8/8 =1 En effet : S4 C = (A + B + C) C = A C + B C + C C = 0 + 0 + 1 = 1 Les 2 premier termes s annulent car les produits intéieurs des chips sequence ont été choisis orthogonaux 34

CDMA : Exemple Pour les 6 temps bit encodés précédemment, on décode pour la station C : S1 C S2 C S3 C S4 C S5 C S6 C =(+1+1+1+1+1+1+1+1)/8=+1=> =(+2+0+0+0+2+2+0+2)/8=+1=> =(+0+0+2+2+0-2+0-2)/8= 0=> =(+1+1+3+3+1-1+1-1)/8=+1=> =(+4+0+2+0+2+0-2+2)/8=+1=> =(+2-2+0-2+0-2-4+0)/8=-1=> C=1 C=1 pas de C C=1 C=1 C=0 35

Historique Première génération : G1 Analogique Transmission de la voix Deuxième génération : G2 Numérique Transmission de la voix G2.5 (Extension de G2) Numérique Voix et données Troisième génération : G3 Numérique Voix et données (Internet, e-mail, multimédia, etc.) 37

G1 : Première Génération 1946 : Premier système à St Louis (USA) pour automobiles Push-to-talk system : semi-duplex CB-Radio, taxis, police 1960 IMTS (Improved Mobile Telephone System) duplex 23 canaux entre 150 MHz et 450 MHz 1980 AMPS (Advanced Mobile Phone System) Inventé par Bell Labs Installé en 1982 aux USA, puis au Royaume-Uni : TACS au Japon : MCS-L1 Système cellulaire 38

AMPS Diamètre des cellules : 10 à 20 Km Cellules surchargées partagées en cellules plus petites réutilisation des fréquences puissance réduite microcellules temporaires évènements temporaires => concentrations d utilisateurs Station de Base ( BTS Base Transceiver Station) au centre de chaque cellule antenne + émetteur/récepteur + ordinateur connectée au MTSO (Mobile Telephone Switching Office) ou MSC (Mobile Switching Center) 39

AMPS B B G G C A F F E G E G A C A F D D B C F A D B C D E E 7 groupes de Fréquences : A, B, F, G Micro cellules 40

AMPS MSTO organisation hiérarchique dans les réseaux importants plusieurs niveaux de MTSO connecté aux base stations aux autres MTSO au réseau filaire Commutation de cellules Déplacement du mobile Itinérance Roaming Passage d une cellule à une autre pendant un appel Hand Off ou Hand Over 41

Commutation de cellules Principe à un moment donné chaque mobile est : quand il sort d une cellule, sa base station dans une cellule sous contrôle d un MTSO reçoit un signal de plus en plus faible interroge les bases des cellules adjacentes sur leur niveau de réception pour le mobile concerné transfère le contrôle à la base qui reçoit avec le niveau de puissance le plus élevé le mobile est alors informé : de l identification de son nouveau rattachement du nouveau canal qu il doit utiliser pour poursuivre son appel si il en a un en cours 42

Commutation de cellules Durée du hand Off : 300ms Soft Hand Off le mobile est connecté au 2 bases pendant le transfert continuité maintenue le mobile doit être capable de gérer 2 canaux en parallèle (pas le cas des 2 premières générations) Hard Hand Off l ancienne base stoppe la transmission avant que la nouvelle ne fasse l acquisition si elle en est incapable (ex : plus de canaux disponibles) la communication est coupée 43

Canaux 832 canaux full duplex Transmission : 824 à 849 MHz Réception : 869 à 894 MHz Largeur canal : 30 KHZ Technologie : FDM 4 catégories de canaux Contrôle (Base vers mobile) : management du sytème Paging ((Base vers mobile) : interrogation des mobiles Accès (Bidirectionnel) : établissement des appels allocations des canaux Données (Bidirectionnel) : voix et données 44

