1

Réseaux sans filsRéseaux sans filsCaractéristiques et principaux standardsCaractéristiques et principaux standards

M1M1 InfoInfo Cours de RéseauxCours de Réseaux

11

M1 M1 Info Info –– Cours de RéseauxCours de Réseaux

Z. MammeriZ. Mammeri

7 St d d t t h l i7 St d d t t h l i7. Standards et technologies 7. Standards et technologies de réseaux mobiles (Res Mob)de réseaux mobiles (Res Mob)(Bluetooth, ZigBee, Wifi, WiMAX, WiRAN)(Bluetooth, ZigBee, Wifi, WiMAX, WiRAN)

22Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

2

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMob

WBAN: wireless body area networkWBAN: wireless body area network

WPAN: wireless personal area networkWPAN: wireless personal area network

Classes de réseaux sans fils – selon l’étendue

WPAN: wireless personal area networkWPAN: wireless personal area network

WLAN: wireless local area networkWLAN: wireless local area network

WRAN: wireless regional area networkWRAN: wireless regional area network

WWAN: wireless wide area networkWWAN: wireless wide area network

33Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux de télécom (WWAN)

GSM

GPRS

IS95

CDMA2000GPRS

EDGE3GPP2EV DO

UMTS

HSDPA

etc

WiMAX Mobile

+ IEEE 802 21

Rupture

technologique

44

etc. + IEEE 802.21

Europe USAGSM : Global System for Mobile communications GPRS: General Packet Radio Service EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution UMTS : Universal Mobile Telecommunications SystemHSDPA : High Speed Downlink Packet Access 3GPP2 : 3rd Generation Partnership Project 2EV DO Evolution-Data Optimized

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3

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobStandards de Réseaux IT

WPANWPAN : : IEEE 802.15 et WiMediaIEEE 802.15 et WiMediaIEEE 802.15.1 IEEE 802.15.1 -- BluetoothBluetoothIEEE 802.15.3 IEEE 802.15.3 –– UWB (Ultra WideBand)UWB (Ultra WideBand)IEEE 802 15 4IEEE 802 15 4 Zi BZi BIEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4 –– ZigBeeZigBee

WLANWLAN : : IEEE 802.11 et IEEE 802.11 et WiFiWiFiIEEE 802.11b, a, g IEEE 802.11b, a, g IEEE 802.11s, i, f IEEE 802.11s, i, f IEEE 802.11e (qualité de service)IEEE 802.11e (qualité de service)IEEE 802.11n (190 Mb/s + intégration de 11e, 11f et 11i)IEEE 802.11n (190 Mb/s + intégration de 11e, 11f et 11i)

WMAN : WMAN : IEEE 802.16 et IEEE 802.16 et WiMaxWiMax

55

IEEE 802.16IEEE 802.16--20042004IEEE 802.16e/IEEE 802.20 (WiIEEE 802.16e/IEEE 802.20 (Wi--Mobile)Mobile)

WRAN : WRAN : IEEE 802.22 et IEEE 802.22 et WiRANWiRANUtilisation de la bande TV 54Utilisation de la bande TV 54--698 MHz698 MHz

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobPortées et débits des principales technologies sans fils

WRAN

W-mobile

Eten

due

66

UWB

Débit (Mb/s)

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4

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMob

Texte Graphique Internet HI-FI Streaming Digital Multi-Canal

Comparaison des principales technologies sans filse

<

Port

éePo

rtée

>

Long

ue

WLANWLAN

Texte Graphique Internet HI-FI

Audio

Streaming

vidéo

Digital

vidéo

Multi-Canal

vidéo

Bluetooth 2ZigBee

Wifi 802.11b

Wifi 802.11a/HL2 & 802.11g

77

Cou

rte

Bas < débitdébit > haut

WPANWPANBluetooth 1ZigBee

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobComparaison des principales technologies sans fils

88Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

5

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux ZigBee – WiMedia (std IEEE 802.15.4)

Nom = contraction de “zig-zagging patterns of bees between flowers”

Technologie pour réseaux de capteurs Technologie pour réseaux de capteurs

Basé sur le Std IEEE 802.15.4 (Basé sur le Std IEEE 802.15.4 (CSMA/CACSMA/CA))

Créé par ZigBee AllianceCréé par ZigBee Alliance

CaractéristiquesCaractéristiques : : Faible débit (20 à 250 Kb/s) Faible débit (20 à 250 Kb/s) Faible distanceFaible distance

99

Faible distanceFaible distanceFaible consommationFaible consommationPetits paquets de donnéesPetits paquets de données

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux ZigBee - Domaines d’applications

S té

Electronique -ménager

PC & périphériques

Industrie & Commerce

ZigBee

1010

Santé

sécuritéd’habitation, éclairage, Air

cond..)

