Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5

Vincent Barreaud

Les réseaux mobiles

cours réseaux chapitre 5

Les technologies sans Fils

La technologie commune

Réseaux informatique

Réseaux télécoms

Réseaux satellitaires

Technologies du sans fil

La radio

- cadre réglementaire contraignant

- portée de 100 m à quelques kms

L’infrarouge

- ne traverse pas les parois opaques aux IR

- respecter les angles d’émission

Le laser

- débit important

- liaison point à point

les ondes radio - les micro-ondes,

les ondes infrarouges et millimétriques,

les ondes lumineuses.

Le sans fil

Les satellites de télécommunications

Des réseaux variés (GSM, GPRS, EDGE, UMTS, ...

Technologies Communes

1865 : James Clerk MAXWELL:

l'électromagnétisme

1888: Heinrich Rudolph HERTZ: les ondes

Ondes radios: radio, télévision...

... et données

Un canal de transmission

réglementé Un régulateur dans chaque pays (ETSI, FCC,

MKK)

USA: Bandes ISM: 902-926MHz 2400-2483.5GHz

5725-5850GHz

Europe: 890-915MHz (GSM) + 2400-2483.5GHz et

5725-5850GHz

Transmission

Contraintes de la transmission bande étroite:

partage

chemin multiples

Étalement de spectre : Partage et robustesse

Réseaux informatiques

IEEE

famille de normes 802 : LAN et MAN (paquets

de tailles variables)

les technologies de réseau sans-fil : Bluetooth

(802.15), le Wifi (802.11), WiMAX

802.11

Définir les couches basses du modèle OSI pour une liaison

sans-fil utilisant des ondes électromagnétiques.

La couche physique propose trois types de codage de

l’information : DSSS, FHSS ou les infrarouges.

La couche liaison est quant à elle scindée en deux sous-

couches LLC et MAC

802.11 : couche physique

CDMA

Étalement de spectre par sauts de fréquence

Étalement de spectre à séquence directe

Technologie infra rouge

FHSS = Frequency Hopping Spread Spectrum

Combinaisons de canaux

Séquence de sauts connue

802.11 : 2.4 - 2.4835 GHz en 79 canaux de 1 MHz.

DSSS = Direct Sequence Spread Spectrum

dans le Wifi

bande des 2,4 GHz en 14 canaux de 22 MHz.

pour chaque bit: une séquence « barker »

802.11 :

1 : 10110111000 et 0 : 01001000111

2.400-2.4835 GHz : 14 canaux séparés de 5MHz,

(11 premiers utilisables aux Etats-Unis et 10 à 13

utilisables en France)

802.11 : couche liaison de données

LLC et MAC

MAC:

CSMA/CA (DCF) ou PCF

Contrôle d'erreur (a l'opposé d'ethernet)

Fragmentation

La technologie infrarouge

aussi dans 802.11

onde lumineuse non dissipatif: sécurisé

Optimisations

Modulation de phase (Phase Shift Keying)

Complementary Code Keying

Packet Binary Convolutionnary Code

OFDM (802.11a)

Le sans fil : Les modes opératoires

• Modes de fonctionnement infrastructure

Configuration minimum :

BSS = 1 point d’accès

relié à un réseau filaire +

ensemble de postes

réseau sans fil

Configuration étendue :

ESS = au moins 2 BSS

Le sans fil : Les modes opératoires

• Modes de fonctionnement ad hoc (point à point)

Configuration :

IBSS = aucun point

d’accès

Communication directe

entre plusieurs stations

sans fil 802.11

Routage dans un réseau Ad Hoc 1

Mobile Ad hoc NETwork

topologie dynamique (imprévisible)

bande passante limitée

contraintes d'énergie

sécurité physique limitée

absence d'infrastructure

Routage dans un réseau Ad Hoc 2

Relayage

Routage dans un réseau Ad Hoc 3

Adaptation de méthodes d'acheminement:

minimisation de la charge réseau

offrir un support pour la communication multipoint

fiable

assurer un routage optimal

offrir un bon temps de latence

Routage dans un réseau Ad Hoc 4

Protocoles Pro-actifs

DSDV

FSR

...

Routage dans un réseau Ad Hoc 5

Protocoles Réactifs

AODV

DSR (Routage à source dynamique)

...

