Les réseaux PAN 3ème année de cycle d’ingénieur SET réseaux sans fils Université Sidi Mohammed ben Abdellah Faculté des sciences et techniques de Fès Département Génie Electrique 3ème année de cycle d’ingénieur SET réseaux sans fils Les réseaux PAN Réalisé par : ALIFDAL Hanane RAIHANI Hind ECHIKHI Assia NASSIRI Fatima IDRISSI KAITOUNI Hajar Encadré par : Pr. F. LAMRABTI Année universitaire 2014 - 2015

Sommaire : Introduction : qu’est ce que c’est que un réseau PAN Classification des réseaux PAN : Bluetooth Introduction Principe de fonctionnement du Bluetooth Architecture Blutooth Conclusion Zig Bee Caractéristiques principales Architecture ZigBee UWB Caractéristiques générales Principe de fonctionnement Avantages & incnovenients Conclusion : limites

PAN : Qu’est ce que c’est que ? Les réseaux personnels ou PAN (Wireless Personal Area Networks) autorisent la communication et l'échange d'informations entre ordinateurs, assistants personnels (PDA), imprimantes, téléphones mobiles et autres dispositifs, dans un rayon limité (généralement quelques mètres). Les technologies PAN les plus répandues sont les connexions infrarouges et les modules Bluetooth à radiofréquences (dans la gamme de fréquences sans licence de 2,4 GHz).

Classification des réseaux PAN Les réseaux PAN (PersonalArea Network) IEEE 802.15 (WiMedia) 802.15.1 (Bluetooth) 802.15.3 (UWB) 802.15.4 (Zegbee)

Réseau Bluetooth

Introduction Qu'est-ce que Bluetooth? Origines de Bluetooth: Le nom «Bluetooth» a été choisi en l’honneur du roi danois ‘’ Harald Blaatand ‘’ qui signifie en français Harald à la dent bleue. Il a vécu en Scandinavie de 910 à986 et a christianisé et uni la plus grande partie de cette région. Qu'est-ce que Bluetooth? Bluetooth est une technologie de liaison sans fil, utilisant les ondes radio, sur une fréquence comprise entre 2.4 et 2.483 Ghz. Elle permet de relier tout type de périphérique comprenant une puce bluetooth, que ce soient des imprimantes, des modems, des disques durs externes, des congélateurs et même des télévisions... Les applications domotiques sont à venir!

Introduction Les inconvénients: Avantages : Composants très miniaturisés et à faible consommation électrique, pouvant être intégrés dans un nombre d'équipements (téléphones mobiles, PDA, portables …). Technologie bon marché. Les inconvénients: Réservé à la communication entre périphériques (PDA, ordinateur, imprimante). Liaisons sans fil à courte portée (entre 10 et 30 mètres) à moyen débit (720 Kb/s).

Principe de fonctionnement Bluetooth permet de transmettre et recevoir aussi bien des données que de la voix, simultanément ou séparément dans la bande de fréquence ISM (Industriel Médical et Scientifique) à 2.4GHz (plus précisément entre 2400 et 2483 MHz). Les transmissions sont sécurisées par des moyens d’authentification, de chiffrement et de correction d’erreur (FEC et ARQ). Des canaux de communication sont définis sur toute l'étendue de cette plage par tranches de 1 mégahertz. Ceci fait donc environs 80 canaux distincts. Le changement de fréquence est également appelé saut de fréquence (frequence hopping). Ces sauts de fréquence ont lieux 1600 fois par secondes. Entre chaque saut de fréquence, on trouve des plages de quelques micro secondes durant lesquelles des paquets peuvent êtres envoyés. Ces plages sont appelées " slots ".

Architecture du Bluetooth Architecture interne : Application Framework & Support Couches Logicielles Logical Link Control & Application Protocol Host Control Layer Link Manager Protocol Couches matérielles Bande de Base Radio

Architecture du Bluetooth Architecture interne : Couche Radio Bande de Base

Architecture du Bluetooth Architecture interne : Couche LMP

Architecture du Bluetooth Architecture interne : Couche HCL

Architecture du Bluetooth Architecture interne : Couche L2CAP

Architecture du Bluetooth Architecture interne : Couche Applications

Architecture du Bluetooth La méthode d’accès 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

Architecture du Bluetooth Schéma de connexion / Topologies Maitre/esclave: Le plus simple des schémas de connexion est établi lors de la communication entre 2 périphériques bluetooth. Un des deux appareils jouera le rôle de Maître (Master) et l'autre d'esclave (Slave). Le maître est chargé de gérer la communication entre les deux périphériques : c'est lui qui initialise la connexion.

Architecture du Bluetooth Schéma de connexion / Topologies Maitre/ plusieurs esclaves: Piconet Dans le cas où plus de 2 périphériques se connectent au sein du même piconet, un des appareils devient maître et les autres esclaves. Le maître est alors chargé de gérer les communications entre les différents esclaves : lorsque 2 esclaves souhaitent échanger des informations, cette discussion est orchestrée par le maître.

Architecture du Bluetooth Schéma de connexion / Topologies Plusieurs maitre/ plusieurs esclaves: scaternet plusieurs piconets peuvent se réunir pour former un scatternet. Dans ce cas, le maître d'un piconet deviendra l'esclave du maître d'un autre piconet. Un périphérique pourra également devenir l'esclave de plusieurs maîtres de différents piconets

Conclusion La communication sans-fil ne se limite pas au protocole Bluetooth. D'autres protocoles de communication ont été spécifiés, le plus important d'entre-eux étant la norme 802 qui se décline en plusieurs versions pour des utilisations différentes. La norme 802.11b est présentée par certains comme complémentaire, de par ses caractéristiques quelque peu différentes.Les deux technologies bien que concurrentes semblent donc pouvoir coexister. Une nouvelle norme de communication a récemment été annoncée par l' IEEE qui pourrait faire de l'ombre au protocole Bluetooth. Cette nouvelle norme, le 802.15.1 est annoncée compatible avec à la fois Bluetooth et le 802.11. De part sa faible consommation elle semble présenter les mêmes avantages que bluetooth et pourrait donc s'imposer parmi les protocoles de communication sans fil à courte distance.