Management des appels Identification du mobile : Numéro de série : 32 bits Numéro de téléphone : 10 (3 + 7) chiffres : 24 bits Stocké dans une PROM A la mise sous tension Le téléphone mobile envoie ses numéros d identification La station de base prévient le MTSO qui enregistre le nouvel utilisateur comme visiteur et avertit le Home MTSO de cet utilisateur. 45

Management des appels Appel sortant L utilisateur compose le numéro appelé et appuie sur SEND Le mobile transmet son identification et le numéro sur le canal d accès En cas de collision il réessaie plus tard Quand la base reçoit l appel, elle informe le MTSO Le MTSO cherche un canal libre Le numéro de canal est envoyé au mobile Le mobile se connecte sur ce canal voix et attend que le correspondant décroche 46

Management des appels Appel entrant Tous les mobiles écoute le paging channel pour savoir si ils sont appelés Quand un mobile est appelé, un paquet est envoyé à son Home MTSO pour le localiser Un paquet est envoyée à la base de la cellule où se trouve le mobile La base envoie un broadcast sur le paging channel pour interroger le mobile Le mobile répond présent La base l avertit alors qu il a un appel sur le canal x Le mobile se connecte sur le canal x 47

G2 : Seconde Génération D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System) Successeur de AMPS Compatible avec AMPS Utilisé aux USA (par AT&T) Décrit dans les standards : IS-54 et IS-136 GSM (Global System for Mobile Communications) Utilisable partout dans le monde IS95 CDMA (Code Division Multiple Access) Largement utilisé aux USA (par Sprint PCS) PDC (Personal Digital Cellular) utilisé uniquement au Japon adaptation de D-AMPS compatible avec la première génération du système japonais 48

D-AMPS Entièrement numérique compatible AMPS mobiles G1 et G2 cohabitent dans la même cellule mêmes fréquences et mêmes canaux de 30KHz 2 canaux adjacents peuvent être l un numérique et l autre analogique affectation dynamique des canaux par le MTSO en fonction du nombres de mobiles de chaque type dans une cellule Deux bandes de fréquences Bande des 850 MHz (identique à AMPS) Bande des 1900 MHz 1850-1910 MHz sens montant 1930-1990 MHz sens descendant Antenne plus petite => téléphone plus petit 49

D-AMPS Réduction de la bande passante Compression réalisée dans le téléphone => Débit = 8 Kbps ou moins TDM 3 utilisateurs partagent les paires de fréquences montantes et descendantes (à 8Kbps) ou 6 utilisateurs (à 4Kbps) Trame TDM (40ms) Flot montant 1 2 3 1 2 3 1850,01 à 1910MHz Mobile vers la Base Flot descendant 3 2 1 3 2 1 1930,05 à 1990MHz Base vers le Mobile 64 bits : contrôle 324 bits slot 101 bits ; correction d erreur 159 bits : voix compressée 50

D-AMPS Hand Off Différent de AMDS MAHO (Mobile Assisted Hand Off) le mobile mesure la qualité de la ligne de transmission pendant les slots qu ils ne peut utiliser (2 sur 3) quand le niveau de réception baisse, le mobile le signale à la base qui peut alors couper la connexion le mobile essaie alors de s accrocher à une base fournissant une meilleure connexion Durée du handoff : 300ms 51

GSM 1970 : Premiers travaux du CNET 1987 : Adoption européenne par 13 pays Bande de 25 MHZ dans la bande des 900 MHz Finalisé par l ETSI en GSM900 en 1990 1990 : DCS1800 (Digital Communication System): adaptation dans la bande des 1800 MHZ DCS1900 adaptation américaine dans la bande des 1900 MHz 52

GSM Principe de fonctionnement similaire à D-AMPS Système cellulaire FDM avec une fréquence pour transmettre et une plus élevée pour recevoir TDM pour partager cette paire de fréquences entre plusieurs mobiles Différence avec D-AMDS canaux plus larges : 200 Khz versus 30 KHz peu d utilisateurs par canaux en plus ( 8 versus 3) => débit plus important 53

