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Réseaux mobiles et réseaux sans fil Khaldoun Al Agha

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Présentation au sujet: "Réseaux mobiles et réseaux sans fil Khaldoun Al Agha"— Transcription de la présentation:

1 Réseaux mobiles et réseaux sans fil Khaldoun Al Agha

2 Introduction

3 Les grandes directions Télécom – Le réseau téléphonique – Le RNIS – Le multimédia Informatique – L interconnexion d ordinateurs – L interconnexion de réseaux (Inter Net) – L Internet – La parole et la vidéo Câblo-opérateur – La vidéo de type télévision – Intégration canaux téléphoniques et accès à Internet

4 La convergence ,000 (millions) Voix sur réseau Fixe Voix sur réseau Mobile Internet

5 Applications communes et portails multi-accès Internet MobileInternet Fixe Applications haut débit La convergence des applications Toujours connecté et disponible + Localisation Peut-il y avoir des applications communes?

6 Réseaux de mobiles

7 Introduction Sans fil et mobile SystèmeSans filMobile GSMxx IS95xx UMTSxx TCP/IP-- IP-mobile-x ATM-- DECT (sans cordon)x-

8 Appel sur fixe Switch PSTN Décrocher Tonalité Numéro Indication de sonneries Indication dappel Décrocher Conversation Arrêt de sonneries

9 Architecture cellulaire

10 Localisation

11 Paging

12 Appel sur mobile System information Indication dappel AppelantBS SwitchAppelé System information Requête de service Indication dappel Requête de paging Diffusion paging Réponse de paging Réponse Allouer ch.102 Allouer ch.12 Se régler sur 102 Se régler sur 12 Sonnerie Réponse Arrêter sonnerie Conversation

13 Méthode daccès temps fréquence code TDMA temps fréquence code FDMA temps fréquence code CDMA

14 Un bit Un chip TbTb TbTb TcTc Bit rate:Chip rate: Processing Gain : CDMA Un bit Un chip

15 Mobilité et débit UMTS IEEE DECT Mobilité GSM satellite 10kb/s500k/s10Mb/s150Mb/s Global Cellulaire Intérieur 2Mb/s 4ème génération IEEE IEEE IEEE UMTS

16 GSM-GPRS-EDGE

17 GSM CEPT : création du standard GSM (Groupe Spécial Mobile) Système analogique : 5 interfaces radios différentes But : roaming international, services indépendants du réseau utilisé – un seul tél en Europe 1987 : – une seule interface radio : Hybride Fréquence/Temps – infrastructure basée sur le SS7 (Signaling System Number 7) 1990 : ETSI => memorandum of understanding concernant les services commerciaux et les arrangements entre opérateurs

18 GSM

19 ... BTS UmUm UmUm BSC A bis Base Station System SIM MSC A

20 Trame f t 1 slot = 156,25 bits = 577 s 1 trame = 1250 bits = 4,6 ms DOWN UP 200 kHz 45 MHz 1.73 ms

21 Chiffrement RAND 128 bits Ki up to 128 bits A3, A8 SRES 32 bits Kc 64 bits Frame number 22 bits A5 Encryption mask 114 bits Data 114 bits Ciphered data 114 bits

22 GPRS General Packet Radio Service – mode paquet Objectifs – support pour un bursty trafic – utilisation efficace des ressources radio – accès temps rapide (0.5 à 1 sec) – connectivité sur INTERNET – coexistence avec GSM (parole)

23 Trafic WEB

24 GSN Deux nœuds : – SGSN : Serving GPRS Support Node connection avec la station de base (relais de trame), semblable au MSC – GGSN : Gateway GPRS Support Node connection avec les réseaux de type paquet « INTERNET » – Encapsulation des paquets avec le protocole GPRS (tunneling) – Sécurité : assurée par le SGSN, comme dans GSM

25 Architecture

26 Exemple de routage

27 Fonctionnement Terminal : A, B ou C TBF : Temporary Block Flow TFI : Temporary Flow Identity PDP : Packet Data Protocol – Adresse IP 3 classes de service : haute, normale et basse

28 Interface radio

29 GSM et GPRS GSM = 1 slot = 9,6 ou 11 ou 14 Kbit/s GPRS = X + Y Par exemple pour un total de pour un total de pour un total de 5 GSM = n slot à 9,6, 11, ou 14 Kbit/s

30 EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution État de la liaison Adaptation du lien Modulation 8-PSK (3 fois plus que GSM)

