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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...)