GSM Station mobile constituée de Terminal portatif Carte SIM (Subscriber Identity Module) Caractéristiques de l utilisateur Type d abonnement Protocole de niveau physique Canal fréquence radio : 200 KHz contenant 8 canaux (TDM) 124 porteuses en GSM900, 174 porteuses en E-GSM 374 porteuses en DCS1800, 298 en DCS 1900 Nombreux canaux en parallèle pour gérer une communications (jusqu à 10) (canal de données, canal de signalisation, etc.) 54

GSM Protocole de niveau trame : Type HDLC Gestion de la transmission sur l interface radio LAP-Dm (Link Access Protocol on the Dm channel) Fenêtre de largeur 1 Protocole de niveau paquet (3 sous-couches) Couche RR (Radio Resource) Couche MM (Mobility Management) Acheminement de la supervision Localisation continue des mobiles Couche CM (Connexion Management) Gère les SMS (Short Message Service), le contrôle d appel et les services supplémentaires 55

GSM La norme spécifie les relations entre les divers équipements : Sous-système radio Sous-système réseau avec ses bases de données pour localiser les utilisateurs HLR (Home Localization Register) et VLR (Visitor Localization Register) Relations entres les couches de protocoles Interfaces entre sous-systèmes radio et réseau Itinérance (Roaming) 56

IS 95 Principale version normalisée pour l Amérique du Nord Technologie : CDMA Canaux de contrôle et utilisateur assez fortement multiplexés (TDM, tranche de temps de 20ms, en parallèle avec CDMA)) Contrôle permanent des puissances émises 57

G 2.5 GPRS (General Packet Radio Service) EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution) 58

GPRS Réseau de données en mode paquet au dessus de D-AMPS ou de GSM Permet à des stations IP d envoyer et de recevoir des datagrammes IP dans des cellules dédiée à un système de transmission de la voix Certains intervalles de temps (time slots) sur certains canaux sont réservés à la transmission de paquets de données Le nombre et la position des intervalles de temps sont alloués dynamiquement par la station base en fonction du rapport des trafics voix/données 59

EDGE Extension de GSM permettant d encoder un plus grand nombre de bits par baud 60

G3 : Troisième Génération IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) Directives publiées par l ITU en 1992 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) proposé par Ericsson Compatible avec GSM Soutenu par les Européens CDMA 2000 proposé par Qualcomm compatible avec IS-95 largement déployé aux USA Soutenu par les USA 61

Hiérarchie des réseaux sans fil 63

Deux configurations Centralisation autour d une station monitrice (Base station) Réseau ad hoc (sans base) 64

Standards WLAN (Wireless Local Area Networks) IEEE 802.11 IEEE USA HiperLan (High Performance LAN) ETSI Europe WHAN (Wireless Home Area Networks) HomeRF 65

802.11 Couches supérieures LLC (Logical Link Control) Liaison de données MAC (Medium Access Control) 802.11 802.11 IR FHSS 802.11 DSSS 802.11a 802.11b 802.11g OFDM HR-DSSS OFDM Liaison physique 66

802.11 : Couche physique 1987 : Trois techniques de transmission Infra rouge Radio dans la bande ISM 2.4 GHz (pas besoin d autorisation individuelle) FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) 1999 : Deux techniques additionnelles haut débits OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) jusqu à 54 Mbps HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum) jusqu à 11 Mbps 67

802.11 Infrarouge IrDA ( Infrared Data Association) crée en 1994 Distances entre éléments : 2 mètres Débit : jusqu à 4Mbps Niveau physique 2 technologies Faisceaux directifs Faisceaux diffusants IrLAP (IrDA Link Access protocol) Gère les communications entre équipements 68

