Cours réseau: Réseaux sans fil

Plan 1 Introduction 2 Bluetooth 3 HomeRF: Home Radio Frequency 4 HiperLan 5 Wifi

Introduction: Réseaux sans fil performants – Avancées de l’électronique et du traitement du signal Technologies mobiles – WPAN : Wireless Personal Area Network • Bluetooth • HomeRF – WLAN : Wireless Local Area Network • IEEE 802.11 (US) • HiperLAN (Europe) – Technologies cellulaires • GSM • GPRS • UMTS – Technologies satellite

Introduction: Développement très rapide des réseaux sans fil – Représentent un marché énorme – Les prix deviennent de plus en plus abordables – Les performances et les débits augmentent – Les réseaux domestiques et la population de travailleurs mobiles augmentent Marché des réseaux sans fil : en plein essor – Enjeu important au niveau financier • Évitent l’investissement dans un câblage coûteux

Introduction: Cours précédents : réseaux de mobiles au sens classique – déplacement des terminaux à l'intérieur du réseau d'un opérateur Réseaux géographiquement limités : tous les terminaux se trouvent dans un milieu restreint en taille – Entreprise – Environnement personnel – Ex : réseaux locaux sans fil, réseaux personnels, réseaux ad-hoc Dans ce cours, accent sur les réseaux privés sans fil – IEEE 802.11 – HiperLAN – Bluetooth – HomeRF

Introduction: Les réseaux sans fil peuvent exister en extrémité d’un réseau filaire classique (ex Internet) – Ils doivent pouvoir communiquer avec des machines fixes d’un réseau filaire Intérêt principal : assurer une connexion au réseau tout en permettant la mobilité de l’utilisateur Le câblage n’est plus nécessaire – Mise en place d’un réseau dans un bâtiment classé « monument historique » – Mise en place d’un réseau de courte durée (chantiers, expositions, locaux loués, formation) – Confort d’utilisation : tous les participants d’une réunion sont automatiquement connectés – Gain en coût pour la mise en place d’un réseau pour tout bâtiment non préalablement câblé

Introduction: Autres applications – Hôpitaux : transmissions sans fil pour accéder aux infos enregistrées sur chaque patient pendant les visites – Besoins similaires pour le personnel des aéroports, des chantiers… – Lien par voie hertzienne entre 2 bâtiments câblés – WPAN : applications étonnantes Ces technologies devraient bientôt équiper tous les objets de notre vie quotidienne – Les voitures s’ouvriront à l’approche de leur propriétaire, communiqueront directement avec la pompe à essence – Le réfrigérateur fera lui-même sa commande par Internet – La porte d’entrée se déverrouillera automatiquement, le système d’alarme se mettra en veille et les lumières s’allumeront…

Introduction: Importants développements – Flexibilité de l'interface : déplacement de l'utilisateur tout en restant connecté – Plusieurs gammes de produits commercialisées : réseaux sans fil • Desservant les équipements d'un seul utilisateur • Desservant un entreprise • Connectant les utilisateurs sur une distance métropolitaine • Débits : jusqu'à plusieurs Mbit/s, voire plusieurs dizaines de Mbit/s

Introduction: Réalisation de ces réseaux – Communication hertzienne • sur l'ensemble du site • à l'intérieur de petites cellules reliées entre elles – Communications entre terminaux • Directes • Par le biais d'une borne intermédiaire – Communications entre bornes de concentration • Hertziennes • Par câble

Introduction: Étalement de spectre – À séquence directe (DSSS) • Direct Sequence Spread Spectrum • Envoi en simultané de l’information sur plusieurs canaux parallèles • Taux d’erreur plus faible, donc débit plus élevé • Immunité aux perturbations en bande étroite – À saut de fréquence • Frequency Hopping Spread Spectrum • Économie de bande passante

Introduction: Avantages – Mobilité – Topologie dynamique – Facilité d’installation – Coût

Introduction: Inconvénients – Problèmes liés aux ondes radios : taux d’erreur plus important • Interférences (provenant d’autres réseaux) • Effets multi trajets – La réglementation – Effets sur la santé – La sécurité

Introduction: Le choix des fréquences pose un problème de compatibilité entre les différents pays – Ces fréquences peuvent être réservées pour des utilisations militaires ou des services de secours, qui ne peuvent souffrir d’interférences Site de l’ART : Autorité de Réglementation des Télécoms – En France, la bande de fréquences 2446,5 MHz-2483,5 MHz est utilisée par le Ministère de la Défense – La totalité de la bande n’est donc pas disponible pour les équipements RLAN (Radio Local Area Network)

Introduction: – Contraintes imposées : • Limitation à la bande de fréquences 2446,5 MHz- 2483,5 MHz • Formalité administrative : demande individuelle d’établissement • Les autorisations d’implantation sont limitées aux communes des unités urbaines de + de 50000 habitants – Autrement, demandes traitées au cas par cas

Standards: IEEE 802.11 HiperLAN Bluetooth Home RF Wifi

Introduction: Normalisation – Fort impact sur les réseaux locaux sans fil – USA • 2 groupes de travail de l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) – IEEE 802.11 – IEEE 802.15 – Europe • Groupe HiperLAN (High Performance Local Area Network) – Groupes d’intérêt : font avancer la normalisation de fait de ces réseaux sous la pression des industriels

Introduction: Essor des PAN – Personal Area Network – Taille encore + restreinte : communication entre les équipements d'un même utilisateur – Communications à l'intérieur de picocellules (en général une pièce) – Ex : norme Bluetooth, HomeRF

Introduction: Les terminaux s’acheminent vers un support indifférencié de plusieurs protocoles – Passer de l’un à l’autre sans rupture de la connexion en fonction de là où on se trouve • GSM, UMTS, WLAN, Bluetooth Exemple : – Arrivée dans un lieu public pour une conférence • passage sur un WLAN (+ rapide que l’UMTS) – TGV • actuellement : passage d’une cellule GSM à une autre • Dans l’avenir : WLAN pour avoir le réseau à partir du TGV • Le software gèrera le choix du protocole à un moment donné

Plan: 1 Introduction 2 Bluetooth 3 HomeRF: Home Radio Frequency 4 HiperLan 5 Wifi

2 Bluetooth: Applications, Technologies

Why not use Wireless LANs? Bluetooth A cable replacement technology 1 Mb/s symbol rate Range 10+ meters Single chip radio + baseband at low power & low price point ($5) Why not use Wireless LANs? - power - cost

802.11 Replacement for Ethernet Supported data rates Range 11, 5.5, 2, 1 Mbps; and recently up to 20+Mbps @ 2.4 GHz up to 54 Mbps in 5.7 GHz band (802.11 a) Range Indoor 20 - 25 meters Outdoor: 50 – 100 meters Transmit power up to 100 mW Cost: Chipsets $ 35 – 50 AP $200 - $1000 PCMCIA cards $100 - $150

blurring the distinction Emerging Landscape 802.11 Bluetooth 802.11b for PDAs Bluetooth for LAN access New developments are blurring the distinction Cordless headset LAN AP Which option is technically superior ? What market forces are at play ? What can be said about the future ?

