28
Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.1 Réseaux locaux sans fils Caractéristiques IEEE 802.11 PHY MAC Roaming (itinérance) .11a, b, g, h, i … HIPERLAN Standards HiperLAN2 QoS Bluetooth Comparaison D’après Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.2 Caractéristiques des réseaux sans fil Avantages Très flexibles dans la zone de réception Réseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) Presque pas de difficultés de câblage (e.g. bâtiments historiques, …) Plus robuste en situation de désastre … ou déconnexion de câble ! Désavantages Faible bande passante (1-54 Mbit/s) Beaucoup de solutions propriétaires, établissement de normes lent (e.g. IEEE 802.11, et encore plus Hiperlan) Beaucoup de lois nationales (e.g. art), les législations internationales sont lentes et difficiles e.g., IMT-2000

Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

  • Upload
    letram

  • View
    220

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.1

Réseaux locaux sans fils

� Caractéristiques

� IEEE 802.11

� PHY

� MAC

� Roaming (itinérance)

� .11a, b, g, h, i …

� HIPERLAN

� Standards

� HiperLAN2

� QoS

� Bluetooth

� Comparaison

D’après Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.2

Caractéristiques des réseaux sans fil

Avantages

�Très flexibles dans la zone de réception

�Réseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire)

�Presque pas de difficultés de câblage (e.g. bâtiments historiques, …)

�Plus robuste en situation de désastre … ou déconnexion de câble !

Désavantages

�Faible bande passante (1-54 Mbit/s)

�Beaucoup de solutions propriétaires, établissement de normes lent (e.g. IEEE 802.11, et encore plus Hiperlan)

�Beaucoup de lois nationales (e.g. art), les législations internationales sont lentes et difficiles e.g., IMT-2000

Page 2: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.3

Objectifs des réseaux locaux sans fils

�Fonctionnement global, itinérance automatique

�Faible consommation de puissance (durée de batterie)

�Pas de licences d’utilisation

�Technologie de transmission robuste

�Coopération spontanée dans les réunions (réseaux ad-hoc)

�Facilité d’utilisation … et d’installation

�sécurité (de mes données), respect de la vie privée (pas de collectes de données utilisateur), santé (émission radio faible)

�Transparent pour les applications et les couches supérieures

�Possibilité de localisation (pour services liés à l’endroit où on se trouve)

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.4

Comparaison: infrarouge vs. radio

Infrarouge

�Utilise des diodes IR, en lumière diffuse et les reflexions multiples (murs etc.)

Avantages

�simple, bon marché, disponible dans de nombreux mobiles

�Pas de licence

�Facile à isoler

Désavantages

�interférence par la lumière solaire, la chaleur, etc.

�Beaucoup d’obstacles

�Faible largeur de bande

Exemple

�IrDA (Infrared Data Association) disponible presque partout

Radio

�Utilise typiquement le 2.4 GHz en bande libre ISM (Industrial, Scientific and Medical)

Avantages

�expérience des réseaux mobiles et données macrocellulaires (e.g. TETRA)

�Meilleure pénétration que l’IR

Désavantages

�Peu de bandes sans licences

�Plus difficile à isoler

�Interférences électriques

Exemples

�802.11x, HIPERLAN, Bluetooth

Page 3: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.5

Comparaison: infrastructure vs. ad-hoc

infrastructure

Réseau ad-hoc

APAP

AP

Réseau filaire

AP : Point d‘accès

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.6

802.11 - Architecture d’un réseau infrastructure

Station (STA)

�Terminal radio

Basic Service Set (BSS)

�groupe de stations utilisant la même fréquence

Point d’accès

�station intégrée au réseau sans fils et au réseau filaire

Portail

�Pont vers d’autres réseaux

Distribution System

�Réseau d’interconnexion permettant de former un seul réseau logique (EES: Extended Service Set) en s`appuyant sur plusieurs BSS

Distribution System

Portal

802.x LAN

Access Point

802.11 LAN

BSS2

802.11 LAN

BSS1

Access Point

STA1

STA2 STA3

ESS

Page 4: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.7

802.11 - Architecture d’un réseau ad-hoc

Communication directe (avec portée limitée)

