Réseaux sans ﬁ l - emse.frboissier/enseignement/uc04/pdf/chambon.sansfil.pdf2001 : GPRS (General Packet Radio Service) 20-30 Kb/s => 250 Kb/s (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)

Sans-fil janvier 2005

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------J-F CHAMBON - Ecole Nationale Supérieure des Mines - 42023 SAINT-ETIENNE CEDEX 2

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03/02/2002

Réseaux sans fil

Sans-fil - 1 janvier 2005



Différents média

• Infrarouge– ne traverse pas les parois opaques aux IR– respect des angles d'émissions

• Laser– débit important– liaisons point à point

• Radio– Cadre réglementaire contraignant– Portée de 100 m à quelques km




Intérêt du «sans fil»

• Utilisation croissante des terminaux portables en milieu industriel et logistique,

• Besoin d'un accès permanent des populations nomades au système d'information de l'entreprise,

• Réaliser des installations temporaires (réunions),

• Mettre en place des réseaux en un temps très court,

• Eviter le câblage de locaux, de liaisons inter-bâtiments,

etEviter la dépendance de la «boucle locale» (WMAN ?).




Panorama

Débit

Portée10 Kb/s

100 Kb/s

1 Mb/s

10 Mb/s

100 Mb/s

Réseauxsans fil

Réseaux

sans filpersonnel

Bluetooth

HiperLAN2IEEE 802.11a

IEEE 802.11b

IEEE 802.11

UMTS

GSM

Réseaux cellulaires3ème Gén

Réseaux cellulaires2ème Gén




Téléphonie mobile

• 2

ème

génération : passage au numérique1990 : GSM (

Global System for Mobile Communication

)fréquences 900 et 1800 MHz, débit 9,6 Kb/s

• 2,5 G2001 : GPRS (

General Packet Radio Service

)20-30 Kb/s => 250 Kb/s (

Enhanced Data Rate for GSM Evolution

)la voix continue de transiter sur le réseau GSM

• 3

ème

génération 2004 UMTS (

Universal Mobile Telecommunications System

) W-CDMA (

Wideband Code Division Multiple Access

)fréquences 1900-2200 MHz, débit 2 Mb/s




Architectures

ad-hoc

Chaque noeud peut transmettredirectement à un autre noeud




Architectures

avec point d’accès

Chaque noeud

un point d’accèscommunique via

(infrastructure)




Architectures

ad-hoc multisaut

Chaque noeud joue le rôlede routeur




��

��

MHz 500 1000 1500 2000 2500 5 GHz

400 MHzRadiotéléphoneanalogique

410/430 MHz 3RD

846/868 MHzBi-Bop CT2

1880/1900 MHz DECT

2.400 GHzETS300/328norme réseaux locaux SST

5 GHzHiperlan

169,4 à 169,8 MHzRadiomessagerie

414/424 MHzMobipac

935/960 MHz GSM

1710/1785 MHzDCS 1800

3RD Réseaux Radioéléctriques Réservés aux donnéesCT2 Cordless telephone 2nd generationDECT Digital European Cordless TelecommunicationGSM Global System for MobileDCS 1800 : variante GSM

J-Paul GAUTIER (Formation ARS)




Normalisation

1997 : HiperLAN type 1 24 Mb/s 5 GHz (ETS 300 652)

1997 : IEEE 802.11 Ethernet sans fil1 ou 2 Mb/s infrarouge

radio (2,4-2,5GHz)

1999 : IEEE 802.11b 5,5 ou 11 Mb/s 2,4465 - 2,4835 GHzIEEE 802.11a 54 Mb/s 5 GHz

2000 : HiperLAN type 2 54 Mb/s 5 GHz (ETS 101 xxx)

2000 : Bluetooth 1 Mb/s 2,4 GHz (Spec.Int.Grp)




Techniques de transmission

On retrouve :

Modulation de phaseBinary Phase Shift Keying (0,1)Quadrature Phase SK (00,01,10,11)

Modulation de fréquenceFrequency SKGaussian Minimum SK (dans GSM et HiperLAN-1)