Bluetooth working group history February 1998: The Bluetooth SIG is formed promoter company group: Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba May 1998: Public announcement of the Bluetooth SIG July 1999: 1.0A spec (>1,500 pages) is published December 1999: ver. 1.0B is released December 1999: The promoter group increases to 9 3Com, Lucent, Microsoft, Motorola March 2001: ver. 1.1 is released Aug 2001: There are 2,491+ adopter companies

Bluetooth: historique Groupe IEEE 802.15 : WPAN (Wireless Personal Area Networks) – Mise en place en mars 1999 – But : • normaliser les réseaux d'une portée d'un dizaine de mètres • Réaliser des connexions entre les différents portables d'un même utilisateur ou de plusieurs utilisateurs • Ex : interconnecter un PC portable, un portable téléphonique et un assistant personnel

Bluetooth: Cas d’utilisation Cordless headset Cell phone mouse Data access point Internet access Cable replacement Ad hoc networking

New Applications

Synchronization User benefits Automatic synchronization of calendars, address books, business cards Push button synchronization Proximity operation

Cordless Headset User benefits Multiple device access Cordless phone benefits Hands free operation

Usage scenarios examples Data Access Points Synchronization Headset Conference Table Cordless Computer Business Card Exchange Instant Postcard Computer Speakerphone

Bluetooth Technologie

Bluetooth: groupes de service A : – Utilisation de la bande du spectre sans licence d'utilisation (2,45 GHz) – Très bas coût de mise en place et d'utilisation – Taille réduite – Consommation électrique excessivement faible – Mode sans connexion – Possibilité de superposition avec l'IEEE 802.11

Bluetooth:groupes de service • B : performances en augmentation – Utilisation d'une couche MAC jusqu'à 100 Kbit/s – Possibilité pour toutes les machines de communiquer entre elles – Possibilité de connecter au moins 16 machines – Utilisation de QoS pour autoriser certaines applications, dont la parole – Jusqu'à 10 m de portée – Temps max d'1s pour se raccorder au réseau – Passerelles avec d'autres catégories de réseaux

Bluetooth: groupes de service C : introduit de nouvelles fonctionnalités importantes pour les particuliers et les entreprises – Sécurité de la communication – Transmission de la vidéo – Possibilité de roaming (itinérance) vers un autre réseau PAN

Bluetooth: Réponse à ces objectifs Mise en place de groupements industriels – Bluetooth – HomeRF Spécification ouverte de connexion sans fil entre équipements personnels – Bluetooth : communication en forme de liaison radio entre 2 équipements – HomeRF : connexion des PCs avec toutes les machines de domestiques sur une portée 50 m

Bluetooth: technologie Bluetooth Special Interest Group (SIG) – Au départ : Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba – Rejoint par + de 2500 sociétés Nom de la norme : chef Viking, Harald Bluetooth – Il aurait réussi à unifier les différents royaumes nordiques à la fin du Moyen-Age

Bluetooth: dispositifs Number of BT Devices Forecast to be in use Globally by 2006. Source: ARC Group Bluetooth Industry Survey www.arcgroup.com

Bluetooth: technologie Technology Expected to Combine with Bluetooth to Create New Applications. Source: ARC Group Bluetooth Industry Survey www.arcgroup.com

Bluetooth: technologie PC cards, Cell phones, Head sets, Chip sets,… Features Cost 20 dBm (~100 m) Point-to-multipoint No Scatternet Applications File Transfer, Dial-Up Networking LAN access, Fax, … 169 $ --- 200 $ 0 dBm (~10 m) Company Toshiba, Motorola, Digianswer IBM, TDK 3COM 10 m user-user; 100 m user-Base Station SW- & FW-upgradeable LAN access, Fax, E-mail Unconscious connection 149 $ Nokia Point-to-point Connectivity Battery for the cell phone Ericsson, Sigma Point-to-point; ARM processor; USB; RFCOMM ports Basic BT Radio stack Embedded or Host stack Programmable 500 $ 1500$

Bluetooth SIG: Objectifs et solutions But : développer des produits interopérables Solutions du SIG – Créer une spécification sans licence pour ses membres, pour développer des produits et des logiciels utilisant la spécification Bluetooth – Politique de propriété intellectuelle sans licence (License free Intellectually Property ou IP) pour les membres du SIG, selon certaines conditions! – Pas de charges pour être membre – Il existe des règles de confidentialité pour les membres

Bluetooth: Documents issue du Bluetooth SIG Conçus pour promouvoir l’intéropérabilité 3 types de documents – Protocoles – Profils – Documents test Les documents sont confidentiels jusqu’à leur adoption – Licence de propriété intellectuelle : à partir de la date d’adoption

Bluetooth: technologie Technologie peu onéreuse – Forte intégration des composants électroniques sur une puce unique de 9mm sur 9mm Fréquences utilisées comprises entre 2400 et 2483,5 MHz – Cette même gamme de fréquences se retrouve dans la plupart des réseaux sans fil utilisés dans un environnement privé (entreprise ou personnel) – Pas de licence d'exploitation requise – Bande au-dessus de 2,4 GHZ divisée en sous-bandes de 1 MHz • 79 canaux d'une largeur de 1 MHz • En France, Japon, Espagne : seules 23 fréquences sont accessibles

Bluetooth Specifications

Bluetooth Specifications Applications HCI IP SDP RFCOMM Data Audio L2CAP Single chip with RS-232, USB, or PC card interface Link Manager Baseband RF A hardware/software/protocol description An application framework

Interoperability & Profiles Protocols Applications Represents default solution for a usage model Vertical slice through the protocol stack Basis for interoperability and logo requirements Each Bluetooth device supports one or more profiles

Bluetooth Profiles (in version 1.2 release) Generic Access Service Discovery Cordless Telephone Intercom Serial Port Headset Dial-up Networking Fax LAN Access Generic Object Exchange Object Push File Transfer Synchronization

Technical Overview

Bluetooth Radio Specification RF Baseband Audio Link Manager L2CAP Data Control SDP RFCOMM IP Applications

Design considerations Noise, interference power spectrum Data signal x(t) Recovered data signal cost Goal high bandwidth conserve battery power cost < $10

EM Spectrum    ISM band 902 – 928 Mhz 2.4 – 2.4835 Ghz 5.725 – 5.785 Ghz ISM band AM radio S/W radio FM radio TV TV cellular LF HF VHF UHF SHF EHF MF   30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 30GHz 300GHz 10km 1km 100m 10m 1m 10cm 1cm 100mm 3GHz X rays Gamma rays  infrared visible UV 1 kHz 1 MHz 1 GHz 1 THz 1 PHz 1 EHz Propagation characteristics are different in each frequency band

