13/12/2001Wireless - Donche S. & Pellegrin T.1 Wireless WLAN, MAN, HAN, PAN … Donche S. &...
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13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 1
Wireless
WLAN, MAN, HAN, PAN …
Donche S. & Pellegrin T.RICM 3éme année
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 2
Wireless
• Présentation• Fonctionnement du Wireless• Les Normes
– 802.11, Bluetooth, Dect, HomeRF …
• Comparaisons• Les Utilisations Wireless
– Havi, urban wireless …
• Conclusion
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Wireless
• But : le « tout réseaux »
• Domaines d’application – Wlan, Pan, Han…
• Secteurs concernés – Entreprises & particuliers
• Beaucoup de normes en concurrence
Enjeux économiques importants
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Wireless
• Bref historique des Réseaux–lan, wan, man, wlan, pan, han …
INTERNET
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Wireless
Les ondes contre « le tout câblé » (1/3)•Avantages des câbles
– Débit important (plus de 1 Gbit/s)– Technologie éprouvée– Nombreuses installations existantes
•Inconvénients des câbles – Installation difficile– « Tout réseaux » impossible– Réseaux difficiles à faire évoluer
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Wireless
Les ondes contre « le tout câblé » (2/3)•Avantage Wireless
– Câblage inexistant– Rapidité d’installation
•Inconvénient Wireless – Débit plus faible (1Mbit/s-> 54Mbit/s)– Interférences– De nombreuses normes wireless
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Wireless
Les ondes contre « le tout câblé » (3/3)•Des alternatives
–Utilisation du réseau électrique privé•Homeplug (150 kbit/s à 10 Mbit/s)• EDF…
–Utilisation des lignes téléphoniques privées•HomePNA (10 Mbit/s)
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Wireless
•Comparaison Technologies WirelessInfra-rouge
(THF ~100 GHz à ~1014 GhZ)
Ondes Radios(UHF – SHF ~900 Mhz à ~10 Ghz)
Avantages : - Haut débit
- Sécurité transmission
Inconvénients :- Omnidirectionnelle
- Ne passe pas les obstacles
- Problèmes à la lumière du jour et liés au temps
Avantages : - Passe les obstacles
- Non orienté (Multidirectionnel)
Inconvénients :- Perturbation
- Mauvaise sécurité des transmissions
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Wireless
Tv : ~ 100 MHz à ~ 1 GHzRadio FM : ~ 80Mhz- ~100 Mhz
Spectre des ondes : Radio Télécommunications (UHF- SHF)
900MHz 1900MHz 2400 MHz 5 GHz 10 GHz
DECTUMTS
802.11bBluetoothHomeRFTechnologies privés
802.11aHiperlan 1 Hiperlan 2
GSM
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Wireless
La bande des 2.4 GHz. •Bande de fréquence libre (ISM)•Problèmes internationaux
–Différences de largeur de bande allouée entre pays. (France Espagne et Japon différents du reste du monde).
•Saturation de la bande des 2.4 GHz•Solution utilisation de la bande des 5 GHz
Bande ISM :2.4000 GHz à 2.483 GHz
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Wireless
Exemple d’applications wireless •Mise en oeuvre du tout réseaux
- PDA, PocketPC, périphériques externes, …- TV/Video, Hifi, …- Wearable…- Pacemaker…
•Les réseaux wireless (WLan)•La domotique …
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Wireless : Fonctionnement
Fonctionnement des normes.•Les couches OSI.•Les technologies larges bandes.
–FHSS–DSSS–OFDM
•Modulation sur fréquence porteuse.–FSK
•Accès au canal de communication.
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Wireless : Fonctionnement
Fonctionnement du wireless •Standards basés sur le modèle OSI•Spécification des premières couches de ce modèle
Application
Présentation
Session
Transport
Physique
RéseauDonnéeLiason
Logical Link Control (LLC)
Media Acess Control (MAC)Couche Wireless
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Wireless : Fonctionnement
Technologies larges bandes•Développées par l’armée•Partager la bande passante entre plusieurs systèmes•Eviter les interférences•Techniques : FHSS, DSSS, OFDM …
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Wireless : Fonctionnement
Technologies larges bandes :•Technologie FHSS (frequency hopping spread spectrum ).