Problèmes rencontrés

particulièrement en milieu confiné

Atténuation du signal - dépend de la fréquence, de la distance, des obstacles

Déformation - fading du fait des obstacles (réflexions, diffraction)=> diversité spaciale (2 antennes)

Trajets multiples : interférences du signal avec lui-même=> • équalisation (trt sur les données reçues après apprentissage)

• étalement du spectre par saut de fréquence (cyclique)• modulation multiporteuse (802.11a et HiperLAN-2)

Globalement, taux d’erreur plus élevés que le câble=> codes auto correcteurs et entrelacement




Problèmes rencontrés

et ...

• Réglementation relative aux transmissions radio-électriques : ART

• Diffusion non contrôlable => sécurité







Autres problèmes spécifiques

• pas de diffusion fiable (capture, collisions cachées,...)

• limite de portée => défauts de connectivité

• détection difficile (impossible) des collisions (affaiblissement du signal reçu)




Solution (?)

• CSMA : oui, avec accusé réception (pour le trafic point à point)

• jeton : pas envisageable (gestion de l’anneau virtuel)

• réservation : gérée par une station maître, mais- chaque station doit être vue du maître- difficulté d’existence de plusieurs maîtres

• détection de collision (on ne sait pas "s’écouter" en radio)- par accusé réception (dans 802.11)- par signalement actif (clé aléatoire)

• signal d’occupation (sur une autre fréquence)




IEEE 802.11

2 modes de fonctionnement :avec point d’accès (Basic Service Set)

possibilité de plusieurs BSS reliés par un réseau (ESS)ad-hoc (Independent Basic Service Set)

Services de base :authentification/désauthentificationacheminement des tramessécurité (chiffrement)




IEEE 802.11

Services complémentaires :association/désassociation (attachement à la base)distribution (relayage inter-station)intégration (accès via le fil)




Services MAC

• échange de trames sans connexion - type «best effort»

• trames «temps réel» (optionnel)

• confidentialité : Wired Equivalent Privacy

• reséquencement




Adresse

à point d’accès :

adresse BSS = adresse MAC du point d’accès

ad-hoc :

adresse IBSS = adresse MAC locale (individuelle)

bit universel / local = 1bit individuel / groupe = 0on choisit les 46 bits restants




Techniques d’accès au canal

accès à compétition + réservation (optionnel)

CSMA

+

• AR pour le point à point• mécanisme de retransmission (non réception de l’AR)

• réservation du canal (échange de trames de contrôle : RTS/CTS)Virtual Carier Sence => attente de Network Allocation Vector




Intertrames

SIFS : (Short Inter-Frame Spacing) courteDIFS : (Distributes Inter-Frame Spacing) accès distribuéPIFS : (Point Coordination Inter-Frame Spacing) accès contrôlé

SIFS

PIFS

DIFS

DIFS

Accès différé Sélection d’un slotdécrémentation tantque le support

est libre

Support occupé Bakoff Window Trame suivante

Contention Window

Slots Time

arrivée d’une trameà transmettre

report de la transmission




Accusé réception

Source

Destination

Autre station

ACK

Paquet

DIFS

DIFS

SIFS

Fenêtre decollision

Fenêtre decollision




Fragmentation / réassemblage

Utilisation de fragments petits parceque :

• le taux d’erreur / bit est grand en radio• la retransmission est moins coûteuse• saut de fréquence (20 ms) => pas d’interruption de transmission

La trame totale reste grande (compatibilité avec les autres protocoles)

Un nouveau fragment est envoyé :• après réception d’un ACK• abandon de la transmission (trop d’échecs)




Chiffrement WEP

Clé vecteurd’initialisation

40 24RC4

séquence aléatoire

CRCDonnées chiffrées

Données utilisateur

XOR+




Synchronisation

• Toute station maintient une horloge synchronisée

• Indispensable pour mode sans contentionéconomie d’énergiesauts de fréquence

=> Réalisé par l’envoi de balises

=> On ne prend pas en compte un temps plus ancien




Format des trames

3 types :trames de gestiontrames de contrôletrames de données

Données CRCAdr 4Adr 3Adr 2Adr 1

0 - 23126266622 4

Durée

Champ de contrôle




Trames de contrôle

46622Ctrl Durée Dest Source CRCRTS

CTS

4622Ctrl Durée Dest CRC




Trames de gestion

• Association dans un réseau type infrastructure

• Interrogation (présence d’un réseau dans le voisinage radio)