Jeux

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6

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux ZigBee - Exemple de réseau

FFDRFD

RFD

FFD

RFD

FFDRFD

RFD

FFD

RFD

PAN coordinatorPAN coordinator

1111

RFDFFD

RFDFFD

Full Function Device (FFD)Reduced Function Device (RFD)

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux ZigBee - Exemple de réseau

1212

L’ouverture de la porte déclenche plusieurs fonctions : éclairage, climatisation, four, TV, musique

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7

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux ZigBee – Architecture

Application Utilisateur

MAC

Réseau

SécuritéAPI

ZigBee

Alliance

1313

PHY868MHz / 915MHz / 2.4GHz

IEEE

802.15.4

Silicium Pile Application

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Bluetooth (Std IEEE 802.15.1)

Bluetooth fonctionne dans la bande (sans licence) centrée sur Bluetooth fonctionne dans la bande (sans licence) centrée sur 2.45GHz avec des canaux RF : 2420+k MHZ, k=0..78.2.45GHz avec des canaux RF : 2420+k MHZ, k=0..78.Distance maxi entre nœuds : 10 mDistance maxi entre nœuds : 10 mDistance maxi entre nœuds : 10 mDistance maxi entre nœuds : 10 mDébit : 720 kb/sDébit : 720 kb/sCoût très bas (chip à ~$5). Coût très bas (chip à ~$5). Très faible consommation : Très faible consommation : 100 mW à 100 m et 1 mW à 1 mFlux ciblésFlux ciblés : data, audio, graphiques, vidéo (!): data, audio, graphiques, vidéo (!)Appareils ciblésAppareils ciblés : personnels (PC et périphériques, caméra, : personnels (PC et périphériques, caméra, appareil photo…).appareil photo…).

1414

appareil photo…).appareil photo…).

OreilletteBluetooth

Adaptateur USBBluetooth

JouetBluetooth

LunettesBluetooth

MontreBluetooth

Clavier et sourisBluetooth

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8

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Bluetooth – Principe général

Jusqu’à 8 appareils peuvent former un Jusqu’à 8 appareils peuvent former un piconetpiconet. .

Au maximum 10 piconets dans la même zone de couverture.Au maximum 10 piconets dans la même zone de couverture.pp

Chaque piconet est composé d’un maître et d’esclaves. Chaque piconet est composé d’un maître et d’esclaves.

Le maître orchestre les transmissions des esclaves.Le maître orchestre les transmissions des esclaves.

1515

E : esclaveM : MaîtreP : Piconet

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Bluetooth – Pile de protocole

1616

Architecture générale Architecture spécialisée

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9

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Wifi (WIreless FIdelity)

AP

1717

Avec infrastructure Sans infrastructure= réseau ad hoc

= MANET (Mobile Area Network)

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Wifi

Contrôleur d’AP

P S t

Gestion des handovers

Configuration d’accès

Power over Ethernet (PoE)

Power System

1818

Réseau WiFiRéseau WiFi

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10

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Wifi – Attention aux débits

11 Mbits/s 11 Mbits/s5,5 Mbits/s

5,5 Mbits/s

54 Mbits/s

1919

Interferences1 Mbits/s 2 Mbits/s

1 Mbits/s

54 Mbits/s

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Wifi – Limites

EnvironnementEnvironnement

Distance entre équipementsDistance entre équipements

InterférencesInterférencesAutres réseaux voisinsAutres réseaux voisins

Fours microondesFours microondes

Portée idéale

Murs, meubles, objets diversMurs, meubles, objets divers

2020

Technologies MIMO

Autres équipements Autres équipements

2020

Portée réelle

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11

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Wifi – Beaucoup de standards

21212121Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Wifi – Technologies MIMO

(Multiple Input Multiple Output)

2222

Pour : vitesse de transmission = f(Nombre d’antennes)Contre : difficulté de mise en œuvre, peu de diversité

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12

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux Wifi – Technologies MIMO

2323Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux WiMAX (Std IEEE 802.16)

WiMAX = Worldwide interoperability for Microwave Access

)

2424

Vue 1

Vue 2

Réseau métropolitain (ou d’agglomération)50 km à 70 Mb/s (en théorie) -- 10 km à 20-30 Mb/s (en pratique)

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobWiMAX – Exemple d’antennes

2525Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobWiMAX mobile (std IEEE 802.16e)