Unlicensed Radio Spectrum  33cm 12cm 5cm 26 Mhz 83.5 Mhz 125 Mhz 902 Mhz 2.4 Ghz 5.725 Ghz 928 Mhz 2.4835 Ghz 5.785 Ghz cordless phones baby monitors Wireless LANs 802.11 Bluetooth Microwave oven 802.11a HyperLan

Bluetooth radio link frequency hopping spread spectrum GFSK modulation 1Mhz . . . 1 2 3 79 83.5 Mhz frequency hopping spread spectrum 2.402 GHz + k MHz, k=0, …, 78 1,600 hops per second GFSK modulation 1 Mb/s symbol rate transmit power 0 dbm (up to 20dbm with power control)

Review of basic concepts

Baseband RF Baseband Data Control Applications Applications Control Audio Link Manager L2CAP Data Control SDP RFCOMM IP Applications Applications Control IP SDP RFCOMM Data Audio L2CAP Link Manager Baseband RF

Bluetooth Physical link Point to point link master - slave relationship radios can function as masters or slaves m s s m Piconet Master can connect to 7 slaves Each piconet has max capacity =1 Mbps hopping pattern is determined by the master

Connection Setup Inquiry - scan protocol to learn about the clock offset and device address of other nodes in proximity

Inquiry on time axis f1 f2 Slave1 Inquiry hopping sequence Master

Piconet formation Page - scan protocol to establish links with nodes in proximity Master Active Slave Parked Slave Standby

Bluetooth: états des terminaux Standby – En attente de joindre un piconet Inquire – Demande à qui se connecter Page – Se connecte à un canal spécifique Connected – Activement sur un piconet (maître ou esclave) Park/Hold – États de connexion à basse consommation

Bluetooth: états des terminaux

Adressage Adresse de dispositih Bluetooth (BD_ADDR) 48 bit IEEE MAC address Adresse d’un membre Actif (AM_ADDR) 3 bits active slave address all zero broadcast address Adresse d’un membre Parked (PM_ADDR) 8 bit parked slave address

Canal Piconet FH/TDD f1 f2 f3 f4 f5 f6 m s1 s2 625 sec 1600 hops/sec

Paquets à Multi slots m s1 s2 D2BIT depend du type de paquet FH/TDD f1 625 µsec D2BIT depend du type de paquet

Types de lien Physique Lien Synchronous Connection Oriented (SCO) Reservation de slot à des intervals fixes Lien Asynchronous Connection-less (ACL) Polling est la methode d’accés SCO SCO ACL ACL m s1 If there is no data to be sent on the ACL link and no polling is required, no transmission shall take place. If a slave fails to decode the slave address in the packet header, it is not allowed to transmit in the next slot. However, on an SCO link, the slave can go ahead and transmit in its allocated slot even if the decoding fails in the preceding slot. SCO slave shall not transmit in its allocated slot if a different slave was addressed in the previous master-to-slave slot. A collision can happen when a slave incorrectly decodes a packet addressed to another slave and responds s2

Types de paquets Data/voice Control packets packets Voice data ID* Null Poll FHS DM1 HV1 HV2 HV3 DV DM1 DM3 DM5 DH1 DH3 DH5 Add channel mapping discussion here: Link Control Channel (packet header) Link Management channel L2CAP SCO

Format de paquet 72 bits 54 bits 0 - 2744 bits Access code Header Payload Voice header Data CRC No CRC No retries ARQ FEC (optional) FEC (optional) Mention that over SCO link you cannot carry any other real-time traffic. There is no protocol-id field in the SCO header/payload. Is this really true? 625 µs master slave

Bluetooth: format de paquet 72 premiers bits – Transport du code d'accès – Synchronisation entre les composants Bluetooth 54 bits d'en-tête (3 fois même séquence de 18 bits) : adresse d'un membre actif du piconet, numéro de code, contrôle de flux, demande d'acquittement et contrôle d'erreur) 0 à 2745 bits de données (dont 1 zone de détection d'erreur)

Bluetooth: 3 types de paquets Paquets de contrôle – Gestion des connexions des terminaux Bluetooth entre eux Paquets SCO – Communications synchrones de type SCO Paquets ACL – Transferts de données asynchrones

Bluetooth: sous catégories Paquets DV (Data-Voice) – Portent à la fois données et parole Paquets DMx (Data-Medium) – Pour les paquets ACL avec un encodage permettant la correction des erreurs en ligne x = longueur du paquet (1, 3 ou 5) Paquets DHx (Data-High) – Paquets ACL sans correction d'erreur ( débit effectif + élevé) Paquets HVy (High-quality-Voice) – Paquets SCO sans correction d'erreur y = type de contrôle d'erreur dans le paquet

Code d’accés Synchronization DC offset compensation Identification 72 bits Access code Header Payload Channel Access Code (CAC) Device Access Code (DAC) Inquiry Access Code (IAC) Types Purpose Synchronization DC offset compensation Identification Signaling X

Bluetooth: techniques d’accés Technique temporelle synchronisée – Temps divisé en tranches de longueur égale = slots – 1 Slot = temps de transmission élémentaire de transmission d'un paquet – 1 paquet : 1, 3 ou 5 slots

Entête de Paquet m s Addressing (3) Packet type (4) Flow control (1) 54 bits s m Access code Header Payload Proposition Addressing (3) Packet type (4) Flow control (1) 1-bit ARQ (1) Sequencing (1) HEC (8) Max 7 active slaves 16 packet types (some unused) Broadcast packets are not ACKed How useful is header protection when payload is unprotected For filtering retransmitted packets Verify header integrity total 18 bits Encode with 1/3 FEC to get 54 bits

Paquets de voix (HV1, HV2, HV3) 72 bits 54 bits 240 bits = 366 bits Access code Header 30 bytes Payload HV1 10 bytes + 1/3 FEC HV2 20 bytes + 2/3 FEC HV3 30 bytes 3.75ms (HV3) 2.5ms (HV2) 1.25ms (HV1)

Calcul de débit : DM1 et DH1 625 µs 72 bits 54 bits 240 bits = 366 bits Access code Dir Size Freq Rate  17 1600/2 108.8  27 172.8 Header 30 bytes Payload 2/3 FEC 1 17 2 DM1 1 27 2 DH1 625 µs 1 2

Calcul de débit : DM3 et DH3 1875 µs 72 bits 54 bits 1500 bits = 1626 bits Dir Size Freq Rate  121 1600/4 387.2  17 54.4 183 585.6 27 86.4 Access code Header 187 bytes Payload 2/3 FEC 2 121 DM3 2 183 DH3 1875 µs 1 2 3 4

Calcul de débit: DM5 et DH5 3125 µs 72 bits 54 bits 2744 bits = 2870 bits Dir Size Freq Rate  224 1600/6 477.8  17 36.3 339 723.2 27 57.6 Access Code Header 343 bytes Payload 2/3 FEC 2 224 DM5 2 339 DH5 3125 µs 625 µs 1 2 3 4 5 6