802.11 FHSS Etalement de spectre par saut de Fréquence (Frequency Hopping Spread Spectrum) 79 canaux (largeur 1 MHz) dans la bande des 2,4 GHz Allocation pseudo aléatoire des fréquences à partir d un germe (seed) Fréquence maintenue au maximum 400 ms Bonne résistance à la propagation multitrajet Bonne résistance au brouillage (interférence radio) Relativement faible débit 69

802.11 DSSS Etalement du Spectre par Séquence Directe (Direct Sequence Spread Spectrum) Basé sur le système CDMA : Chaque bit représenté par un «chip» de 11 bits Utilisation du décalage de phase à 1 MBaud 1 bit par Baud pour débit 1 Mbit/s 2 bits par Baud pour débit 2 Mbit/s 70

802.11a OFDM Multiplexage Orthogonal en Répartition de Fréquence (Orthogonal Frequency Data Multiplexing) Débit : 54Mbit/s Bande de fréquences des 5GHz 71

802.11b (WIFI) HR-DSSS Etalement de Spectre à Haut Débit par Séquence Directe (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum) Wi-Fi WIreless FIdelity Promu par l alliance WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) Débit ajustable: 1, 2, 2,5 et 11Mbit/s Bande de fréquences des 2,4 GHz Portée 50 à 100 mètres 72

802.11g Amélioration de 802.11b Débit : jusqu à 54Mbit/s Bande de fréquences ISM (2.4GHz) Compatible avec 802.11b 73

802.11 : Sous-couche MAC CSMA/CD (Ethernet) n est pas applicable Portée de la Radio C A A B Portée de la Radio A C D C C en cours de transmission vers B A n entend pas C et croit qu il peut émettre A B C A en cours de transmission vers D B entend A et croit qu il ne peut pas transmettre vers C 74

Gestion des contentions Deux approches : DCF (Distributed Coordination Function) CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance) Aucun contrôle centralisé Toutes les implémentations doivent supporter ce mode PCF (Point Coordination Function) la Base Station supervise tout le trafic mode optionnel 75

DCF Deux méthodes: Première méthode: Ecoute du canal avant d émettre (Carrier Sense) Canal libre : émission complète de la trame (pas d écoute du canal, à la différence d Ethernet) qui pourra être détruite par le récepteur si elle est en erreur due à des interférences Canal occupé : attente puis émission quand le canal devient libre En cas de collision : les stations en cause attendent pendant un délai aléatoire (même algorithme que Ethernet) avant de réessayer 76

DCF Seconde méthode: Basée sur MACAW (Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless) et l utilisation d un canal virtuel Exemple: A RTS Données CTS B C D ACK NAV NAV A veut transmettre vers B C est à portée de A, D est à portée de B mais pas de A 77

DCF Suite de l exemple A envoie RTS (Request To Send) à B B envoie CTS (Clear To Send) à A pour signifier son accord A envoie sa trame et arme un décompteur B acquitte la trame en répondant ACK (Acknowledgement) à A Si le compteur expire avant l arrivée de ACK, le scénario est réexecuté Point de vue de C et D C reçoit RTS envoyé par A et en déduit la longueur de l échange demandé par A (Trame + ACK) Il arme un compteur : NAV (Network Allocation Vector) correspondant au temps d occupation d un canal virtuel D ne reçoit pas RTS mais CTS et procède alors comme C 78

DCF Fragmentation A fragment burst. 79

PCF Polling La base contrôle tout le trafic : il n y a jamais de collisions Elle interroge (Poll) les autres stations pour savoir si elles ont des trames à transmettre : envoi d une trame de signalisation (Beacon frame) 10 à 100 fois par seconde cette trame contient des informations système, des informations de synchronisation, etc. elle invite aussi les nouvelles stations à se faire connaître pour rentrer dans la séquence de polling 80

Structure de la Trame 802.11 Trois types de trames : Octets Données Contrôle Supervision 2 2 6 6 6 2 6 Contrôle Durée Adr 1 Adr 2 Adr 3 N séq Adr 4 Bits 2 2 Version Type 4 1 1 1 1 1 1 0-2312 4 Données CRC 1 1 Sous To From MF Retry Pwr More W O Type DS DS 81