Nouvelle spécification pour Universal WiMAXNouvelle spécification pour Universal WiMAXFréquence < 3 5 GHzFréquence < 3 5 GHzFréquence < 3.5 GHzFréquence < 3.5 GHz

Au moins 1 Mbit/s par utilisateurAu moins 1 Mbit/s par utilisateur

Vitesse jusqu’à 130 km/hVitesse jusqu’à 130 km/h

Grande cellule (1 km approximativement)Grande cellule (1 km approximativement)

Ambiant Ambiant

Garantie de QoSGarantie de QoS

2626

Sécurité EAPSécurité EAP--TLSTLS

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14

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobWiMAX mobile (std IEEE 802.16e)

2727Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

Std à approuver en Std à approuver en 20092009

Réseaux WiMAX mobile (norme IEEE 802.16m)

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMob

Transmission en SOFDMATransmission en SOFDMA

Basé sur les réseaux Basé sur les réseaux cognitifscognitifs

1 Gb/s1 Gb/s (downlink)(downlink)

100 Mb/s100 Mb/s (uplink)(uplink)

2828Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

15

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux WiRAN – Wireless Regional Area Network (Std IEEE 802.22)

Bande de fréquence : 54 Bande de fréquence : 54 –– 862 MHz 862 MHz France : SECAM sur la bande France : SECAM sur la bande 47 47 –– 798 MHz798 MHz

Cognitive radioCognitive radioCognitive radioCognitive radioTerminaux sans licence mais ne perturbant pas les communications avec Terminaux sans licence mais ne perturbant pas les communications avec licencelicence

Canaux de 6, 7 ou 8 MHzCanaux de 6, 7 ou 8 MHzVitesse de transmission : 18 Mbit/s / canal de 6 MHzVitesse de transmission : 18 Mbit/s / canal de 6 MHzVoie descendante 1,5 Mbit/s à 4 Mbit/sVoie descendante 1,5 Mbit/s à 4 Mbit/sVoie montante : 384 kbit/s ?Voie montante : 384 kbit/s ?

P i 1 W d d t 100 W t tP i 1 W d d t 100 W t t

2929

Puissance : 1 W descendant, 100 mW montantPuissance : 1 W descendant, 100 mW montantTechnique de transmission : Technique de transmission : OFDMOFDM

Support de la qualité de service au niveau MACSupport de la qualité de service au niveau MACCoût très faible Coût très faible

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux WiRAN (Std IEEE 802.22)

Le terminal n’a pas besoin d’être déclaré (aux USA)Le terminal n’a pas besoin d’être déclaré (aux USA)

Les caractéristiques radio sont contrôlées par l’émetteurLes caractéristiques radio sont contrôlées par l’émetteurLes caractéristiques radio sont contrôlées par l émetteurLes caractéristiques radio sont contrôlées par l émetteur

GPS/Galileo pour déterminer les fréquences à utiliserGPS/Galileo pour déterminer les fréquences à utiliser

Couverture jusqu’à une cinquantaine de kilomètresCouverture jusqu’à une cinquantaine de kilomètres

600 terminaux à 1 Mbit/s pour un canal de 6MHz avec la technologie 600 terminaux à 1 Mbit/s pour un canal de 6MHz avec la technologie d’allocation cognitived’allocation cognitive

300 MHz de bande passante300 MHz de bande passante

3030

30 000 utilisateurs multimédia par point d’accès30 000 utilisateurs multimédia par point d’accès

1 000 000 de paroles téléphoniques1 000 000 de paroles téléphoniques

Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

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7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobHandover entre les différents standards

WiMedia Wifi

WiMAX

Wi-Mobile

WiRAN

3131

Principale difficulté : maintenir la QoS pendant les handovers

Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux cognitifs

Spectre de fréquences dans les réseaux actuels

3232Tendances en réseaux – M1 Info – Z. Mammeri - UPS

17

7. Standards et technologies de 7. Standards et technologies de ResRes MobMobRéseaux cognitifs

Aujourd’hui : spectre de fréquences semble quasi complet, car les réseaux actuels sont peu adaptatifs

F l d f é di ibl é iFutur : plus de fréquences seront disponibles + équipements intelligents spectre quasi inoccupé

Radio cognitive Scrutation permanente de l’air à la recherche de fréquences libresAnalyse du spectre pour déterminer les meilleures fréquences à utiliserTransmettre sur les fréquences libres Décision distribuée de choix de bandes de fréquences entre partenaires

3333

Décision distribuée de choix de bandes de fréquences entre partenaires dans une sessionChanger de fréquences en cas de détection de collisions fréquentes sur la bande actuelleUtilisation de smart antennes (adaptation de l’orientation, du choix de fréquences…)

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