Type de paquets de données Symmetric Asymmetric DM1 DM3 DM5 108.8 258.1 387.2 54.4 286.7 477.8 36.3 2/3 FEC Symmetric Asymmetric No FEC 172.8 390.4 585.6 86.4 433.9 723.2 57.6 DH1 DH3 DH5

Communication Inter piconet Cordless headset Cell phone mouse Cordless headset Cell phone Cell phone Cordless headset

Bluetooth: débit La communication à l'intérieur d'un piconet peut atteindre près de 1 Mbit/s Il peut y avoir 8 terminaux – La vitesse effective diminue rapidement en fonction du nombre de terminaux connectés dans une même picocellule – Un maître peut accélérer sa communication en travaillant avec 2 esclaves et en utilisant des fréquences différentes

Bluetooth: communication Débit d'une liaison entre 2 machines – jusqu'à 433.9 Kbit/s pour une communication bidirectionnelle (full-duplex) – 723.2 Kbit/s et 57.6 Kbit/s pour une communication asymétrique Communication – Synchrone ou SCO (Synchronous Connection-Oriented link) • Permet un débit synchrone de 64 Kbit/s • OK pour parole téléphonique avec une garantie de service – Asynchrone ou ACL (Asynchronous Connection-Less link) • Débits asynchrones pouvant atteindre 723.2 Kbit/s

Bluetooth: fonctionnement piconet Tous les terminanux d’un piconets “sautent” en même temps – Pour former un piconet : le maître fournit à ses esclaves son horlogeet son identifiant de terminal(device ID) • Paterne de saut décidée par le device ID(48-bit) • La phase de la paterne de saut est déterminée par l’horloge Les terminaux qui n’ont pas rejoint le piconet sont en standby Adressage du Piconet – Active Member Address (AMA, 3-bits) – Parked Member Address (PMA, 8-bits)

Bluetooth: fonctionnement piconet Réalisation de petits réseaux personnels de quelques m2, les piconets Terminaux connectés entre eux par l'intermédiaire d'un maître Puissance de transmission – jusqu'à 100mW : permet une émission sur plusieurs dizaines de m – Possibilité de réduire cette puissance à 2,5 et 1mw (portée de quelques m) Batterie – Une batterie peut tenir assez longtemps (plusieurs jours) à condition d'utiliser des options d'économie d'énergie • États de basse consommation introduits dans la norme Bluetooth

Scatternet

Scatternet, scenario 2 How to schedule presence in two piconets? Forwarding delay ? Missed traffic?

Baseband: résumé TDD, frequency hopping physical layer L2CAP LMP Physical Data link Device 2 Device 1 TDD, frequency hopping physical layer Device inquiry and paging Two types of links: SCO and ACL links Multiple packet types (multiple data rates with and without FEC)

Protocole de gestion de lien RF Baseband Audio Link Manager L2CAP Data Control SDP RFCOMM IP Applications Initialisation et gestion de Connections de la bande de base gestion de Piconet Configuration de lien Securité LMP

Gestion de Piconet Attachement et détachement des slaves Commutation Master-slave Etablissement des liens SCO Manipulation des modes à basse puissance ( Sniff, Hold, Park) Paging s m req Master Slave response

Bluetooth: Fonctions de gestion Système de gestion nécessaire dans un piconet – Fonctions classiques de mise en œuvre des communications – Processus de gestion des liaisons Procédures d'identification Négociation des paramètres d'authentification Configuration de la liaison : définition des paramètres de fonctionnement Processus de gestion effectué par l'échange de requêtes réponses entre les 2 extrémités de la liaison

Low power mode (hold) Hold offset Slave Hold duration Master

Low power mode (Sniff) Traffic reduced to periodic sniff slots Sniff offset Sniff duration Slave Sniff period Master Traffic reduced to periodic sniff slots

Low power mode (Park) Slave Beacon instant Master Beacon interval Power saving + keep more than 7 slaves in a piconet Give up active member address, yet maintain synchronization Communication via broadcast LMP messages

Connection establishment & Security Goals Authenticated access Only accept connections from trusted devices Privacy of communication prevent eavesdropping Paging Constraints Processing and memory limitations $10 headsets, joysticks Cannot rely on PKI Simple user experience LMP_host_conn_req LMP Accepted Security procedure Master Slave LMP_setup_complete LMP_setup_complete

Authentication Authentication is based on link key (128 bit shared secret between two devices) How can link keys be distributed securely ? challenge response Verifier Claimant accepted Link key Link key

Pairing (key distribution) Pairing is a process of establishing a trusted secret channel between two devices (construction of initialization key Kinit) Kinit is then used to distribute unit keys or combination keys PIN + Claimant address PIN + Claimant address Verifier Claimant Random number challenge Random number response Random number accepted Kinit Kinit

Bluetooth: 3 niveaux de sécurité 1er niveau : Pas de gestion de sécurité 2e niveau : Sécurité à l'échelon applicatif – Processus d'identification lors de l'accès au service 3e niveau : sécurité plus importante – Processus d'authentification – Chiffrement à l'aide de clés privées

Bluetooth: Sécurité Sécurité : élément important dans les systèmes de liaison radio – Émission diffusée : potentiellement captée par les récepteurs environnants – Mécanismes d'authentification et de chiffrement au niveau MAC • Programme automatique dans les terminaux Bluetooth : génération de clés par session • Utilisation du numéro d'identité du terminal + clé privée et générateur aléatoire interne à la puce Bluetooth : numéro tiré pour chiffrer les données à transmettre • Gestion des clés prise en charge par l'utilisateur sur les terminaux qui doivent s'interconnecter – Dans un scatternet, il faut procéder à un échange de clés privées entre les possesseurs de piconets indépendants

Link Manager Protocol Summary Baseband L2CAP LMP Physical Data link Device 2 Device 1 Piconet management Link configuration Low power modes QoS Packet type selection Security: authentication and encryption

Logical Link Control and L2CAP Applications Logical Link Control and Adaptation Protocol IP SDP RFCOMM Data L2CAP provides Protocol multiplexing Segmentation and Re-assembly Quality of service negotiation Audio L2CAP Link Manager Baseband RF

Why baseband isn’t sufficient IP RFCOMM Multiplexing demultiplexing MTU reliable*, flow controlled Baseband in-sequence, asynchronous link Baseband provides hard coded choices for ARQ and FEC. How good those choices are in providing good quality of service. Would it be better to provide more flexibility to the higher layers? Baseband packet size is very small (17min, 339 max) No protocol-id field in the baseband header

Need a multiprotocol encapsulation layer RFCOMM IP RFCOMM unreliable, no integrity reliable*, in-order, flow controlled, ACL link Desired features Protocol multiplexing Segmentation and re-assembly Quality of service What about Reliability? Connection oriented or connectionless? integrity checks? Baseband provides hard coded choices for ARQ and FEC. How good those choices are in providing good quality of service. Would it be better to provide more flexibility to the higher layers? If we were to define another adaptation layer on top of SCO link, what would it look like? What problem you’ll run into if you try to use L2CAP segmentation/reassembly over multihop links? Ans: L2CAP fragments have no-id. It is impossible to distinguish one fragment from the other. What is the use of the flow-control bit in the ACL payload header? How is it different from the Flow bit in the baseband header? How about ARQ at L2CAP layer and no reliability at Baseband?

