Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.
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Vincent Barreaud
Les réseaux mobiles
cours réseaux chapitre 5
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Les technologies sans Fils
La technologie commune
Réseaux informatique
Réseaux télécoms
Réseaux satellitaires
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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, ...
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Technologies Communes
1865 : James Clerk MAXWELL:
l'électromagnétisme
1888: Heinrich Rudolph HERTZ: les ondes
Ondes radios: radio, télévision...
... et données
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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
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Transmission
Contraintes de la transmission bande étroite:
partage
chemin multiples
Étalement de spectre : Partage et robustesse
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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
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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
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802.11 : couche physique
CDMA
Étalement de spectre par sauts de fréquence
Étalement de spectre à séquence directe
Technologie infra rouge
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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.
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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)
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802.11 : couche liaison de données
LLC et MAC
MAC:
CSMA/CA (DCF) ou PCF
Contrôle d'erreur (a l'opposé d'ethernet)
Fragmentation
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La technologie infrarouge
aussi dans 802.11
onde lumineuse non dissipatif: sécurisé
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Optimisations
Modulation de phase (Phase Shift Keying)
Complementary Code Keying
Packet Binary Convolutionnary Code
OFDM (802.11a)
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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
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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
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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
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Routage dans un réseau Ad Hoc 2
Relayage
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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
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Routage dans un réseau Ad Hoc 4
Protocoles Pro-actifs
DSDV
FSR
...
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Routage dans un réseau Ad Hoc 5
Protocoles Réactifs
AODV
DSR (Routage à source dynamique)
...
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• 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
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Le sans fil : La portée et les débits
![Page 24: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/24.jpg)
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
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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)
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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)
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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
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BlueTooth 2/2
Synchrone ou asynchrone
Réseau PICONET
7 esclaves actifs et 255 parked
Communication direct M/E
Synchronisé par le maître
Réseau SCATTERNET
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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)
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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
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WMAN
WiMax : IEEE 802.16 et offre un débit utile de 1
à 10 Mbit/s sur 4 à 10 kilomètres (opérateurs).
![Page 32: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/32.jpg)
WWAN
C'est le réseau cellulaire mobile
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Sans fils télécoms
Historique 1G / 2G / 2,5G / 2,75G / 3G ...
![Page 34: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/34.jpg)
Architecture d’un réseau GSM
BSS
?
NSS
?
BSC
BTS
AuCHLR
VLR
RéseauCommutéPublic
MSC
BSS - « Sous-système radio » NSS - « Réseau cœur »
Micro BTS
![Page 35: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/35.jpg)
Architecture, suite:
Base Station Controler
Mobile Switching Center
Network Station Subsystem
Home Location Register
Visitor Location Register
Equipement Identity Register
Autentification Center
![Page 36: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/36.jpg)
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
![Page 37: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/37.jpg)
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
![Page 38: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/38.jpg)
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
![Page 39: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/39.jpg)
Architecture d’un réseau GPRS
Paquet
GSM+GPRSSGSN
Réseaufédérateur
GPRS
GGSN
MobileGPRS
Circuit
BSS
HLR
Internet
Service Passerelle
RéseauCommutépublic
MSC
![Page 40: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/40.jpg)
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.
![Page 41: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/41.jpg)
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
![Page 42: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/42.jpg)
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
![Page 43: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/43.jpg)
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
![Page 44: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/44.jpg)
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.
![Page 45: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/45.jpg)
Satellites
![Page 46: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/46.jpg)
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
![Page 47: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/47.jpg)
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
![Page 48: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/48.jpg)
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
![Page 49: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/49.jpg)
Interconnexion de réseaux :
services satellites LEOLEO : low earth orbit
orbite : 450 à 1650 km
délai : 0,03 s
applications :
voix (mobiles),
données
![Page 50: Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081505/551d9d8d497959293b8c3168/html5/thumbnails/50.jpg)
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...)