• Le débit du WLAN dépend de plusieurs facteurs :

- le nombre d’utilisateurs,

- la portée des micro-cellules,

- les interférences,

- la propagation sur de multiples chemins,

- le support des standards,

- le type de matériel,

- les protocoles supplémentaires, les règles d'accès,

- la latence,

- les goulets d’étranglement.

Le sans fil : La portée et les débits

Le sans fil : La portée et les débits

Le sans fil : La portée et les débits

Les interférences peuvent être liées à plusieurs facteurs :

– Propagation multiple : rebondissements de l’onde dus à un

environnement clos => effet de fading (affaiblissement) du signal

– Transmissions ISM : interférences avec des appareils utilisant la

bande des 2.4GHz (appareils radiophoniques et médicaux)

– Fours micro-ondes : émettent des radiations dans la bande des

2.4GHz

Les architectures des réseaux sans

fil Les réseaux personnels sans fil (WPAN)

Bluetooth

les autres réseaux

Les réseaux locaux sans fil (WLAN : Wireless

Local Area Network)

Les réseaux métropolitains sans fil (WMAN)

Les réseaux étendus sans fil (WWAN)

WPAN

ZigBee Alliance : 802.15.4 : Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips et

Samsung

BlueTooth : 802.15.1 : Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba

WiBree : Nokia, complète Bluetooth 1Mb/s

(mais 10 fois moins d'énergie)

WUSB : remplacer USB (60Mo/s à 2 m et

13,75Mo/s à 10m)

Bluetooth 1/2

1994 (Ericson), 1999 (specif 1.0)

IEEE 802.15.1 : Bluetooth 1.x permettant

d’obtenir un débit de 1Mbit/s

Sur une bande ISM 2,4 à 2,4835 GHz

Codage de l'info en saut de fréquence (625 μs)

Classe 1: 100mW/100m, Classe2: 2,5mW/10m

et Classe 3: 1mW/1m

BlueTooth 2/2

Synchrone ou asynchrone

Réseau PICONET

7 esclaves actifs et 255 parked

Communication direct M/E

Synchronisé par le maître

Réseau SCATTERNET

WLAN

Home Radio Frequency (Intel, HP, Siemens, Motorola, Compaq et

Proxim)

Wireless Fidelity (IEEE, 802.11.x)

HiperLAN High performance Radio Local Area

Network (ETSI)

Wifi 802.11

11 Mbps (ou supérieur) sur un rayon de

plusieurs centaines de mètres.

Mode infrastructure / mode ad hoc

Norme Fréquence DébitWiFi a (802.11a) 5 GHz 54 Mbit/s 10 mWiFi B (802.11b) 2.4 GHz Mbit/s 100 mWiFi G (802.11b) 2.4 GHz 54 Mbit/s 100 m

WMAN

WiMax : IEEE 802.16 et offre un débit utile de 1

à 10 Mbit/s sur 4 à 10 kilomètres (opérateurs).

WWAN

C'est le réseau cellulaire mobile

Sans fils télécoms

Historique 1G / 2G / 2,5G / 2,75G / 3G ...

Architecture d’un réseau GSM

BSS

?

NSS

?

BSC

BTS

AuCHLR

VLR

RéseauCommutéPublic

MSC

BSS - « Sous-système radio » NSS - « Réseau cœur »

Micro BTS

Architecture, suite:

Base Station Controler

Mobile Switching Center

Network Station Subsystem

Home Location Register

Visitor Location Register

Equipement Identity Register

Autentification Center

Exemple de système cellulaire

G

B

A

C

F

E

D

G

B

A

C

F

E

D

G

B

A

C

F

E

D

Pas de réutilisation d’une

même fréquence dans

des cellules adjacentes

Diminuer la taille des

cellules pour

augmenter le nombre

d’utilisateurs

Les différents types de réseau

GSM• GSM: Global System for Mobile communications

– Norme Pan-Européenne pour les communications mobiles adoptée par plus de 500

opérateurs dans plus de 200 pays

– permet de transporter la voix et les données à faible débit

• GSM 900 (Bandes de fréquences autour de 900 MHz)