�Station (STA):Terminal radio

�Independent Basic Service Set (IBSS):groupe de stations utilisant la même fréquence

802.11 LAN

IBSS2

802.11 LAN

IBSS1

STA1

STA4

STA5

STA2

STA3

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.8

standard IEEE 802.11

Terminal mobile

Point d’accès

Terminal fixe

application

TCP

802.11 PHY

802.11 MAC

IP

802.3 MAC

802.3 PHY

application

TCP

802.3 PHY

802.3 MAC

IP

802.11 MAC

802.11 PHY

LLC

Réseauinfrastructure

LLC LLC

Page 5: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.9

802.11 - couches et fonctions

PLCP Physical Layer Convergence Protocol

�Traduction de trames MAC en trames PHY

PMD Physical Medium Dependent

�modulation, codagePHY Management

�Sélection de canal, MIBGestion de Station

�coordination de toutes les fonction de gestion

PMD

PLCP

MAC

LLC

MAC Management

PHY Management

MAC

�Mécanismes d’accès, fragmentation, encryptage,

Gestion MAC

�synchronisation, roaming, MIB, gestion de puissance

PH

YD

LC

Station M

anagement

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.10

802.11 - Couche PHY

3 versions: 2 radio (typ. 2.4 GHz), 1 IR

�Débits bruts de 1 ou 2 Mbit/sFHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

�Étalement - désétalement - détermination de la puissance

�75 canaux (US) 20 canaux (France), en trois ensembles disjoints

�min. 2.5 sauts / sec. (USA), GFSK-2 (1Mbits/sec) GFSK-4 (2 Mbits/sec)DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

�DBPSK pour 1 Mbit/s (Differential Binary Phase Shift Keying), DQPSK pour 2 Mbit/s (Differential Quadrature PSK)

�preambule et en-tete transmis à 1 Mbit/s, le reste transmis à 1 ou 2 Mbit/s

�chipping sequence: +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1 (Barker code)

�Puissance radiée max : 1 W (USA), 100 mW (EU), min. 1mWInfrarouge

�850-950 nm, lumière diffuse, typ. 10 m de portée

�Détectionde porteuse et d’énergie, synchronisation

Page 6: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.11

FHSS PHY, format du paquet

synchronisation SFD PLW PSF HEC payload

preambule PLCP En-tete PLCP

80 16 12 4 16 variable bits

Synchronisation

�sync avec 010101...

SFD (Start Frame Delimiter)

�0000110010111101

PLW (PLCP_PDU Length Word)

�Longueur du payload, inclus. 32 bits CRC du payload, PLW < 4096

PSF (PLCP Signaling Field)

�données (1 or 2 Mbit/s)

HEC (Header Error Check)

�CRC avec x16+x12+x5+1

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.12

DSSS PHY , format du paquet

synchronization SFD signal service HEC payload

Préambule PLCP En-tete PLCP

128 16 8 8 16 variable bits

length

16

Synchronisation

�sync., Gain, détection d’énergie, compensation de l’offset de fréquence

SFD (Start Frame Delimiter)

�1111001110100000

Signal

�débit (0A: 1 Mbit/s DBPSK; 14: 2 Mbit/s DQPSK)

Service Length

�« future use », 00: conforme 802.11 � longueur du payload

HEC (Header Error Check)

�protection du signal, service et longueur, x16+x12+x5+1

Page 7: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.13

802.11 - couche MAC - DFWMAC

Services de trafic

�Service de données asynchrone (obligatoire)

�“best-effort”

�broadcast et multicast

�Service temps-réel (optionnel)

�Implémenté par le PCF (Point Coordination Function)

methodes d’accès

�DFWMAC-DCF CSMA/CA (obligatoire)

�Evitement de collision via un mécanisme de « back-off » aléatoire

�distance minimale entre paquets

�ACK : paquets d’acquittement (pas pour broadcasts)

�DFWMAC-DCF w/ RTS/CTS (optionnel)

�Distributed Foundation Wireless MAC

�Évite les terminaux cachés - exposés

�DFWMAC- PCF (optionnel)

�Les points d’accès interrogent les terminaux selong une liste

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.14

802.11 - Couche MAC

Priorités

�Définies par les durées inter-trames

�Pas de garanties, pas de priorités absolues

�SIFS (Short Inter Frame Spacing)

�Plus haute priorité, pour les ACK, CTS, interrogations en PCF

�PIFS (PCF IFS)

�Priorité moyenne, pour le PCF, service temps réel.