• Authentification

• Balises (maintien de l’horloge synchronisée)




IEEE 802.11 b

Extension améliorant le débit : 5,5 Mb/s et 11 Mb/s

Utilise aussi la bande 2,4-2,5 GHz

En fait, elle coiffe la norme 802.11




IEEE 802.11 a

Extension améliorant le débit : 6 Mb/s à 54 Mb/s

Bande de fréquence : 5 GHz

Pour atteindre ces objectifs, utilisation de nb techniques :modulation de phasetransmission par multiporteuse (OFDM)codage convolutionnelentrelacement




IEEE 802.11 e et i

Extensions améliorant :les qualités de servicela sécurité




HiperLAN-1(pour mémoire)

High PErformance Radio LAN

• Système d’accès multiple doté de priorités=> temps réel

• Possibilité d’extension du réseauun noeud peut relayer une trame qui ne lui est pas destinée




HiperLAN-2

HIgh Performance Radio LAN 2.0élaborée par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

• Comme le type 1 : gamme des 5 GHz (entre 5 150 et 5 300 MHz)

• Débits de 54 Mb/s

• Particularité : couches de convergenceréseaux paquets Ethernet, IP, PPP,...réseaux à cellules ATMcellulaires G3 UMTS




Bluetooth

Norme 802.15• Ericsson (1994), Bluetooth SIG (juillet 1999)• 1 Mb/s => 20 Mb/s (802.15.3 en développement)• Plusieurs classes d’équippement, fonction de la puissance

100 mW < 100 mètres2,5 mW 15-20 mètres1 mW 10 mètre

• Architecture centralisée1 maître jusqu’à 8 esclaves (piconet)Polling




Sécurité : WPAWi-Fi Protected Access

• Protocole de sécurisation => remplace WEP trop fragile

• TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) génère régulièrement de nouvelles clés dynamiques

• ajoute un mécanisme d’authentification (extension de PPP)

=> WPA2 (IEEE 802.11i)




WAPWireless Application Protocol

• Définit la façon par laquelle les terminaux mobiles accèdent à des services Internet.

• Structuration du document : WML (Wireless Markup Language) dérivé de HTML, puis XHTML (dans la version 2).• langage de script (WMLScript).• sécurisation du transport (techno SSL).

• WAP Forum (équivalent au W3C).




i-mode

• Concurrent du WAP (?)• permet d'envoyer des courriers électroniques entre abonnés• Langage cHTML (pas de gras ni d’italique, pas de javascript)• lancé au Japon en février 1999 par NTT DoCoMo• Aliance :

Bouygues Telecom (France) Telefonica (Espagne)E-Plus (Allemagne) Base (Belgique)KPN (Pays-Bas) Wind (Italie)O2 (UK) MTS (Russie)

Réussite commerciale.




Bibliographie

Monter un réseau sans filOlivier Pavie - CampusPress

Wi-Fi par la pratiqueDavor Males, Guy Pujolle, Olivier Salvatori - Eyrolles

Montez votre réseau sans fil Wi-FiThomas gee - Micro Application

Wi-Fi, déploiement et sécuritéAurélien Géron - Dunod

Le guide du Wi-Fi et du BluetoothGuy de Lussigny, Joanna Truffaut, B. Grossier - CampusPress

Le guide officiel WAP 1.2Wap Forum - Eyrolles




Documentation

www.bluetooth.org/www.wi-fi.org/www.hiperlan2.com/

Documents

Réseaux sans ﬁ l - emse.frboissier/enseignement/uc04/pdf/chambon.sansfil.pdf2001 : GPRS (General Packet Radio Service) 20-30 Kb/s => 250 Kb/s (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)