– En France : Orange et SFR puis Bouygues

• GSM 850

– Principalement Asie et Amérique Latine

• GSM 1800

– En France : Bouygues puis Orange et SFR

• GSM 1900

– Variante du GSM 1800 en Amérique du Nord et du Sud

Interface radio GSM GSM DCS

bande de fréquence (MHz) : 890-915 1710-1785

935-960 1805-1880

accès multiple : TDMA multiplexage fréquentiel et temporel

pas du découpage en fréquences : 200 KHz

nombre d’intervalles de temps / trame TDMA : 8

écart duplex : 45 MHz 95 MHz

rapidité de modulation : 271 Kbit/s

débit de la parole : 13 Kbit/s

débit max de données (version de base) : 14,4 Kbit/s

rayon des cellules (km) : 0,2 à 30 0,2 à 4

puissance type des terminaux : 2 W 1 W

Architecture d’un réseau GPRS

Paquet

GSM+GPRSSGSN

Réseaufédérateur

GPRS

GGSN

MobileGPRS

Circuit

BSS

HLR

Internet

Service Passerelle

RéseauCommutépublic

MSC

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

2,75G

Evolution du GSM utilise une modulation différente de la modulation

utilisée par GSM (la modulation 8-PSK), ce qui implique une modification des stations de base et des terminaux mobiles.

Architecture d’un réseau UMTSUTRAN

Circuit

Réseau

IP

Terminalmultimode

UMTSGSM/GPRS

RéseauCœur

Paquet

Internet

« Réseau d’accès radio UMTS » « Réseau cœur »

RNC

RNCPaquet

Node B

Node B

Node B

RéseauCœur Circuit

RéseauCommutéPublic

Du GSM au GPRS, EDGE et

UMTS

Adéquation des systèmes 2G, 2.5G et 3G avec différents services :

Non

images

Oui (++)UMTS

< 2 Mbit/s

Oui (--)Oui (+)EDGE/GPRS

< 384 kbit/s

NonOuiGPRS

< 160 kbit/s

Oui (---)GSM

< 9.6 kbit/s

vidéo

(MP3)musiquesjeux

informations

et actualités

messagerie

électroniqueSystème

GSM, GPRS, EDGE et UMTS :

exemples• 2 min 30 de musique MP3 (2,4 Mo)

GSM 34 mnGPRS 5 mnEDGE 1 mnUMTS 10 s

• Streaming Audio et Vidéo

Avec toutes les technologies

sauf GSM

• Téléchargement d'une carte (50 Ko)

GSM 42 sGPRS 6 sEDGE 1 sUMTS 0,2 s

• Téléchargement d'un document Word

(500 Ko)

GSM 7 mnGPRS 1 mnEDGE 10 sUMTS 2 s

Evolution 26 industriels du téléphone mobile (Alcatel, Nec, Siemens, DoCoMo, Cingular,

Vodafone, …)

téléphonie 4G vise des débits dix fois supérieurs, pouvant atteindre les 30 Mb/s. De tels débits permettraient la diffusion de vidéo en haute définition ou le téléchargement de fichiers audio de qualité CD.

Satellites

Bandes de fréquences pour les

communications par satellite- bande L : 1,5 à 1,6 GHz terminaux mobiles, télé UHF,

téléphone cellulaire, liens télé-studios

- bande S : 1,9 à 2,2 GHz voir norme UMTS

- bande C : 4 à 6 GHz télévision, multimédia (pbs / météo)

- bande Ku : 11 à 14 GHz télévision, multimédia (pbs / météo)

- bande K : 18 à 26,5 GHz idem (pbs / météo)

- bande Ka : 26,5 à 46 GHz idem (pbs / météo)

Fréquence : qualité mobilité taille antenne

Interconnexion de réseaux :

services satellites GEOGEO :

geosynchronous

earth orbit

orbite : 36 000 km

délai : 0,25 à 0,5 s

applications :

radiodiffusion, TV,

voix (fixe)

VSAT + hub

Interconnexion de réseaux :

services satellites MEOMEO : middle earth orbit

orbite : 5 000 à 18 000 km

délai : 0,1 s

applications :

GPS (24 satellites),

pas télécoms

Interconnexion de réseaux :

services satellites LEOLEO : low earth orbit

orbite : 450 à 1650 km

délai : 0,03 s

applications :

voix (mobiles),

données

Constellations de satellites

Téléphonie mobile :

- Iridium LEO, 66 satellites, L, 780 km

début 1998, 1628 cellules * 3840 canaux

- Globalstar LEO, 48 satellites, L et S et C

Internet haut débit :

- SkyBridge LEO, 80 satellites, Ku, 6K à 20Mbit/s

- Teledesic LEO, 30 satellites, Ka, 100M (voie montante)

à 720Mbit/s (voie descendante)

(évolutions en cours...)