�DIFS (DCF, Distributed Coordination Function IFS)

�Priorité faible, pour le DCF, « best effort »

t

Support occupéSIFSPIFS

DIFSDIFS

Trame suivantecontention

Accès direct si le supportEst libre pour un temps > DIFS

Page 8: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.15

t

Support occupé

DIFSDIFS

next frame

Fenetre de contention(backoff aléatoire)

802.11 - CSMA/CA

�La station qui veut émettre écoute le canal (CCA, Clear Channel Assessment)

�Émission immédiate si support libre pour un temps > IFS (IFS dépend du type de servide)

�Si support occupé : Attente de support libre > IFS backoff aléatoire (évitement de collision),

�Si support occupé pendant le backoff : Timer arreté (équité)

Temps slotAccès direct si le supportEst libre pour un temps > DIFS

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.16

802.11 CSMA/CA : backoff exponentiel

Backoff aléatoire dans [0, CW]

CW est (presque) doublé Si transmission ratee

CW remis au minimumSi transmission OK

Page 9: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.17

802.11 - Exemple

t

busy

boe

station1

station2

station3

station4

station5

Arrivée d‘un paquet au MAC

DIFSboe

boe

boe

busy

Backoff écoulé

bor Backoff résiduel

busy Support occupé

bor

bor

DIFS

boe

boe

boe bor

DIFS

busy

busy

DIFSboe busy

boe

boe

bor

bor

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.18

802.11 - CSMA/CA

Envoi de paquets Unicast

�Attente d’un temps DIFS

�Envoi de données

�Le récepteur acquitte (si CRC ok)

�Retransmission automatique si pas de ACK

t

SIFS

DIFS

data

ACK

Temps d‘attente

autresstations

récepteur

émetterudata

DIFS

contention

Page 10: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.19

Terminal caché

�A envoie à B, C ne peut pas recevoir A

�C veut envoyer à B, C croit le support libre (CS pas OK)

�collision à B, A n’entends pas la collision (CD pas OK)

�A est “caché” pour C

terminal exposé

�B --> A, C veut --> D

�C entend B, C se tait

�A n’entend pas C, donc C pourrait émettre

�C est “exposé” à B

Problème de terminal caché et exposé

BA C D

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.20

MACA - évitement de collision

MACA (Multiple Access with Collision Avoidance) : paquets courts pour éviter des collisions

�RTS (request to send): l’émetteur demande la permission d’émettre

�CTS (clear to send): le récepteur donne la permission …

Les paquets courts contiennent :

�L’adresse de l’émetteur

�L’adresse du récepteur

�La taille du paquet

Page 11: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.21

MACA évite les problèmes de terminal caché

�A-->B B<--C

�A evoie RTS

�C attend après avoir entendu CTS de B

MACA évite le problème de terminal exposé

�B --> A, C -->D

�C n’entend pas CTS,il peut émettre.

MACA resoud les problèmes de terminaux caché et exposé

A B C

RTS

CTSCTS

A B C

RTS

CTS

RTS

D

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.22

802.11 - DFWMAC

Envoi de paquets unicast

�Envoi de RTS avec durée de réservation

�Acquis via CTS après SIFS (avec durée de réservation)

�Envoi des données, acquittement via ACK

�Les autres stations connaissent la durée distribuée via RTS and CTS

t

SIFS

DIFS

data

ACK

Retardent l‘accès

autresstations

récepteur

émetteurdata

DIFS

contention

RTS

CTSSIFS SIFS

NAV (RTS)NAV (CTS)

