Thème : Le WIFI sur les VANETs Option : Réseau et multimédia La République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L’enseignement supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Bordj Bou Arreridj Institut des Mathématiques et de L’informatique Option : Réseau et multimédia Thème : Le WIFI sur les VANETs Réaliser par: -khelifi Hakima -Kerbouai Feyrouz

Introduction aux réseaux sans fil Réseaux Ad hoc : MANET etVANET Plan de travail Introduction Introduction aux réseaux sans fil Wifi et modèle OSI Réseaux Ad hoc : MANET etVANET Conclusion

Introduction Depuis quelques années, le besoin d'être connecté est devenu fondamental pour l'homme. Ce besoin pose de plus en plus de défis pour la technologie moderne l'obligeant à plus d'innovation et de créativité. Ainsi, de nouvelles technologies sont apparues comme les réseaux sans fil, et les réseaux Ad Hoc. 1

Les réseaux sans fil ne sont pas tout récents, mais avec le développement de l'informatique et des systèmes d'information, la technologie est venue au besoin primaire de l'homme : la mobilité et la facilité. Ces réseaux dits « sans-fil » sont de plusieurs sortes : WiFi (Wireless Fidelity), Bluetooth, BLR (Boucle Locale Radio), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

Réseaux sans fil (Wireless Networking) Un réseau sans fil est un réseau de machines qui n'utilisent pas de câbles. C'est une technique qui permet aux particuliers, aux réseaux de télécommunications et aux entreprises de limiter l'utilisation de câbles entre diverses localisations. 2

Classification des réseaux sans fil 100km 1m 10km 10m 100m Zone de couverture 3

Classification des réseaux sans fil Portée max Débit Usages Normes WPAN Qqs m 1 Mbit/s Réseau particulier IEEE 802.15 (Bluetooth), NFC, ETSI HyperPan WLAN 500 m + de 50 Mbit/s Réseaux internes, propres à un bâtiment (soit comme réseau d’entreprise, soit comme réseau domestique). IEEE 802.11 (a,b,c,...) ETSI HyperLan WMAN 4 à 10 kilomètres de 1 à 10 Mbit/s Ville, Campus, ... Interconnecte plusieurs IEEE 802.16 WiMax ETSI HyperMan WWAN Plusieurs centaines de kms Régional, National Interconnecte plusieurs villes Basé sur des technologies cellulaires

Les méthodes d’accès aux canal FDMA (Frequency Division Multiple Access) AMRF (Acces Multiple par Repartition de Frequences) TDMA (Time Division Multiple Access) AMRT (Acces multiple a Repartition dans le temps) CDMA (Code Division Multiple Access) AMRC (Acces multiple a Repartition en Code) 5

Les méthodes d’accès aux canal Combinaison FDMA-TDMA TDMA FDMA 6

CDMA Allocation de la totalité de la bande de fréquences Les méthodes d’accès aux canal CDMA Allocation de la totalité de la bande de fréquences a tous les utilisateurs de manière simultanée Code binaire particulier a chaque utilisateur Méthode permettant de multiplexer plusieurs utilisateurs au moyen de codes distincts (Orthogonaux) Appelé aussi : SSMA (Spread Spectrum Multiple Access) 7

1990 : lancement du projet de création d'un réseau Historique wifi (802.11) 1990 : lancement du projet de création d'un réseau local sans fil ou WLAN (Wireless Local Area Network) – But : offrir une connectivité sans fil à des stations fixes ou mobiles qui demandent un déploiement rapide au sein d'une zone locale en utilisant différentes bandes de fréquences 2001 : le premier standard international pour les réseaux locaux sans fil, l'IEEE 802.11, est publié 8

Wifi (Wireless Fidelity) Le Wifi est un ensemble de protocoles de communication sans fil régi par les normes du groupe IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11). Un réseau Wifi permet de relier sans fil plusieurs appareils informatiques (ordinateur, routeur, décodeur Internet, etc.) au sein d'un réseau informatique afin de permettre la transmission de données entre eux. 9