31 8-PSK i A p Méthode de GRAY

32 Par rapport à GSM Débit physique par slot : 69 Kb/s Canal de trafic : E-TCH MCS : Modulation and Codage Scheme

33 UMTS

34 Evolutions des technologies GSM PDC IS-136 IS-95 IS-41GSM-MAP 3G 2G E-GPRSW-CDMA cdma2000 UWC-136 UTRA

35 UMTS/IMT2000

36 Architecture User Equipment UTRAN Core Network UuUu IuIu

37 Architecture

38 Circuit GSM BTS GSM BSS GSM BTS HLR AUC MSC/ VLR GMSC Réseau à Commutation De circuit Internet IP Internet IP SGSN GGSN Réseau à transfert de paquets BS Iub UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network Iur UMTS RNC UMTS RNC UMTS Réseau cœur

39 Internet IP Internet IP SGSN GGSN Réseau à transfert de paquets BS UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network UMTS RNC UMTS RNC UMTS Réseau cœur ATM/AAL2

40 Internet Télécom Internet Télécom BS UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network UMTS RNC UMTS RNC UMTS Réseau cœur Réseau Sans fil Réseau ad hoc Hot Spot Réseau Sans fil Réseau Sans fil

41 Réseaux de mobiles 3è génération – IMT 2000 (International Mobile Telecommunication for the year 2000) UMTS (Europe) UMTS TDD W-CDMA (Japon) UMTS FDD Cdma 2000 (USA) EDGE (USA) – UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) faible mobilité: 2 Mbit/s forte mobilité: 64 Kbit/s

42 UMTS Fréquences – autour de 2GHz : bande de 230MHz Bandes appairées (120MHz) : et FDD/W- CDMA Bandes non appairées (50MHz) : TDD/TD-CDMA Satellites (MSS) : 60 MHz Débit prévisible à forte charge : faible de 30 à 50 Kbit/s

43 Réseaux sans fil

44 Bandes sans licence 30 Hz300 Hz3 KHz 30 KHz 300 KHz3 MHz 30 MHz 300 MHz3 GHz 30 GHz 3 GHz4 GHz 5 GHz1 GHz2 GHz6 GHz ISM : Industrie, Science et Médecine UNII : Unlicensed National Information Infrastructure UHFSHF Ultra High Frequency Super High Frequency Super High Frequency Satellite Radar WLAN WMAN FM, TV GSM WLAN Etc … UHFSHF GSM : Global System for Mobile Communications

45 Radio Spectrum 100 Mhz Ghz Ghz a HiperLan II 83.5 Mhz 2.4 Ghz Ghz b Bluetooth Four à microondes 12cm 5cm 200 Mhz 5.35 Ghz 5.15 Ghz

46 Les catégories de réseaux WPAN Wireless Personal Area Network WLAN Wireless Local Area Network WMANWireless Metropolitan Area Network WWAN Wireless Wide Area Network 1 m10 m100 m1 km10 km100 km réseaux métropolitain Réseaux personnel Réseaux locaux Réseaux étendus

47 Standards pour les réseaux sans fils PAN – IEEE (WiMedia) IEEE Bluetooth IEEE UWB IEEE ZigBee WLAN – IEEE (Wi-Fi) IEEE b IEEE a IEEE g IEEE n – HiperLAN WMAN – IEEE (WiMAX) IEEE a IEEE b – IEEE (MBWA)

48 Capacité Complexité PAN / WLAN / WMAN n b802.11g a

49 Réseau ad hoc Auto-organisation Spontané Pas de système dadministration Sur batterie Chaque noeud est un routeur

50 IEEE WPAN: Wireless Personal Area Network Bluetooth

51 Qui est Bluetooth? Harald Blaatand « Bluetooth » II – Roi du Danemark ( )

52 802.15x Les différents x – ou Bluetooth – – ou UWB – ou ZeegBee

53 Bluetooth Technologie pour remplacer les câbles Débit inférieur à 1 Mbit/s Une dizaine de mètres Faible puissance Coût très bas

54 Bluetooth Radio Link Saut de fréquence –2.402 GHz + k MHz, k=0, …, 78 –1,600 sauts par seconde 1 Mbit/s... 1Mhz Mhz

55 Bluetooth Fréquences entre et 2 483,5 Mhz 79 canaux dune largeur de 1 Mhz. – Ces fréquences ne sont pas disponibles dans tous les pays et en France, au Japon ou en Espagne seulement 23 fréquences sont accessibles. Piconet de 8 utilisateurs – 1 maître et 7 esclaves (technique de polling)