Page 12: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.23

Fragmentation

t

SIFS

DIFS

data

ACK1

autresstations

récepteur

émetterufrag1

DIFS

contention

RTS

CTSSIFS SIFS

NAV (RTS)NAV (CTS)

NAV (frag1)NAV (ACK1)

SIFSACK2

frag2

SIFS

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.24

DFWMAC-PCF I

PIFS

stations‘NAV

stations

coordinateurD1

U1

SIFS

NAV

SIFSD2

U2

SIFS

SIFS

Supertramet0

Support occupé

t1

Page 13: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.25

DFWMAC-PCF II

tstations‘NAV

stations

coordinateurD3

NAV

PIFSD4

U4

SIFS

SIFSCFend

Période decontention

Période sans contention

t2 t3 t4

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.26

802.11 - Format de trame MAC

Types

�Trames de contrôle, données, gestion

Numéros de séquence

�Pour éviter les trames dupliquées dues aux pertes de ACK

Adresses

�récepteur, émetteur (physique), identificateur BSS, émetteur (logique)

Divers

�Instant d’émission, checksum, trame de contrôle, données

FrameControl

Duration/ID

Address1

Address2

Address3

SequenceControl

Address4 Data CRC

2 2 6 6 6 62 40-2312bytes

Protocolversion

Type Subtype ToDS

MoreFrag

Retry PowerMgmt

MoreData

WEP

2 2 4 1

FromDS

1

Order

bits 1 1 1 1 1 1

Page 14: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.27

Format d’adresse MAC

scenario to DSfromDS

address 1address 2address 3address 4

ad-hoc network 00 DA SA BSSID -infrastructurenetwork, from AP

01 DA BSSID SA -

infrastructurenetwork, to AP

10BSSID SA DA -

infrastructurenetwork, within DS

11 RA TA DA SA

DS: Distribution SystemAP: Access PointDA: Destination AddressSA: Source AddressBSSID: Basic Service Set IdentifierRA: Receiver AddressTA: Transmitter Address

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.28

Trames spéciales : ACK, RTS, CTS

Acquittement

Request To Send

Clear To Send

FrameControl

Duration ReceiverAddress

TransmitterAddress

CRC

2 2 6 6 4bytes

FrameControl

Duration ReceiverAddress

CRC

2 2 6 4bytes

FrameControl

Duration ReceiverAddress

CRC

2 2 6 4bytes

ACK

RTS

CTS

Page 15: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.29

802.11 - Gestion MAC

Synchronisation

�Découverte d’un LAN, maintien dans le LAN

�timer etc.

Gestion de puissance

�Ne pas perdre de message en phase de sommeil

�Sommeil périodique, stockage de trames, gestion de trafic

Association/Reassociation

�integration dans un LAN

�roaming, i.e. changement de réseau, d’une AP à l’autre

�scanning, i.e. recherche active d’un réseau

MIB - Management Information Base

�Gestion, lecture, écriture

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.30

Synchronisation par balise (infrastructure)

Intervalle balise

tsupport

Point d‘accès

busy

B

busy busy busy

B B B

Valeur de la variable „temps“

B Trame balise

Page 16: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.31

Synchronisation par Balise (ad-hoc)

tsupport

station1

busy

B1

Intervalle balise

busy busy busy

B1

B Trame balise

station2

B2 B2

Délai aléatoireValeur de la variable „temps“

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.32

Gestion de puissance

Principe : éteindre la radio si possibleEtats d’une station : Eveille ou en sommeilTiming Synchronisation Function (TSF)

�stations s’éveillent au meme moment

Infrastructure

�Traffic Indication Map (TIM)

�Liste des récepteurs unicast liés à l’AP

�Delivery Traffic Indication Map (DTIM)

�Liste des récepteurs broadcast/multicast liés à l’AP

Ad-hoc

�Ad-hoc Traffic Indication Map (ATIM)

�Diffusion des récepteurs qui ont des paquets en attente

�+ compliqué - pas d’AP centrale

�collision d’ATIMs possible (problème pour réseaux peuplés)