Segmentation and reassembly Length Payload Baseband packets CRC CRC CRC start of L2CAP continuation of L2CAP continuation of L2CAP Min MTU = 48 equals two DH1 packets. 27 + 27 – 6 (l2cap header) = 48. Default MTU = 672 equals two DH5 packets. 339 + 339 – 6 = 672. Analyze how well links be utilized for different combinations of higher layer MTU, negotiated L2CAP MTU, and choice of packet types. cannot cope with re-ordering or loss mixing of multiple L2CAP fragments not allowed If the start of L2CAP packet is not acked, the rest should be discarded min MTU = 48 672 default

Multiplexing and Demultiplexing RFCOMM IP RFCOMM Circuit or connection-less ? Why is L2CAP connection oriented ? Baseband is polling based Bandwidth efficiency - carry state in each packet Vs. maintain it at end-points Need ability for logical link configuration MTU reliability (Flush timeout option) QoS (token bucket parameter negotiation) Evaluate design choices of L2CAP. Simplicity was one of the goals, but was it achieved? Parameter negotiation adds complexity and extra round trips. Since memory and processing are becoming cheap, it is not clear if the flexibility offered by parameter negotiation buys anything at all. MTU, reliability, and QoS should be link properties, not per L2CAP connection properties. I wonder how often different protocols will use different params for L2CAP connection.

L2CAP Channels Length CID Payload Slave #1 master Slave #3 signaling channel Slave #1 master 01 01 Slave #3 01 01 CID CID CID CID CID CID data channel CID 01 Signaling channel CID does not uniquely determine the identity of the source L2CAP entity Signaling channel for 1) connection establishment 2) channel configuration 3) disconnection CID 01 Slave #2

L2CAP connection: an example Initiator Target L2CAP_ConnectReq Establishment L2CAP_ConnectRsp L2CAP_ConfigReq Configuration L2CAP_ConfigRsp MTU, QoS reliability L2CAP_ConfigReq L2CAP_ConfigRsp Data transfer L2CAP_DisconnectReq Termination L2CAP_DisconnectRsp

L2CAP Packet Format (Connectionless) Length DCID Payload 2 2+ 0 – 64K PSM Not fully developed yet.

L2CAP: Summary Design constraints: Assumptions about the lower layer Simplicity Low overhead Limited computation and memory Power efficient Assumptions about the lower layer Reliable, in-order delivery of fragments Integrity checks on each fragment Asynchronous, best effort point-to-point link No duplication Full duplex Service provided to the higher layer Food for thought: L2CAP header has no protection at all. Length field is the only protection. Which other protocol has similar header? Comment: - Protocol designed for a specific link - L2CAP over other media will not work! Protocol multiplexing and demultiplexing Larger MTU than baseband Point to point communication

Bluetooth Service Discovery Protocol Applications IP SDP RFCOMM Data Audio L2CAP Link Manager Baseband RF

Example usage of SDP Establish L2CAP connection to remote device Query for services search for specific class of service, or browse for services Retrieve attributes that detail how to connect to the service Establish a separate (non-SDP) connection to use the service

Serial Port Emulation using RFCOMM Applications IP SDP RFCOMM Data Serial Port emulation on top of a packet oriented link Similar to HDLC For supporting legacy apps Audio L2CAP Link Manager Baseband RF

Serial line emulation over packet based MAC RFCOMM RFCOMM L2CAP L2CAP Design considerations framing: assemble bit stream into bytes and, subsequently, into packets transport: in-sequence, reliable delivery of serial stream control signals: RTS, CTS, DTR

IP over Bluetooth V 1.0 Applications GOALS Data SDP RFCOMM GOALS Data Internet access using cell phones Connect PDA devices & laptop computers to the Internet via LAN access points Audio L2CAP Link Manager Baseband RF

LAN access point profile IP Access Point PPP Security Authentication Access control Efficiency header and data compression Auto-configuration Lower barrier for deployment Why use PPP? RFCOMM L2CAP Baseband

Inefficiency of layering Palmtop LAN access point IP IP packet oriented PPP PPP rfc 1662 byte oriented rfc 1662 RFCOMM RFCOMM packet oriented L2CAP L2CAP Emulation of RS-232 over the Bluetooth radio link could be eliminated

Terminate PPP at LAN access point Palmtop Access Point IP IP PPP PPP ethernet RFCOMM RFCOMM Bluetooth Bluetooth PPP server function at each access point management of user name/password is an issue roaming is not seamless

L2TP tunneling Palmtop Access Point PPP server IP IP PPP PPP ethernet IP UDP ethernet IP UDP RFCOMM RFCOMM Bluetooth Bluetooth Tunneling PPP traffic from access points to the PPP server 1) centralized management of user name/password 2) reduction of processing and state maintenance at each access point 3) seamless roaming

Seamless roaming with PPP REQ 1 Server CLR 5 RPL 4 REQ 3 RPL 2 AP1 AP2 MAC level handoff MAC level registration PPP PPP palmtop

IP over Bluetooth v 1.1: BNEP Access Point IP Bluetooth Network Encapsulation Protocol (BNEP) provides emulation of Ethernet over L2CAP BNEP BNEP defines a frame format which includes IEEE 48 bit MAC addresses A method for encapsulating BNEP frames using L2CAP Option to compress header fields to conserve space Control messages to activate filtering of messages at Access Point L2CAP Baseband

Bluetooth Current Market Outlook

Market Forcasts for year 2005 Cahners In-stat (2000 forcast) revised (2001 forcast) $ 5.4 bn Merrill Lynch (2000 forcast) revised (2001 forcast) $ 4.4 bn 2.1 bn $ 4.3 bn 1.4 bn $ 2.2 bn 1.5 bn $ 4.4 995 m $ 3.6 $ 2.02 Units sold annually Revenue Chip price

Bluetooth Value chain Wireless Carriers Stack providers Software Conspicuously missing Stack providers Software vendors Integrators Silicon Radio

Value to carriers: Synchronization and Push More bits over the air Utilization of unused capacity during non-busy periods Higher barrier for switching service providers

Value to carriers: Cell phone as an IP gateway Will Pilot and cell phone eventually merge? More bits over the air Enhanced user experience Palmpilot has a better UI than a cell phone Growth into other vertical markets

Value to carriers: Call handoff Cordless base Threat or opportunity? More attractive calling plans Alleviate system load during peak periods Serve more users with fewer resources

Biggest challenges facing Bluetooth Interoperability Always a challenge for any new technology Hyped up expectations Out of the box ease of use Cost target $5 Critical mass RF in silicon Conflicting interests – business and engineering

Ad-hoc IP Networks over Bluetooth

Networking without a network! Ad-hoc Networks - what’s that ? Networking without a network! Independence & Flexibility Created anywhere, anytime by anyone. Anarchy Outside of traditional operator domain - unlicensed spectra! May make up your own rules! Symbiosis Participants forward traffic of others. “I help you, if you help me….”