Norme Débit Max Fréquence date Description 802.11 1 à 2 M b/s 2,4 GHz 1997 Première norme Wifi 802.11a 54 Mb/s 5Ghz 1999 haut-débit sur 8 canaux de 50Mbs jusqu'à 10m à 6Mbps jusqu'à 70m 802.11b 11 Mb/s fixe un débit moyen maximum à 11 Mb/s théorique portée de 50m en intérieur à 300 mètres en extérieur spécifie 3 canaux radio (1, 6 et 11) 802.11g 2001 fixe un débit moyen maximum à 54 Mbits/s théorique une portée de 25m en intérieur à 75 mètres en extérieur 802.11i 2004 améliore la sécurité (authentification, cryptage et distribution des clés) en s'appuyant sur la norme Advanced Encryptions Standard. 802.11n 270 Mb/s 2,4 GHz ou 5Ghz 2009 regroupement des canaux agrégation des paquets de données 802.11s 1 G/s 5 GHz 2012 en cours de normalisation améliore 802.11n Les standards IEEE-802.11 10

Architecture de protocole de 802.11 En mode infrastructure, chaque station se connecte à un point d'accès via une liaison sans fil. En mode ad-hoc, les stations se connectent les unes aux autres afin de constituer un réseau point à point. 11

Wifi et modèle OSI 12

deux sous couches constituent la couche physique. La couche physique définit la modulation des ondes radioélectriques et les caractéristiques de la signalisation pour la transmission de données, elle propose plusieurs types de codage de l'information : DSSS, FHSS, IR, OFDM, toutes ces technologies permettent des débits de 1Mbps et 2Mbps. deux sous couches constituent la couche physique. La sous couche PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) s’occupe de l’écoute du support. La sous couche PMD (Physical Medium Dependent) s’occupe de l’encodage des données. 13

FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) Cette technique consiste à découper la large bande de fréquence en un minimum de 75canaux (hop ou saut d'une largeur de 1 MHz), puis de transmette en utilisant une combinaison de canaux connue de toutes les stations de la cellule. Dans la norme Wi -Fi, la bande de fréquence de 2.4 GHz permet de créer 79 canaux de 1 MHz. La transmission se fait ainsi en émettant successivement sur un canal puis sur un autre pendant une courte période de temps (d'environ 400 ms), l'émetteur et le récepteur s'accordent sur une séquence de Sauts de fréquence porteuse pour envoyer les données successivement sur les différents sous-canaux. 14

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) C'est une méthode de modulation de signale, qui permet un étalement de spectre en séquence directe. La bande des 2,4 GHz est divisée en 14 canaux de 22 MHz espacés de 5 MHz. Les canaux adjacents se chevauchent partiellement (en cas où deux points d'accès utilisant les mêmes canaux ont des zones d'émission qui se recoupent, des distorsions du signal risquent de perturber la transmission) et seuls trois canaux sur les 14 étant entièrement isolés sont généralement utilisés pour éviter les interférences (ex. 1, 6, 11 ou 1, 7, 13). Les données sont transmises intégralement sur l'un de ces canaux de 22 MHz, sans saut. 15

Représentation de FHSS et DSSS Répartition des 14 canaux de la technologie DSSS Représentation de FHSS et DSSS Nombre de canaux disponibles pour le FHSS en fonction du pays Nombre de canaux disponibles pour le DSSS en fonction du pays 16

Infrarouge (IR) Une liaison infrarouge permet de créer des liaisons sans fil de quelques mètres avec un débit qui peut atteindre quelques mégabits par seconde. Cette technologie est largement utilisée pour la domotique (télécommandes) mais souffre toutefois des perturbations dues aux interférences lumineuses . Il est possible grâce à la technologie infrarouge d'obtenir des débits allant de 1 à 2 Mbit/s en utilisant une modulation appelée PPM (pulse position modulation). Cette dernière consiste à transmettre des impulsions à amplitudes constantes, et à coder l'information suivant la position de l'impulsion. 17