56 Téléphone Bluetooth

57 Piconet PDA téléphone souris

58 Scatternet PDA téléphone Casque sans fil téléphone PDA téléphone souris

59 Bluetooth

60 IEEE / Wi-Fi

61 Le standard IEEE Couche 1 : Physique Couche 3 : Réseau Couche 4 : Transport Couche 2 : Liaison de données Couche 5 : Session Couche 7 : Application Couche 6 : Présentation Couche 1 : Physique Couche 3 : Réseau Couche 4 : Transport Couche 2 : Liaison de données Couche 5 : Application Ethernet, Wi-Fi, Fibre optique, etc … TCP/IP IEEE Standard dorigine (1990 – 1997) But : Développer une couche physique et une couche liaison permettant doffrir une connectivité sans fil à toute station aussi bien fixe que mobile Débit : 1 et 2 Mbits/s dans la bande ISM (2,4 GHz) HTTP, mail, etc … Modèle ISO Modèle TCP/IP

62 Amendements à IEEE Couche Physique – b (1999) - Vitesse jusquà 11 Mbit/s (bande ISM) b+ (2002) - Vitesse jusquà 22 Mbit/s (bande ISM) – a (2001) - Vitesse jusquà 54 Mbit/s (bande UNII) a 2x mode - Vitesse jusquà 108 Mbit/s (bande UNII) – g (2003) - Vitesse jusquà 54 Mbit/s (bande ISM) g 2x mode - Vitesse jusquà 108 Mbit/s (bande ISM) – n (2005/2006) - Vitesse jusquà 108 Mbit/s voir 320 Mbit/s Couche Liaison de données – e (2003) - Qualité de service – i (2003) - Amélioration de la sécurité – f (2003) – Gestion des handovers

63 Wi-Fi Alliance (1/3) Wi-Fi Alliance : Organisme qui regroupe les principaux acteurs du marché sans fils dans le monde Son but : – promouvoir Wi-Fi comme standard international pour les réseaux sans fil – garantir linteropérabilité des produits Wi-Fi (Wireless Fidelity) – garantir la sécurité dans Wi-Fi (WPA)

64 Wi-Fi Alliance (2/3) Wi-Fi : programme de certification – Tests visant à labelliser tout type déquipement basé sur le standard Cartes Point daccès – Matériel de référence : Orinoco, Cisco, Intersil But : Permettre linteropérabilité entre tous les équipements Wi-Fi

65 Wi-Fi Alliance (3/3) WPA (Wi-Fi Protected Access) – Certification pour la sécurité – Architecture de sécurité basé sur lutilisation de 802.1x et TKIP – Sera compatible avec IEEE i Wi-Fi Zone – Certification pour les hot spots Déploiement Fiabilité Sécurité

66 Basic Service Set (BSS) BSS Caractéristiques principales : Nom de réseau (SSID) Canal de transmission Mécanismes de sécurité Topologie

67 Réseau dinfrastructure (ESS) BSS ESS Système de distribution BSS Caractéristiques principales : Nom de réseau (SSID) Canal de transmission Mécanismes de sécurité Topologie Internet

68 Réseau en mode ad hoc (IBSS) IBSS Caractéristiques principales : Nom de réseau (SSID) Canal de transmission Mécanismes de sécurité Topologie

69 Equipements : Cartes

70 Wi-Fi embarqué En 2004, plus de 80 % du marché des portables seront équipés de cartes Wi-Fi embarqués Depuis 2003, les PDA sont équipés de Wi-Fi embarqués

71 Equipements : Point daccès

72 Equipements : Antenne

73 Architecture détaillée Réseau Wi-FiRéseau Wi-Fi5 Ethernet Alimenté (PoE) AP controller Power System Gestion des handovers Configuration dynamique des points daccès Wi-Fi et Wi-Fi5

74 Topologies du réseau (1/2) BSS ETHERNET

75 Topologies du réseau (2/2) BSS

76 La réglementation française Aucune demande dautorisation – A lintérieur des bâtiments Bande 2,400 – 2,4835 GHz, puissance 100 mW – A lextérieur des bâtiments Bande ,454 GHz, puissance 100 mW Bande 2,454 – 2,4835 GHz, puissance 10 mW Autorisation nécéssaire pour une utilisation complète de la bande des 2,4 GHz

77 802.11b et g Bande ISM Bande divisée en 14 canaux de 20 MHz La transmission ne se fait que sur un seul canal Superposition de 3 réseaux au sein dun même espace Débits compris entre 1 et 11 Mbit/s Mécanisme de variation de débits selon la qualité de lenvironnement radio 2,4 GHz 2,4835 GHz Canal 1Canal 7Canal 13 83,5 MHz