–Sauts entre les fréquences d’émissions –Ex : bluetooth divise la bande des 2.4 GHz en 79 canaux de 1 MHz –Sauts selon une règle pseudo-aléatoire.–Intérêts : simple, résistance aux interférences, sécurité.
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Wireless : Fonctionnement
Technologies larges bandes : FHSS
temps
Fréquence
Interférences
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Wireless : Fonctionnement
Technologies larges bandes :• Technologie DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum )– divise la bande passante en canaux (ex : 802.11b bande des 2.4
GHz séparée en 11 canaux de 8 MHz)– Intérêt : vérifications et correction d’erreurs– Conversion des bits de données en une série de bits redondant
(chip)01Signal original :
Signal étalé : Transformé en Symbole
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Wireless : Fonctionnement
Technologies larges bandes :• Technologie OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplex)– Divise la bande passante en canaux– Bits de données transmis à différentes fréquences simultanément– Signal reconstitué à partir d’une transformée de Fourier rapide– Utiliser pour les Standards wireless de haut débit (ou encore
ADSL)
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Wireless : Fonctionnement
Modulation•La modulation FSK (Frequency Shift Keying )
–But : augmenter le débit de la transmission–Des variantes sont utilisées dans les normes wireless utilisant la technique FHSS (GFSK, QFSK …)–Modulation de fréquence–Faible coût des composants
•Autres types utilisés PSK , MAQ …
(cf : Voir cours DANSOU en TS…)
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 20
Wireless : Fonctionnement
Accès au canal de communication :•Couche liaison du modèle OSI•Partage du canal de communication•TDMA, CSMA/CA.
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Wireless : Fonctionnement
Accès au canal de communication :•TDMA
–Communications synchrones–Espaces de temps alloués à chaque entités–Utilités voix et streaming–Explications :
M1 M1 M1M2M4M3M2 M3 M4 M2
Temps
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 22
Wireless : Fonctionnement
Accès au canal de communication :•CSMA / CA
–Communication asynchrone–Mécanisme d’écoute du réseaux et transmissions–Similitudes CSMA/CD (Ethernet) (Détection collisions entre paquets)
paquetM1
M3
M2 écoute
écoute
paquet
écoute
Temps
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Wireless : Fonctionnement
Accès au canal de communication :•CSMA / CA
paquetM1
M3
M2 écoute
écoute
paquet
écoute
Temps
RTS
CTS
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Wireless : Fonctionnement
Accès au canal de communication :•CSMA / CA : les paquets RTS et CTS
C
DA
B
RTS
CTS
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Wireless : Les normes
• Description des standards- DECT- 802.11- Bluetooth- homeRF- Hiperlan
• Comparaison
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 26
Wireless : Les normes
DECT•Lancement en 92 : par l’ETSI (European Telecomunication Standard Institute) Travaux commencés dans les années 80.
•But- Développer un standard de téléphonie numérique domestique
•Avantages- Gestion possible de donnée- Conçu pour une interconnexion avec d’autres types de réseaux- Coût très peu élevé (aujourd’hui Téléphones sous norme DECT 600Fr à Continent)
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Wireless : Les normes
DECT•Technologie
- Bande de fréquence 1,8 Ghz - Utilisation de slots de type TDMA- Débit : 552Kbit/s - Distance 300m pour 100 mW
•Bilan et avenir- A fait ces preuves, technologie utilisé dans HomeRF…- Grand succès en Allemagne - Futur passerelle entre GSM & UMTS- Gestion des PABX en WPABX
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 28
Wireless : Les normes
Les normes 802.11•Norme publiée en juin 97 par l’IEEE
802.11 premier standard Wireless
•Norme basée sur une topologie cellulaire
•Etablie pour 2 catégories d’architectures :- Ad-Hoc (Peer to Peer)- Infrastructure (à point accès (AP))
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Wireless : Les normes
•Le mode Ad-HocIBSS
BackBone
BSSBSS
AP
AP
•Le mode infrastructure
Possibilité de Roaming
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 30
• Premier Accès - Ecoute passive- Ecoute active
• Phase d’authentification
• Phase d’association-échange d’informations (capacité, position, synchronisation d’horloge…)
Wireless : Les normes
Déroulement d’accès à une cellule
Echange de données
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 31
Wireless : Les normes
Les normes 802.11• Divisée en plusieurs groupes de travail
802.11: a,b,c,d,e,f …
• Deux normes particulières– 802.11 b : nommée WIFI (placé en standard)
– 11 Mbit/s fréquence : 2,4 Ghz sous DSSS~ 100 mètres pour 10 mW
– 802.11 a– 54 Mbit/s fréquence : 5 Ghz sous OFDM
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 32
Wireless : Les normes
Les Problèmes de sécurité
•Accès aux ressources :Authentification par password
•Ecoute clandestine :
- Le WEP (Wired Equivalent Privacy)
Algo. :RC4 de RSA (Clé 40bits maintenant 128 bits)
Générateur de nombres pseudo-aléatoires initialisés par une clé secrète.