Services 9 services spécifies par le standard : 5 Distributions Services : services fournis par la base pour gérer la mobilité des stations qui entrent et sortent de la cellule 4 Station Services : liés à l activité à l intérieur de la cellule 82

Distribution services Association Disassociation Réassociation Distribution Intégration 83

Station Services Authentication Deauthentication Privacy Data Delivery 84

HiperLan HiperLan (High Performance Lan) Norme exclusivement européenne ETSI (European Telecommunications Standards Institute) HiperLan 1 Débit : 20 Mbps Portée : 100 mètres Bande de fréquences : 5.3 GHz HiperLan 2 Débit : 54 Mbps Portée : 100 mètres Bande de fréquences : 5.3 GHz 85

HomeRF Soutenu au départ par Compaq, HP, IBM, Intel et Microsoft Utilisation domestique Débit : 11 Mbit/s Portée : quelques dizaines de mètres Bande de fréquences : 2.4 GHz Supporte les liaisons DECT (transport de la voix en mode numérique) En perte de vitesse face à Wi-Fi 86

WMAN WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) Standard : IEEE 802.16 publié le 8 avril 2002 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Fournit un accès réseau sans fils à des immeubles connectés par radio à travers une antenne extérieure à des stations centrales reliées au réseau filaire Alternative aux réseaux d accès câblés comme la boucle locale, ADSL, RNIS, etc. 88

802.16 89

802.16 Couche Physique 90

802.16 Couche Physique Frames and time slots for time division duplexing 91

802.16 Sous-couche MAC Classes de service Constant bit rate service Real-time variable bit rate service Non-real-time variable bit rate service Best efforts service 92

802.16 Structure de trame (a) A generic frame. (b) A bandwidth request frame 93

802.15 (1/3) WPAN (Wireless Personal Area Network) Réseaux Locaux personnels sans fil Groupe IEEE 802.15 mis en place en1999 Trois groupes de services Groupe A Bande sans licence d utilisation (ISM 2.4 GHz) Bas coût Taille réduite Faible consommation électrique Mode sans connexion Cohabitation avec IEEE 802.11 95

802.15 Groupe B (2/3) Utilisation couche MAC jusqu à 100 Kbps Communications entre toutes les machines 16 machines au moins QoS (Qualité de service) Portée 10m min Temps de raccordement : 1s max Passerelles avec autres réseaux Groupe C Nouvelles fonctionnalités : Sécurité des communications Transmission vidéo Itinérance vers un autre réseau WPAN 96

802.15 (3/3) Groupe IEEE 802.15 scindé en 4 sous-groupes IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.3 Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie B UWB (Ultra-Wide Band) (très performant : ~1Gbit/s sur 10 m) IEEE 802.15.3a : Wireless USB IEEE 802.15.4 Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie C Bluetooth Pour satisfaire les contraintes des réseaux de catégorie A ZigBee (très faible coût et consommation, bas débit) IEEE 802.15.2 Pour gérer les interférences avec les autres réseaux utilisant la bande des 2.4 GHz 97

Bluetooth Lancé en 1994 par Ericsson Rallié depuis par plus de 1000 constructeurs Echange de données sans fils entre appareil numériques : PDA, téléphone, appareil photo, périphériques de PC, etc. Débit moyen : 1Mbps en théorie Portés limités : une dizaine de mètres Picocellules (Piconets) 8 stations max = 1 master + 7 slaves Scatternets Agrégation de piconets (jusqu à 8) 98

Bluetooth Architecture Deux piconets peuvent être connectés pour former un a scatternet 99

Bluetooth Applications 100

The Bluetooth Protocol Stack The 802.15 version of the Bluetooth protocol architecture. 101

Bluetooth : Structure de la trame A typical Bluetooth data frame. 102