A short example…. Ad H Net works o c

Small ad-hoc networks... Ad-hoc interoperability between devices Exchange of information Distributed applications Separation of service and device Your application is not tied to one device Stepwise upgrading of devices Here IP gives a well known networking architecture! Cross vendor interoperability 3rd party application development -- open system principles …and seamless interworking with rest of the Internet!

Bluetooth needs “good” IP support Ongoing IETF work to enable “zero configuration” Get Internet protocols adapted to the “Average Consumer” Pure Switch-On and Play using IP networking Well suited for the hand-held market! Service discovery based on IP UPnP, Jini IP networking for Bluetooth crucial for success! The PPP/RFCOMM solution not well suited for networking

Ethernet-like broadcast segment Bluetooth Networking: A Layer 2 Support IP Ethernet-like broadcast segment slave 3 slave 1 slave 5 master slave 4 master Bluetooth slave 2

The Bluetooth Network Encapsulation Protocol (BNEP) Purpose? Create a broadcast environment for IP in a Bluetooth Scatternet, hiding Bluetooth specifics (e.g. notion of piconet/scatternet forming and maintenance) from IP and the layers above. Features: Clear division between Bluetooth specifics and IP IP and IP networking applications will work as usual (e.g. DHCP, ARP) Easy to apply zeroconf protocols Ad-hoc L2 routing across scatternets may be applied May handle loop-free broadcast across scatternets

BNEP Overhead Type: 7 bit Bluetooth value identifies the type of BNEP header contained in this packet 1 bit extension flag that indicates if one or more extension headers follow the BNEP Header before the data payload. 1M of Data transfer Additional ~0.2% Overhead Additional Bluetooth Transmission time: 11 mSec

Host Controller Interface Where in the Bluetooth Stack? BNEP IP TCP / UDP Applications Applications TCP / UDP IP PPP RFCOMM SDP L2CAP Host Controller Interface LMP Baseband Bluetooth Radio

Bluetooth Ad Hoc Personal Area Networks PANs extend the Internet to the user personal domain!

Bluetooth PANs 3G networks will give Internet access to the PANs PANs will generate more traffic than a single device! Utilize an aggregate of access networks (WLAN, 3G, DSL)

PAN for 3G Access: A GPRS example...

GPRS access... Security carried within IEEE 802.1X (Port Based Network Access Control) the “Ethernet way” GPRS gives an IP address per “PDP context” Mobile phone as interworking function... DHCP-PDP context conversion to hand out IP addresses Seen as one node with many addresses from network side ...or mobile phone as a router? “First router” for the PAN devices Subnet with DHCP?

IP Bluetooth Networking - Conclusions Bluetooth IP networking opens up new possibilities... Enables spontaneous networking Between people, Between machines, and combinations... Mainly small, short range ad-hoc networks Solves your “personal problems”... Limited complexity and security risks The enabler for PANs! Gives a natural extension of Internet into the PAN via 3G Enables stepwise upgrading of devices -- not tied to one multimedia terminal! Makes use of the 3G bandwidth immediately

Research Topics Internet s m s m Plug-n-play applications cell phone Palmpilot cable modem PC keyboard mouse head set furby cell phone Palmpilot cable modem PC keyboard mouse head set furby Resource Discovery s m s m Routing over scatternets Techniques for link formation Will the current solutions for each layer work in this environment?

What is different in this scenario ? cell phone Palmpilot cable modem PC keyboard mouse head set cordless base s m Connection oriented, low-power link technology Small, multi-hop networks Simple devices Isolated network Dynamic network Applications ---> services ----> routing ----> link creation

Link Formation x7 x8 x6 x4 x3 x5 y2 x2 x1 y1 The problem does not exist in most wired/wireless networks x7 x8 x6 x4 x3 x5 y2 x2 x1 y1 Proximity  Link Low power modes require careful use of broadcast Maintaining connectivity in absence of application traffic seems wasteful Hints from higher layer are needed

Routing over Scatternets Nodes must co-operate to forward packets (MANET style protocols) x5 x1 y1 y2 Forwarding at Layer 2 or Layer 3? x2 x4 x6 x8 Bridging or routing ? x3 x7 What interface should be exported to the layer above? Better coupling with the service discovery layer is needed

Service discovery m s Need solutions for address allocation, name resolution, service discovery cell phone Palmpilot cable modem PC keyboard mouse head set cordless base s m Existing solutions in the Internet depend on infrastructure Judicious use of Multicast/broadcast is needed These goals are similar to what Zero-conf WG is already working on

Bluetooth: Fonctions de gestion Système de gestion nécessaire dans un piconet – Fonctions classiques de mise en œuvre des communications – Processus de gestion des liaisons • Procédures d'identification • Négociation des paramètres d'authentification • Configuration de la liaison : définition des paramètres de fonctionnement • Processus de gestion effectué par l'échange de requêtes réponses entre les 2 extrémités de la liaison

Bluetooth: perspectives Depuis 2001 : première génération de spécifications Bluetooth Principal reproche : vitesse relativement limitée des transmissions – Full-duplex : échange dans chaque sens effectué à 500 Kbit/s : insuffisant pour la transmission de vidéo en temps réel – Version 2.0 : débit total de 10 Mbit/s par liaison (ou 5Mbit/s ou 2 Mbit/s)

Bluetooth : perspectives Interface radio + performante Améliorations concernant – la mise en route de la liaison – La possibilité de handover – Meilleure coexistence avec les autres réseaux utilisant la même fréquence de 2,4 GHz, tel que le réseau IEEE 802.11

Bluetooth: perspectives Point positif : mise en place de nouveaux sous-groupes de travail de l'IEEE 802.15 pour normaliser l'exploitation de Bluetooth dans différents contextes – Groupe PAN : utilisation d'IP dans Bluetooth – Groupe HID (Human Interface Devices) : communication entre les différents éléments d'un PC – Groupe Printing : connexion vers une imprimante – Groupe Still Image : transmission et traitement d'images – Groupe ESPD (Extended Service Discovery Profiles) : découverte des protocoles environnants – Groupe Car Profile : communications à l'intérieur d'une voiture – Groupe AV(Audio/Video) : transport de parole de bonne qualité, de CD audio, échange de vidéo