Réseau Zig-Bee

Introduction ZigBee est un protocole permettant la communication de petites radios, à consommation réduite, basée sur la norme IEEE 802.15.4 pour les réseaux à dimension personnelle (Wireless Personal Area Networks : WPANs).

Caractéristiques principales Débits compris entre 20 et 250 kbits/s. Portée passée d’une dizaine de mètres à 100 mètres aujourd’hui. 3 Bandes de Fréquences libres : 2.4 GHz mondial (250 kbps), 868 MHz Europe (20 kbps), 915 MHz US (40 kbps). Signal robuste et résistant aux interférences (CSMA/CA). Support de différentes topologies réseau (star, tree, mesh). Cycles d'émissions/réceptions et connexions au réseau très rapides ce qui permet une faible consommation d'énergie. Sécurité 128-bit AES cryptage & authentification. Possibilité de Q.O.S. avec le mode (Guaranteed Time Slot). Une pile protocole compacte entre 25 et 60ko.

Architecture Zigbee Composants de Zigbee: ZDO : Basé sur IEEE 802.15.4 Couche Physique Couche MAC Composants de Zigbee: Network layer Application support layer (APS) Zigbee device object (ZDO) Application's manufacturer objects ZDO : Gestion de l'équipement Gestion du réseau Découverte Sécurité

Architecture Zigbee Topologies Un réseau maillé : tous les composants peuvent parler directement entre eux (c’est ici le cas pour les routeurs, dont fait partie le coordinateur) Un réseau en étoile : les composants doivent passer par un élément central, c’est le cas pour les end-devices vis-à-vis des routeurs ou du coordinateur.

Exemple d’un réseau maillé Architecture Zigbee Exemple d’un réseau maillé Remarque : au cas de plusieurs éléments défectueux, le réseau se régénère tout seul et automatiquement afin de garantir de nouvelles routes pour le transport des informations. Le choix de la meilleure route entre deux points est déterminé le plus fréquemment à l aide de l'algorithme de routage AODV (Ad hoc On Demand Vector).

Architecture Zigbee Conclusion Zigbee est une technologie sans fils gérée par la Zigbee alliance et développée sur une norme globale et ouverte afin de cibler les besoins de bas prix et faible consommation d'énergie des réseaux de capteurs sans fils. Zigbee tire tous les avantages de la norme IEE 802.15.4 et opère dans la bandes de fréquences mondiales non réservées (donc libres de licences). Zigbee est conçu pour transporter des données de manière fiable et sécurisée à travers l'environnement bruité des Radios Fréquences.

Réseau UWB

Introduction UWB Ultra Wide Band Apporte le confort et la mobilité des communications sans fils à haute vitesse Constitue un excellent candidat à bat cout et à basse consommation 1er système UWB : MARCONI (1849 - 1896

Caractéristiques générales Forte densité d’utilisation potentielle Haut débit de données Sécurité de communication Robustesse des communications Domaine d’application

Principe de fonctionnement Diffusion de courtes impulsions numériques à travers un large spectre Impulsion entre quelques pS et nS Dans un système d’accès multiple, un utilisateur dispose d’un code « pseudo – aléatoire » : PN L’émetteur et le récepteur UWB sont étroitement couplé au moyen d’un système d’accusé de réception Emission des signaux au niveau de bruit radioélectrique ambiant

Avantages & inconvénients Faible consommation d’énergie Faible détection Haute immunité aux effets multiples à la décoloration Débit important Disponibilité des informations de localisation précises Inconvénients : Difficile pour gérer les imputions extrêmement courtes Maximum d’acquisition (1ms) Interférences extérieures provenant d’autres systèmes

Conclusion UWB est une technologie radio :  Niveau d’énergie très faible  Communication à haut débit UWB est une technologie de transmission d’information réparties sur une large bande passante  Partager le spectre avec d’autre utilisateur

Conclusion : les limites des WPAN Malgré leur consommation faible en énergie, les réseaux PAN présentent certaines limites liées principalement à : la portée Le débit la vitesse du transfert des données (plusieurs périphériques fonctionnent sur la longueur d'onde de 2,4 GHz, ceci à pour conséquence de ralentir les transferts de données) Le nombre de périphériques connectés (7 périphériques pour le Bluetooth)

remarque

En France et Espagne : problème d’interférences avec wifi Bluetooth: 79 canaux En France et Espagne : problème d’interférences avec wifi Un maitre peut gérer jusqu’à 7 esclaves Sco: vocal (numérique mais transmission en continue : circuit) temps réel Un maitre ne peut avoir que trois communication synchrones à la fois. Ex: entre téléphone et main libre. Acl: données (en paquet) pas en temps réel -> possibilité de communication en asynchrone. À la fin du transfert l’esclave envois un acquittement L’adresse mac est sur 3 bit:7 esclaves à la fois (8 dispositifs Bluetooth aux max dans un piconet). Zigbee : 16 canaux Différence avec le Bluetooth : en mode diffusion pas en mode maitre esclaves. Application essentielle: communication avec des terminaux de type capteur Méthode d’accès CSMA CA Uwb: topologie point to point