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 33
Wireless : Les normes
•Le type de matériel vendu (certifié WECA)- Pont d’accès- Hubs- Cartes Wireless (PCMIA, ISA, PCI, PCCARD…)
- Périphériques externes …
•Les constructeurs suivent …Apple, IBM, Intel, 3COM, Cisco, D-Link,
Nokia, Sony, Toshiba …
AP
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 34
Wireless : Les normes
•AirPort d’APPLECaractéristiques :- 802.11b- ~50m- Connexion jusqu’à 50 PC/MAC- chiffrage : 128 bits WEP- ~250$
•Carte Wireless AirPort - 802.11b- ~100 $
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 35
Wireless : Les normes
•De nombreux produits 802.11 déjà disponibles…
•Windows XP aussi 802.11…
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 36
Wireless : Les normes
•Origines : Standard créé par 5 grandes compagnies : Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba et Intel.•Positionnement : technologie sans licence de courte portée : PAN•Une technologie déjà bien implantée•Maintenant 300 compagnies …•Petits composants utilisant une faible puissance. •Certification attribuée aux constructeurs suivant les spécifications bluetooth
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 37
Wireless : Les normes
•Technique :–Transmission : Bande des 2.4 GHz–Débit : 730 Kbit/s max–Portée : max 40m–Technique FHSS : 1.6 saut/s–Gestion des communications : synchrone ou asynchrone.–Nombre de sous-réseaux en parallèle : 8
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 38
Wireless : Les normes
•les scatternets et les piconets.–Un réseau bluetooth : un piconet.–1 piconet : un maître et des esclaves (7 maximums).–Communication entre des réseaux : les scatternets.
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 39
Wireless : Les normes
Les produits•Peu de produits•Cartes PC Toshiba : 1800 Fr•Des Périphériques•Adaptateurs Port USB, séries, parallèles
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 40
Wireless : Les normes
Les produits•Cartes PocketPC : 179 $•Téléphones
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 41
Wireless : Les normes
•Conclusion–Technologie pour les WPAN –Connections de Périphériques, PDA, mobiles …–Trop limitée pour réaliser un WLAN.–En perte de vitesse.–Dans l’avenir : une nouvelle norme bluetooth 2:
•Portée : 100m•Débit : 10 Mbit/s
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 42
Wireless : Les normes
•Origines : technologie de Proxim qui compte en soutient Motorola, Compaq, et Intel.•Positionnement : le marché des particuliers•Un protocole hybride :
–Utilise la norme DECT : transfert de la voix (TDMA)–Utilise la norme 802.11 : transfert de données (CSMA/CA)
•Permet de multiples canaux de voix
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 43
Wireless : Les normes
•Technique :–Réseaux : ad-hoc et à point d’accès–Transmission : Bande des 2.4 GHz–Débit : HomeRF1 1,6 Mbit/s ou HomeRF2 10 Mbit/s –Portée : environ 100m–Technique FHSS : 50 saut/s–Clé de 128 bit (système 32 bit IV)
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 44
Wireless : Les normes
•Les produits :–Faible coût ???–Gamme symphonie de Proxim
•Cartes PC : 100$•Adaptateurs USB•Stations de base (gateway) : 200$
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 45
Wireless : Les normes
•But : devenir le leader chez les particuliers•Facilité de mise en oeuvre.•Petit coût.•Peut devenir un standard ??