Page 17: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.33

Low-power mode en infrastructure

Intervalle TIM

t

support

Point D‘accès

busy

D

busy busy busy

T T D

T TIM D DTIM

intervalle DTIM

BB

B broadcast/multicast

station

éveil

p PS poll

p

d

d

d Transmisson de donnéesDe et vers l‘AP

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.34

Low-power mode en ad-hoc

éveil

A Emission ATIM D Emission de données

t

station1

B1 B1

B Trame balise

station2

B2 B2

Délai aléatoire

A

a

D

d

FenetreATIM Intervalle balise

a ACK. ATIM d ACK données

Page 18: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.35

802.11 - Roaming

Pas ou mauvaise connexion:Scanning

�Scanning de l’environnement - écoute passive (balises), - écoute active : envoi de probes

Demande de réassociation

�station envoie une demande à une ou plusieurs AP(s)

Réponse de réassociation

�succès: AP répond, Terminal parle avec l’AP

�échec: continue scanning

AP accepte la demande de réassociation

�L’AP signale la nouvelle station au DS (Distribution System)

�La DS met sa base de données à jour (i.e., adresses / routage)

�Typiquement, le DS informe l’ancienne AP, qui peut libérer ses ressources

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.36

WLAN: IEEE 802.11b

Débits

�1, 2, 5.5, 11 Mbit/s, depend du SNR

�Débit effectif max. approx. 6 Mbit/s

Portée (pour une antenne omni 0dBi)

�300m extérieur, 30m intérieur

�Débit max à 10 m

Fréquence

�Bande ISM 2.4 GHz

Sécurité

�Limitée, WEP non-secure, SSID

cout

� � � � � � � � � � � � � � � � � � �

disponibilité

�Beaucoup de produits, de marques (3Com, Cisco, D-Link, …)

Temps d’établissement

�Connectionless/always on

Qualité de service

�Typ. Best effort, pas de garanties (sauf PCF, peu supporté)

Gestion

�Limitée

Avantages/Désavantages

�Avantage: bcp de produits, facile d’installation, …

�Désavantage: interférences, pas de garanties, relativement lent

Page 19: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.37

IEEE 802.11b – trames PHY

synchronization SFD signal service HEC payload

PLCP preamble PLCP header

128 16 8 8 16 variable bits

length

16

192 µs at 1 Mbit/s DBPSK 1, 2, 5.5 or 11 Mbit/s

short synch. SFD signal service HEC payload

PLCP preamble(1 Mbit/s, DBPSK)

PLCP header(2 Mbit/s, DQPSK)

56 16 8 8 16 variable bits

length

16

96 µs 2, 5.5 or 11 Mbit/s

Long PLCP PPDU format

Short PLCP PPDU format (optional)

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.38

Sélection de canaux (disjoints)

2400[MHz]

2412 2483.52442 2472

channel 1 channel 7 channel 13

Europe (ETSI)

US (FCC)/Canada (IC)

2400[MHz]

2412 2483.52437 2462

channel 1 channel 6 channel 11

22 MHz

22 MHz

Page 20: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.39

WLAN: IEEE 802.11a

débit

�6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s, dependant du SNR (et donc de la distance)

�Débit utilisateur (paquets de 1500 byte): 5.3 (6), 18 (24), 24 (36), 32 (54)

�6, 12, 24 Mbit/s obligatoire

Portée (antenne omni)

�100m extérieur, 10m intérieur

�E.g., 54 Mbit/s à 5 m, 48 à 12 m, 36 à 25 m, 24 à 30m, 18 à 40 m, 12 à 60 m

Fréquences

�Bande ISM 5.15-5.25, 5.25-5.35, 5.725-5.825 GHz

Securité

�Idem .11b

Cout

� � � � � � � � � � � � � � � �

Disponibilité

�Moins que 11 b, mais pas mal

Temps d’établissement

�Connectionless/always on

Qualité de service

�Typ. Best effort, pas de garanties (sauf PCF, peu supporté)

Gestion

�Limitée

�Avantage: compatible 802.x,

�Bande 5 GHz plus libre

�Désavantage: pas de QoSpertes plus rapides avec la distance, car fréquence plus élevée