References [1] IEEE 802.11, “Wireless LAN MAC and Physical Layer Specification,” June 1997. [2] Hirt, W.; Hassner, M.; Heise, N. “IrDA–VFIr (16 Mb/s): modulation code and system design.” IEEE Personal Communications, vol.8, (no.1), IEEE, Feb. 2001. [3] Lansford, J.; Bahl, P. “The design and implementation of HomeRF: a radio frequency wireless networking standard for the connected home.” Proceedings of the IEEE, IEEE, Oct. 2000. [4] Specification of Bluetooth System, ver. 1.0, July 1999

References (cnt) [5] Haartsen, J.C. “The Bluetooth radio system.”, IEEE Personal Communications, IEEE, Feb. 2000. [6] Haartsen, J.C. ‘Bluetooth towards ubiquitous wireless connectivity.’, Revue HF, Soc. Belge Ing. Telecommun. & Electron, 2000. p.8–16. [7] Rathi, S. “Bluetooth protocol architecture.” Dedicated Systems Magazine, Dedicated Systems Experts, Oct.–Dec. 2000. [8] Haartsen, J.C.; Mattisson, S. “Bluetooth–a new low–power radio interface providing short–range connectivity.” Proceedings of the IEEE, IEEE, Oct. 2000. [9] Gilb, J.P.K “Bluetooth radio architectures.” 2000 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium Digest of Papers, Boston, MA, USA, 11–13 June 2000.

References (cnt) [10] N. Benvenuto, G. Cherubini, “Algoritmi e circuiti per le telecomunicazioni”, Ed. Libreria Progetto. [11] The Bluetooth Special Interest Group, Documentation available at http://www.bluetooth.com/ [12] IEEE 802.15 Working Group for WPANs™; http://www.manta.ieee.org/groups/802/15/ [13] Barker, P.; Boucouvalas, A.C.; Vitsas, V. “Performance modelling of the IrDA infrared wireless communications protocol.” International Journal of Communication Systems, vol.13, Wiley, Nov.–Dec. 2000.

References (cnt) [14] Tokarz, K.; Zielinski, B. “Performance evaluation of IrDA wireless transmission.” 7th Conference on Computer Networks, Zakopane, Poland, 14–16 June 2000. [15] ETSI RES, “Digital European Cordless Telecommunications (DECT), Common interface Part 1: Overview,” ETS 300 175–1, 1996.

Plan 1 Introduction 2 Bluetooth 3 HomeRF: Home Radio Frequency 4 HiperLan 5 Wifi

3 WPAN HomeRF: Home Radio Frequency Environnement domotique – Communication complète entre les machines et terminaux des maisons et l'Internet Origine : association d'industriels – Intel, Hewlett Packard, Siemens, Motorola et Compaq Permet de relier des PC portables ou fixes, mais aussi les terminaux téléphoniques de type DECT – Digital Enhanced Cordless Telecommunications – Équipements reliés à un base centrale Utilisation des mêmes fréquences que l'IEEE 802.11 et Bluetooth – Bande des 2,4-2,5 GHz – Ces 3 normes peuvent cohabiter grâce aux techniques de codage et de sauts de fréquence

WPAN HomeRF: protocoles de communication SWAP : Shared Wireless Access Protocol – Tient de plusieurs normes connues : DECT, IEEE 802.11, IP Reprend la norme de téléphonie insérée dans un réseau de type IP – HomeRF se place dans le registre des réseaux multimédias voix, données, images Débit : 1,6 Mbit/s – 2e génération : 10 Mbit/s – En compétition avec IEEE 802.11 et Bluetooth v2

WPAN HomeRF: technique d’accès En partie la technique d'accès du DECT : TDMA – Time division Multiple Access Possibilité de transmettre des données synchrones – Voix téléphonique, visioconférence Pour la partie informatique : normes de l'Ethernet mobile – CSMA/CA Association TDMA et CSMA – Propriétés nouvelles Possibilité de suspendre l'émission radio des stations de base qui n'ont pas de connexions actives

WPAN HomeRF: techniques d’accès Technique de sauts de fréquence (id. Bluetooth) – Possibilité de superposer plusieurs réseaux HomeRF Mêmes solutions pour les problèmes de sécurité que Bluetooth et 802.11 – Cryptage des données par WEP (Wireless Encryption Privacy), reposant sur Blowfish, un algorithme à clé privée de 256 bits

WPAN HomeRF: topologie 1 cellule où la station de base est à – de 50 m des terminaux – Réseau domotique couvrant la surface d'une maison Débit : 1,6 Mbit/s – Les techniques d'accès (en particulier CSMA/CA) limitent le débit réel qui traverse l'interface air – Pas + de 1 Mbit/s pour des données informatiques, pour un utilisateur seul branché sur un accès Internet via la station de base HomeRF permet d'adresser – 127 nœuds sur un réseau – 6 liaisons voix simultanées

WPAN HomeRF: conclusions Concurrents nombreux – Bluetooth – IEEE 802.11 – Réseaux câblés – Réseaux EDF Comme Bluetooth, HomeRF tient compte à la fois des données informatiques et de la parole téléphonique – IEEE 802.11 : uniquement monde de l'informatique Bluetooth : avantage marketing – Soutenu par plusieurs milliers de constructeurs une centaine pour HomeRF…

Plan 1 Introduction 2 Bluetooth 3 HomeRF: Home Radio Frequency 4 HiperLan 5 Wifi

4 WLAN HiperLAN: Introduction Réseaux sans fil présentés précédemment : en cours de déploiement sur une grande échelle • D'autres solutions sont sur le point d'apparaître sur le marché • Études effectuées à l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute) – Propositions HiperLAN (High Performance Local Area Network) • Groupe de travail IEEE 802.11a – Nouvelle génération de réseau Ethernet mobile • HiperLAN et IEEE 802.11a permettent la communication directe de mobile à mobile, dans le cadre des réseaux ad-hoc – Terminaux utilisés comme relais

WLAN HiperLAN Proposition européenne issue de l'ETSI But : créer des environnements sans fil à haut débit – Environnements flexibles – Permettant un fonctionnement ad-hoc : communication de mobile à mobile en transitant par des mobiles intermédiaires Sur la bande passante affectée au réseau HiperLAN, 5 canaux indépendants autorisent 5 porteuses en parallèle – Puissance des émissions : environ 1 W – Code correcteur d'erreur pour obtenir une qualité de transport comparable à celle obtenue dans un réseau local

WLAN HiperLAN: Famille HiperLAN HiperLAN Type 1 – À l'intérieur des bâtiments sur des distances d'environ 50 m par borne – Déplacement des utilisateurs < 10 m/s – Bande de fréquences entre 5,1 et 5,3 GHz – Interfaces conventionnelles pouvant être utilisées par les LANs sans fil Famille HiperLAN