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 46
Wireless : Les normes
•Présentation–Standard européen initié par l’ETSI–2 normes : hiperlan1 et hiperlan2 –Hauts débits
•Technique–Bande des 5 Ghz –Utilisation de OFDM, TDMA–Sécurité : DES,3DES
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 47
Wireless : Les normes
•HiperLan 1–Réseaux ad-hoc–débit de 20 Mbit/s
•HiperLan 2 –Réseaux à points d’accès–débit de 54 Mbit/s
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 48
Wireless : Les normes
•Avantages : –Soutiens d’entreprises comme nokia, ericsson, dell, bosch.–Norme acceptée par l’ART en France
•Inconvénients : –Norme européenne avec peu de soutiens pour le marché américain–Premiers produits disponibles début 2002
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 49
Wireless : Comparaison
Normes Bande (GHz)
débit portée marché dispo
bluetoothbluetooth 2.4730 Kbit/s
max40 m PAN
Premiers
produits
802.11802.11aa 5 54 Mbit/s 100 m
et plusWLAN
Beaucoup
de produitsbb 2.4 11 Mbit/s
hiperlanhiperlan11 5 20 Mbit/s
100 m WLAN prototypes22 5 54 Mbit/s
homeRFhomeRF 2.4 1,6 - 10 Mbit/s 100 mWLAN,
HAN
Premiers
produits
Tableau récapitulatif
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 50
Wireless : Comparaison
Comparaison aspects commerciaux :
• 802.11 très implanté au USA– réseaux publiques, wild Wireless…– 2005, 90 % des portables équipés WIFI (Gartner Group)
•De nombreuses critiques sur bluetooth (portée, débit).
•homeRF en recul.
•Demain : lutte entre 802.11a et hiperlan sur les hauts débits
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 51
WirelessMiddleware disponible
•Standard d’architecture d’applications réparties entre les appareils digitaux de la maison•Norme créé par de grands industriels de l’électronique•gestion flux audio et vidéos.•Indépendante des langages et des systèmes d’exploitation.•Communication : utilisation d’un bus à messages•Support : connexion firewire (IEEE 1394)•Technologie compatible avec les technologies wireless
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 52
Wireless
Middleware disponible
•API java de développement•Exemples d’application
–Transmission des données d’un caméscope sur la télévision–Diffusion d’un film pour toute la maison
•Conclusion : –nécessité d’être un standard.–Le « tout réseaux »
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 53
Wireless
Le Wireless en France - Organisme de régulation l’ART- Utilisation interdite en milieu ouvert (distante > 100 m)- Sans autorisation :
Particulier, immeuble … Avec puissance réduite
Fréquences Puissance
- 2 normes reconnues Bluetooth et Hiperlan- Réseau publique interdit jusqu’en 2004 ??
2400-2483,5 MHz2446,5-2483,5 MHz
10 mW100 mW
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Wireless
La communauté Wireless dans le mondehttp://www.toaster.net/wireless/community.html
Seattle Wireless-Gratuit, réalisé par des bénévoles-Conseils pour créer des nodes, antennes…-BUT : Créer un MAN libre, et développer un réseau Internet entièrement gratuit
-Utilisation de 802.11b à l’aide d’algorithme de routage RSPF…
-Concurrent des réseaux cellulaire (UMTS, GPRS) …
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 55
Wireless
• Nombre de nodes : 128 (au 13/12/2001)•Utilisateurs : ????
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 56
Wireless
Conclusion •Marché de 1.6 milliards $ en 2000 -> 4.6 milliards $ en 2005
•Aspects commerciaux : une guerre des normes, il ne pourra en rester qu’une …
•Saturation de la bande des 2.4 Ghz
•Pour quand le « tout réseaux »…
13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 57
Wireless
•responsable scientifique: Claude Castelluccia •thème: Ce séminaire fera le point sur les technologies de réseaux sans fils, et abordera également le sujet de la sécurité de ces réseaux.
Séminaire In’Tech 24/01/2002 à 14h à l’INRIA
http://cgi-serv.inrialpes.fr/intech/Registration