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.40

IEEE 802.11a – trame PHY

rate service payload

variable bits

6 Mbit/s

PLCP preamble signal data

symbols12 1 variable

reserved length tailparity tail pad

616611214 variable

6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s

PLCP header

Page 21: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.41

Canaux pour 802.11a / US U-NII

5150 [MHz]5180 53505200

36 44

16.6 MHz

Fréquence centrale = 5000 + 5*numéro de canal [MHz]

canal40 48 52 56 60 64

149 153 157 161

5220 5240 5260 5280 5300 5320

5725 [MHz]5745 58255765

16.6 MHz

canal

5785 5805

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.42

OFDM en IEEE 802.11a (et HiperLAN2)

OFDM avec 52 sous-porteuses utilisées (64 au total)

�48 données + 4 pilotes

�(plus 12 sous-porteuses virtuelles pour faciliter le filtrage)

�312.5 kHz entre porteuses

Numéro de sous-porteuse1 7 21 26-26 -21 -7 -1

Fréquence centrale

312.5 kHzpilotes

Page 22: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.43

WLAN: IEEE 802.11 – développements en cours (08/2002)

802.11d: aspects légaux – terminé802.11e: MAC Enhancements – QoS – en cours

�Extension du MAC pour la qualité de service.

802.11f: Inter-Access Point Protocol – en cours

�Protocole entre points d’accès sur le système de distribution.

802.11g: débit > 20 Mbit/s at 2.4 GHz; 54 Mbit/s, OFDM – fini (ou presque) (Apple Extreme Airport)

802.11h: gestion de spectre 802.11a (DFS, TPC) – en cours 802.11i: Enhanced Security Mechanisms – en cours

�Sécurité MAC 802.11 (basé sur 802.1x).

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.44

ETSI - HIPERLAN

ETSI standard

�European standard, cf. GSM, DECT, ...

�Enhancement of local Networks and interworking with fixed networks

�integration of time-sensitive services from the early beginning

HIPERLAN family

�one standard cannot satisfy all requirements

�range, bandwidth, QoS support

�commercial constraints

�HIPERLAN 1 standardized since 1996 – no products!

physical layer

channel accesscontrol layer

medium access control layer

physical layer

data link layer

HIPERLAN layers OSI layers

network layer

higher layers

physical layer

medium accesscontrol layer

logical link control layer

IEEE 802.x layers

Page 23: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.45

BRAN – Broadband Radio Access Networks

Motivation

�deregulation, privatization, new companies, new services

�How to reach the customer?

�alternatives: xDSL, cable, satellite, radio

Radio access

�flexible (supports traffic mix, multiplexing for higher efficiency, can be asymmetrical)

�quick installation

�economic (incremental growth possible)

Market

�private customers (Internet access, tele-xy...)

�small and medium sized business (Internet, MM conferencing, VPN)

Scope of standardization

�access networks, indoor/campus mobility, 25-155 Mbit/s, 50 m-5 km

�coordination with ATM Forum, IETF, ETSI, IEEE, ....

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.46

Broadband network types

Common characteristics

�ATM QoS (CBR, VBR, UBR, ABR)

HIPERLAN/2

�short range (< 200 m), indoor/campus, 25 Mbit/s user data rate

�access to telecommunication systems, multimedia applications, mobility (<10 m/s)

HIPERACCESS

�wider range (< 5 km), outdoor, 25 Mbit/s user data rate

�fixed radio links to customers (“last mile”), alternative to xDSL or cable modem, quick installation

�Several (proprietary) products exist with 155 Mbit/s plus QoS

HIPERLINK – currently no activities

�intermediate link, 155 Mbit/s

�connection of HIPERLAN access points or connection between HIPERACCESS nodes

Page 24: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.47

BRAN and legacy networks

Independence

�BRAN as access network independent from the fixed network

�Interworking of TCP/IP and ATM under study

Layered model

�Network Convergence Sub-layer as superset of all requirements for IP and ATM

core networkATM

core networkIP

network convergence sublayer

BRAN data link control

BRAN PHY-1 BRAN PHY-2 ...