78 Affectation des canaux (1/2) 10 à à 131 à 11 Nombres de sous canaux utilisés Pays Etats-UnisEuropeJaponFrance Canal 10 Canal 11 Canal 12 Canal 13 2,4835 GHz 2,4465 GHz 37 MHz

79 Affectation des canaux (2/2)

80 Zone de couverture (1/3) Dépend de lenvironnement – Les murs – Les meubles – Les personnes Distance entre les équipements du réseau Interférences – Autres réseaux Wi-Fi – Bluetooth – Les fours micro-ondes – Autres équipements utilisant la bande ISM

81 Zone de couverture (2/3) A lintérieur des bâtiments A lextérieur des bâtiments Vitesses (Mbits/s)Portée (Mètres) Vitesses (Mbits/s)Portée (Mètres)

82 Zone de couverture (3/3)

83 802.11a Bande UN-II (5GHz) Largeur de la bande : 300 MHz Basé sur OFDM Débits compris entre 6 et 54 Mbits/s Certaines technologies permettent datteindre 108 Mbits/s 5,15 GHz5,20 GHz5,25 GHz5,30 GHz5,35 GHz5,725 GHz5,775 GHz5,825 GHz LowMiddleHigh 40 mW200 mW800 mW IntérieurExtérieur Domaines dapplications Puissance Bande U-NII Fréquences

84 Les canaux de a 8 canaux de 20 MHz Co-localisation de 8 réseaux au sein du même espace 5,18 GHz5,2 GHz5,28 GHz5,22 GHz5,24 GHz5,26 GHz5,3 GHz5,32 GHz 5,35 GHz5,15 GHz 2,4835 GHz 200 MHz CanalFréquence (en GHz) 365,18 405,20 445,22 485,24 525,28 565,30 605,32

85 Affectation des canaux

86 802.11a - Zone de couverture A lintérieur des bâtiments Vitesses (Mbits/s)Portée (Mètres)

87 Amendements x b - Vitesse de 11 Mbits/s (bande ISM) a - Vitesse de 54 Mbits/s (bande UN-II) g - Vitesse de 20 Mbits/s (bande ISM) e - Qualité de service f – Handovers i - Amélioration de la sécurité

88 Sécurité dans Wi-Fi Accès au réseau – Service Set ID (SSID) : équivalent au nom de réseau – Access Control List (ACL) : basé sur les adresses MAC Wired Encryption Privacy (WEP) : Mécanisme de chiffrement basé sur le RC4 Nouvelle sécurité : TKIP (Temporal Key Integrity Protocol (formerly WEP2) ), 802.1x et carte à puce

89 IEEE e Qualité de service Téléphone IEEE Algorithme daccès CSMA-CA avec priorité

90 Partout Tout le temps Accès gratuit? Ville Internet IEEE b IEEE a and IEEE e UMTS Internet enfoui

91 Hot spot

92 La mobilité IP

93 IP-Mobile : problématique

94 Tunneling

95 Protocole Internet g f LD Source Destination f : fonction de ré-adressage g : fonction inverse

96 IP Cellulaire

97 Architecture

98 Les réseaux ad-hoc

99 Inondation

100 Avec tables de routage

101 Les MPR

102 Calcul de la route B D A c E F : bi-dir : uni-dir Nœud C : A bi_dir - B mpr D E uni-dir - Nœud E : D mpr B,F Nœud B : A bi-dir - C bi-dir - D mpr E,F Nœud A : B mpr D C bi-dir - Nœud D : B mpr A,C E bi-dir - F bi-dir - Nœud F : D mpr B,E E uni-dir -

103 4è génération de mobiles 4è génération – Handover hétérogène IEEE HiperLAN Bluetooth UMTS BLR GPRS GSM Satellite fixe

104 Le futur

105 Références Les réseaux de mobiles et les réseaux sans fil, K. Al Agha, G. Pujolle, G. Vivier, Eyrolles The GSM System for Mobile Communications, M. Mouly, M.B. Pautet, Cell & sys Wireless Personal Communications Systems, D. J. Goodman, Addison-Wesley Mobile Cellular Telecommunications, W. C. Y. Lee, McGraw-Hill Mobile IP, C. Perkins, Addison-Wesley WCDMA for UMTS: Radio Access for Third Generation Mobile Communication, Harri Holma, Antti Toskala, WILEY


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