Note d'application La transmission sans fil, débit et temps de latence Bertrand VERDIER GE3 Projet P12AB04 Polytech Clermont-Ferrand année 2012 / 2013
Table des matières Introduction...1 Les technologies de transmission sans fil...2 Débit théorique maximum et débit réel...2 Différence entre le débit utile et le débit théorique...2 Raisons possibles de cette différence...3 Contexte dans lequel tenir compte de cette différence...3 Le principe de la communication...4 Dispositif de transmission...4 Méthode d'envoi des données en flux continu...4 Méthode du contrôle de flux...5 Temps de latence...5 Conclusion...6 Index des illustrations Illustration 1: tableau de caractéristiques de technologies de transmission sans fil...2 Illustration 2: délai d'envoi d'une donnée...4 Illustration 3: Synoptique de transmission de données sans fil...4 Illustration 4: Méthode d'envoi des données...5 Illustration 5: chronogramme du contrôle de flux...5 Bertrand Verdier / Note d'application / Polytech Clermont-Ferrand 1
Introduction Il existe de multiples technologies de transmission sans fils ayant chacune leurs caractéristiques à savoir: la consommation, la portée, le débit,... Ces systèmes se révèlent plus ou moins approprié en fonction des cas de figure rencontrés. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire de bien se renseigner sur les propriétés de chaque système de transmission et de les tester pour éviter toute surprise. Le but de cette note d'application est de d attirer l'attention sur la différence que l'on peut avoir entre les débits réels et les débits théoriques des technologies de transmission sans fils. Il faut en effet bien avoir à l'esprit que le débit maximum que l'on obtient en pratique est souvent inférieur au débit théorique maximum. Les technologies de transmission sans fil. Depuis des décennies sont apparues de nombreuses technologies de transmission sans fil. Celles-ci sont nées pour répondre à des besoins précis et variés. Chacune de ces technologies possèdes des avantages et des inconvénient qui proviennent de leurs caractéristiques propres telles que la portées, la consommation, le débit, la fiabilité, Le tableau ci dessous récapitule certaines technologie de communication. caractéristique techniques de plusieurs Technologies de communication Débit théorique (kbps) Portée (m) Wifi norme 802.11b 11000 100 175 Bluetooth SN2100 3000 100 165 Xbee série 1 250 30 100 50 Illustration 1: tableau de caractéristiques de technologies de transmission sans fil Consommation (ma) Parmi les technologies de communication on peut citer : _ Le WI-FI : souvent utilisé au sein de réseaux informatiques _ Le bluetooth : très utilisé chez les particuliers pour remplacer les liaisons filaire reliant un ordinateur à ces périphériques. _ L'infrarouge : présent dans certaines télécommandes _ Le Xbee : dont l'un des principaux atout est sa faible consommation. _ Les technologies de transmission sont utilisées différemment selon les besoins. En fonction des contraintes d'un projet, un concepteur sera amené à choisir l'un ou l'autre de ces systèmes. Il n'est donc pas souhaitable de se contenter de sélectionner la technologie dont le débit est le plus grand. D'autres paramètre (comme la consommation) entre en jeu et obligent à évaluer le débit nécessaire avec soin Bertrand Verdier / Note d'application / Polytech Clermont-Ferrand 2
Débit théorique maximum et débit réel. Différence entre le débit utile et le débit théorique. Les débits annoncés pour chaque technologie sont des débits maximum et théoriques. Il est en réalité peu fréquent de les atteindre. Les débits obtenus en pratique peuvent même être très éloignés des débit théoriques. Il faut donc travailler avec deux notions: le débit théorique atteignable uniquement dans certaines conditions et le débit utile qui correspond à la quantité de données utiles reçue par seconde. Raisons possibles de cette différence. Cette différence peut être dû à diverses causes. Les systèmes de communication utilisent habituellement un protocole de communication. Son rôle est d'assurer la coordination des modules de communication entre eux et de fiabiliser le transfert de donner. Or ce protocole a besoin d'ajouter de l'information supplémentaire aux trames à envoyer (comme par exemple un en-tête, des bits de parités, de start ou de stop, l'adresse,...) ce qui affecte le débit utile. En plus de l'information supplémentaire, il peut y avoir des procédures d'acquittements, de contrôle et de correction des erreurs ou autres qui ralentissent le transfert des données. Il existe encore d'autres causes pouvant être à l'origine de ce décalage entre le débit théorique et le débit utile. Certaines technologies peuvent admettre plusieurs source d'émissions qui une fois associées permettent de s'approcher du débit théorique. Cela sous-entend qu'avec une seule source,le débit théorique n'est pas réalisable. Toutes ces causes peuvent se combiner entre elles et dégrader quelques fois fortement le débit utile. Contexte dans lequel tenir compte de cette différence Selon la fonction que l'on cherche à mettre au point, l'importance du débit réel n'est pas la même. Certain systèmes peuvent se permettre de réagir avec un peu de retard. Par exemple si une télécommande envoi un ordre de changement de chaîne un peu plus lentement que prévu, le comportement de l'ensemble n'est pas affecté. D'autres dispositifs exigent au contraire, que la transmission d'information se passe dans les temps. C'est le cas des voitures radio-commandées. Les mouvements des commandes sont échantillonnés régulièrement. Ce rythme d échantillonnage induit un comportement bien précis. Les données obtenues doivent être envoyées avant l'échantillonnage suivant. Le risque si ce n'est pas le cas est de ne pas voir une correction de trajectoire donnée par le pilote. Le comportement de la voiture est alors momentanément affecté. Bertrand Verdier / Note d'application / Polytech Clermont-Ferrand 3