Coordination

� IETF (TCP/IP)

� ATM forum (ATM)

� ETSI (UMTS)

� CEPT, ITU-R, ... (radio frequencies)

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.48

HiperLAN2

Official name: BRAN HIPERLAN Type 2

�H/2, HIPERLAN/2 also used

High data rates for users

�More efficient than 802.11a

Connection orientedQoS supportDynamic frequency selectionSecurity support

�Strong encryption/authentication

Mobility supportNetwork and application independent

�convergence layers for Ethernet, IEEE 1394, ATM, 3G

Power save modes Plug and Play

www.hiperlan2.com

Page 25: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.49

2

3

1

AP

HiperLAN2 architecture and handover scenarios

APT APC CoreNetwork

(Ethernet,Firewire,

ATM,UMTS)APT

APT

APC

AP

MT4

MT3

MT2

MT1

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.50

Centralized vs. direct mode

MT1

AP/CCAP

MT2

data

control control

MT1 MT2data

control

Centralized Direct

MT1 MT2 +CCdata

control

Page 26: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.51

HiperLAN2 protocol stack

Higher layers

Convergence layer

Data link control - basic data

transport functionScope of HiperLAN2standards

DLC controlSAP

DLC userSAP

Radio link control sublayer

Physical layer

Radioresourcecontrol

Assoc.control

DLCconn.

control

ErrorcontrolRadio link control

Medium access control

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.52

Physical layer reference configuration

scrambling FEC coding interleaving

mapping OFDM PHY bursts(PPDU)

PDU train from DLC(PSDU)

radiotransmitter

Page 27: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.53

Operating channels of HiperLAN2 in Europe

5150 [MHz]5180 53505200

36 44

16.6 MHz

center frequency = 5000 + 5*channel number [MHz]

channel40 48 52 56 60 64

5220 5240 5260 5280 5300 5320

5470

[MHz]

5500 57255520

100 108

16.6 MHz

channel104 112 116 120 124 128

5540 5560 5580 5600 5620 5640

132 136 140

5660 5680 5700

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.54

Basic structure of HiperLAN2 MAC frames

MAC frame MAC frame MAC frame MAC frame

2 ms 2 ms 2 ms 2 ms

broadcast phase downlink phase uplink phaserandom

access phase

. . .

TDD, 500 OFDMsymbolsper frame

variable variable variable

LCH PDU type sequencenumber

payload CRC UDCH transfer syntax(long PDU)

54 byte

2 10 396 24 bit

LCH PDU type payload CRC

2 406 24

LCH transfer syntax

bit

Page 28: Réseaux locaux sans fils - iutsa.unice.friutsa.unice.fr/~deneire/cours_wlan.pdf · éseaux ad-hoc (pas de planification nécessaire) P ... santé (émission radio faible) T ... du

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.55

Valid configurations of HiperLAN2 MAC frames

MAC frame MAC frame MAC frame MAC frame

2 ms 2 ms 2 ms 2 ms

BCH FCH ACH DL phase DiL phase UL phase RCHs

. . .

BCH FCH ACH DiL phase UL phase RCHs

BCH FCH ACH DL phase UL phase RCHs

BCH FCH ACH UL phase RCHs

BCH FCH ACH DL phase DiL phase RCHs

BCH FCH ACH DiL phase RCHs

BCH FCH ACH DL phase RCHs

BCH FCH ACH RCHs

Validcombinationsof MAC framesfor a single sector AP

broadcast downlink uplink

randomaccess

Jochen Schiller, adapté par L. Deneire, cours de réseaux sans fils, IUT-GTR 6.56

Mapping of logical and transport channels

BCCH FCCH RFCH LCCH RBCH DCCH UDCH UBCH UMCH

BCH FCH ACH SCH LCH

downlink

UDCH DCCH LCCH ASCH

SCHLCH RCH

uplink

UDCH UBCH UMCH

LCH

DCCH RBCH

SCH

LCCH

direct link