WLAN HiperLAN: Famille HiperLAN HiperLAN Type 2 ou HiperLAN 2 – Distance par borne étendue à 200 m – Débit : 23,5 Mbit/s – Déplacement des terminaux < 10 m/s – Accéder aux réseaux ATM et satisfaire aux interfaces ATM Pouvoir implémenter les classes de services correspondantes Permettre le support d'applications isochrones

WLAN HiperLAN : Famille HiperLAN HiperLAN 3 ou HiperAccess – Boucle locale radio ou WLL (Wireless Local Loop) – Réseaux de diffusion : permet le point à multipoint, avec des termianux ne sortant pas de leur cellule – Distance entre stations < 5 km – Interfaces ATM privilégiées Permettre l'adoption des classes de service et des qualités de service associées – Débit supérieur à 20 Mbit/s par utilisateur

WLAN HiperLAN: Famille HiperLAN HiperLAN 4 ou HiperLink – Marché des liaisons fixes entre 2 points – Remplacer les liaisons ATM sur des distances de 150 à 200 m débit compatible avec les normes de l'ATM : 155 Mbit/s Classes de service ATM proposées – Antenne directionnelle, car la bande de fréquences situées entre 17,2 et 17,3 GHz

WLAN HiperLAN: Catégories de réseaux

WLAN HiperLAN : Norme Physique Couche physique quasiment identique à IEEE 802.11a Couches MAC différentes (IEEE 802.11 : Ethernet)

WLAN HiperLAN : Couche physique Bande de fréquences 5150 MHz – 5300 MHz Fréquence nominale de chaque porteuse

WLAN HiperLAN: Couche physique HiperLAN utilise 5 porteuses – Porteuses 0, 1 et 2 : porteuses « par défaut » – Bande passante de chaque canal : 23 MHz Technique permettant d'atteindre 23,5 Mbit/s consomme beaucoup d'énergie électrique – Pose problème pour les terminaux mobiles – 2 modes de travail définis LBR-HBR data burst (Low Bit Rate-High Bit Rate data burst) – Petites trames de 496 bits, regroupées dans des blocs de 47 trames max LBR data burst – Ne travaille qu'à une vitesse de 1,47 Mbit/s

WLAN HiperLAN: mesure (CCA:Clear Channel Assessment) et modulation Mesure de la puissance du signal reçu – Seuil utilisé pour déterminer si le canal est libre ou non Transmission haut débit : GMSK – Gaussian Minimum Shift Keying – Modulation à enveloppe constante : amplitude constante Transmission bas débit : FSK – Frequency Shift Keying

WLAN HiperLAN: Technique d'accès à l'interface radio Couche MAC divisée en 2 parties – Sous-couche CAC : Channel Access Control Partie physique de la technique d'accès Contient toute la partie transmission et réception, qui gère les problèmes liés au canal hertzien – Sous-couche MAC Partie logique – Mise en forme de la trame – Routage interne – Algorithmes de confidentialité – Gestion de priorité pour assurer une qualité de service – Insertion et retrait des stations

WLAN HiperLAN: Couche CAC : Channel Access and Control La couche CAC définit – l’accès à un canal, selon qu’il est libre ou occupé – Le niveau de priorité de la tentative, si la contention est nécessaire La couche CAC implémente le mécanisme NPMA – Non-preemptive Priority Multiple Access 3 étapes : – Priorités – Contention – Tranmission

WLAN HiperLAN : Technique d'accès à l'interface radio Adaptation du CSMA/CD, appelée EY-NPMA – Elimination-Yield-None Preemptive Priority Multiple Access – Utilise les 5 canaux avec des ordres de priorité Dans un 1er temps, la station essaie d'accéder aux canaux selon un ordre dépendant de leur priorité Collisions potentielles annihilées par une technique de contention sur des tranches de temps préétablies En cas de succès, la transmission s'effectue

WLAN HiperLAN: 3 étapes Priorités – Sélection des transmissions de données ayant les plus fortes priorités pour l’accès au canal – La priorité est basé sur la durée de vie résiduelle du paquet et la priorité de l’utilisateur Contention – Compétition entre les CAC de même priorité – Transmission d’un signal par le CAC – Écoute du canal à la fin de la transmission Si quelqu’un d’autre transmet, la transmission est retardée jusqu’au prochain cycle d’accès au canal Sinon le CAC commence sa transmission Transmission – Transmission des données

WLAN HiperLAN: Technique d'accès EY-NPMA ( Elimination-Yield-None Preemptive Priority Multiple Access) Accès en 3 phases : – Détection des priorités – Contention : permet à une seule station d'émettre – Transmission : envoie les trames sur le support hertzien

WLAN HiperLAN: MAC Définit les protocoles pour : – L’économie d’énergie – La sécurité – Le routage multi-sauts – Service de transfert de données vers les couches supérieures

WLAN HiperLAN: MAC/topologie HiperLAN 1 supporte 2 topologies – Infrastructure Chaque terminal sélectionne 1 voisin pour être son transmetteur Envoie tout son trafic vers le transmetteur (Forwarder) – Ad-hoc Il n’y a pas de contrôleur de ce type Chaque terminal communique directement avec tous les autres

WLAN HiperLAN: MAC/priorité IEEE 802.11 : priorité incluse dans les IFS – Inter-Frame Space – Priorité fixée HiperLAN – Les priorités pour l’accès au canal sont affectées dynamiquement aux paquets – 2 paramètres utilisés pour calculer ces priorités Durée de vie du paquet (Packet Lifetime) Priorité de l’utilisateur – La durée de vie du paquet est mise à jour constamment La priorité d’un paquet augmente dans le temps

WLAN HiperLAN: Routage multi-sauts HiperLAN utilise un message « Hello » pour découvrir le voisinage – Neighborhood Discovery – Envoi périodique d’un message Hello à ses voisins Le Forwarder construit une carte complète du réseau HiperLANen utilisant ces informations – Il peut alors décider du prochain nœud à qui il doit envoyer les paquets

WLAN HiperLAN:économie d’énergie Les terminaux mobiles peuvent s’accorder sur des paternes de réveil – Ex : réveils périodiques pour recevoir des données Certains nœuds du réseau doivent être capables – de stocker les données destinées aux terminaux endormis – De leur envoyer les données au bon moment Fonctionnalités effectuées par 2 rôles : – P-saver • Terminal en mode d’économie d’énergie • Diffuse à ses voisins sa paterne de réveil – P-supporter • Voisin du P-saver • Retarde la transmission des paquets vers le P-saver • Utilise la paterne de réveil pour savoir quand transmettre les paquets stockés

WLAN HiperLAN: Trame Longueur variable, 2422 bits max Adresses reprises de l'Ethernet – Adresses MAC sur 6 octets Numéro de constructeur sur 3 octets Numéro de série sur 3 octets 2 primitives de service de liaison – HC-UNITDATA.req : pour l'envoi des données – HC-UNITDATA.ind : pour la réception des