Plus généralement, il est important de prendre en compte le débit réel d'une transmission lorsque la nature du systèmes impose un délais ou une date limite avant laquelle envoyer les données. Illustration 2: délai d'envoi d'une donnée Le principe de la communication Dispositif de transmission Les matériels chargés d'assurer la communication sont organisés de la façon suivante: un microcontrôleur est connecté par une liaison filaire à un système de communication qui est relié par une liaison sans fil à un ou plusieurs appareils récepteurs. Illustration 3: Synoptique de transmission de données sans fil En amont de la phase d'envoi l'appareil 1 procède au calcul ou à l'acquisition des prochaines données à envoyer. Ces données traitées sont alors envoyée au module de communication par une liaison filaire. Le module transmet les données par la liaison sans fil à ou aux appareils concernés. Il faut bien distinguer le débit de la liaison filaire et celui de la liaison sans fil. Si le débit de la liaison filaire est plus rapide que celui de la liaison sans fil des données peuvent être perdues. Il est possible d'utiliser des méthodes permettant de limiter ces pertes. La suite de ce document en présente deux: l'envoi en flux continu et le contrôle de flux. Méthode d'envoi des données en flux continu. Dans le cas d'appareils faisant l'acquisition des données à envoyer, il existe deux façon de procéder: acquérir les données d'abord puis les envoyer (émission par paquet). Acquérir les données et les transmettre dans la foulée. Bertrand Verdier / Note d'application / Polytech Clermont-Ferrand 4
Illustration 4: Méthode d'envoi des données L'envoi par paquet bien que plus simple à mettre en œuvre a l inconvénient de consommer pendant l'acquisition une parie du temps disponible pour envoyer les données, ce qui suppose d'avoir un débit sur la liaison sans fil suffisamment élevé. L'envoi en flux continu permet de régler ce problème puisque l'envoi des données à lieux quasiment en même temps que leurs acquisition. Il est à noter qu'il existe une variante de cette méthode consistant à moyenner les donner avant de les envoyer. Méthode du contrôle de flux. Certain systèmes de communication sans fils sont équipés d'une mémoire tampon permettant de stocker les données à envoyer avant de les transmettre et d'une broche CTS (clear to send) servant à indiquer au système en amont que la mémoire tampon sature. Illustration 5: chronogramme du contrôle de flux Lorsque le système en amont envoi des données au module de communication (par la liaison filaire), elle s'accumule dans la mémoire tampon. En cas de saturation, le module demande au système en amont d'arrêter d'envoyer des donnée (CTS=1) et continu de transmettre les données déjà présentent en mémoire. Dès que le la mémoire n'est plus saturée le module prévient le système en amont qu'il est de nouveau possible d'envoyer des données (CTS=0). Temps de latence Un autre paramètre à prendre en compte lorsque l'on cherche à transmettre des données est le temps de latence. Il s'agit du temps entre le moment où une données est envoyée au module de communication, et le moment où cette donnée est effectivement transmise sur la liaison sans fil. Ce temps de latence est dû à plusieurs paramètres, entres autres: le temps de réponse de l électronique, le temps d'encapsulation des données pour les Bertrand Verdier / Note d'application / Polytech Clermont-Ferrand 5
besoins du protocole et le temps d'établissement de la communication. Ce temps peut avoir une influence en plus du retard qu'il introduit, notamment lorsque le délai est à peine suffisant pour envoyer les données au module de communication. Le temps de latence s'ajoute alors à la durée d'envoi qui peut du même coup devenir trop longue. Conclusion En résumé il faut toujours garder à l'esprit qu'un débit théorique est souvent différent du débit utile car d'autre informations nécessaire au fonctionnement du systèmes transitent. Cette différence prend plus d'importance encore pour les systèmes travaillant avec des délais pour l'envoi de données. Il faut également se rappeler que le débit du coté de la liaison filaire et celui du coté de la liaison sans fil peuvent être différent. Afin de parvenir à envoyer les données à temps, divers méthode jouant sur la manière de transmettre les données peuvent être misent en œuvre, comme l'envoi en flux continu, ou le contrôle de flux. Par ailleurs il faut également penser à prendre en compte le temps de latence d'une technologie de communication. Bertrand Verdier / Note d'application / Polytech Clermont-Ferrand 6