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Le principe de cette technique consiste à diviser le signal que l'on veut transmettre sur différentes bandes porteuses, comme si l'on combinait ce signal sur un grand nombre d'émetteurs indépendants, fonctionnant sur des fréquences différentes. Un canal est constitué de 52 porteuses de 300 KHz de largeur, 48 porteuses sont dédiées au transport de l'information utile et 4 pour la correction d'erreurs appelées porteuses pilote, Huit canaux de 20 MHz sont définis dans la bande de 5 GHz 18

Comparaison entre ces techniques Avantages Inconvénients DSSS Elle propose des vitesses de transmissions plus importantes - L'utilisation d'un seul canal pour la transmission, rend le système DSSS plus sensibles aux interférences. FHSS - Elle empêche une perte totale du signal, grâce à la technique de transmission par saut. - Elle constitue une solution efficace dans un environnement où il y a beaucoup de multi-trajets. - faible largeur de bande par canal ne lui permettant pas d'atteindre des vitesses de transmissions élevées. - Utilisation de toute la largeur de bande, ce qui implique une charge supplémentaire sur le réseau. Infrarouge - La transmission se fait avec une longueur d'onde très faible. - Une traversée des obstacles (murs, plafonds, cloisons...) n'est pas possible. OFDM - Permet d'atteindre des vitesses de transmission jusqu'à 54 Mbps pour la 802.11a et la 802.11g. - Elle offre un mécanisme de correction d'erreurs sur l'interface physique. Comparaison entre ces techniques 19

Couche liaison de données de 802.11 LLC : Logical Link Control MAC : Medium Access Control 20

Les terminaux écoutent la porteuse avant d'émettre Couche Mac 802.11 Principe Les terminaux écoutent la porteuse avant d'émettre Si la porteuse est libre, le terminal émet, sinon il se met en attente La couche MAC 802.11 intègre beaucoup de fonctionnalités que l'on ne trouve pas dans la version terrestre Particularité du standard : définition de 2 méthodes d'accès fondamentalement différentes au niveau de ma couche MAC DCF : Distributed Coordination Function PCF : Point Coordination Function 21

DCF : Distributed Coordination Function Méthodes d’accès dans 802.11 DCF : Distributed Coordination Function – Permettre des transfert de données asynchrone en best effort. – Tous les utilisateurs qui veulent transmettre ont une chance égale d'accéder au support – Le DCF est basé sur le CSMA\CA (Carrier Sense Multiple Access \Collision Avoidance). – Impossible de détecter les collisions. Les station radio n’étant pas en fullduplex. Problème de terminal caché. PCF : Point Coordination Function – Interrogation à tour de rôle des terminaux (polling) – Contrôle par le point d'accès – Conçue pour la transmission de données sensibles • Gestion du délai • Applications de type temps réel : voix, vidéo 22

Évite les collisions en utilisant des trames d'acquittement Protocole CSMA/CA Évite les collisions en utilisant des trames d'acquittement – ACK envoyé par la station destination pour confirmer que les données sont reçues de manière intacte Accès au support contrôlé par l'utilisation d'espace inter-trame ou IFS (Inter-Frame Spacing) – Intervalle de temps entre la transmission de 2 trames – Intervalles IFS = périodes d'inactivité sur le support de transmission 23

Exemple de transmission: NAV 24

Temps découpé en tranches (timeslots). Algorithme de Backoff Permet de résoudre le problème de l'accès au support lorsque plusieurs stations veulent transmettre des données en même temps. Temps découpé en tranches (timeslots). Timeslot de 802.11 un peu plus petit que la durée de transmission minimale d'une trame utilisé pour définir les intervalles IFS 25

Le DCF Problème de nœud caché Transmission avec mécanisme de réservation(RTS / CTS) Le DCF Problème de nœud caché 26

Structure d’une trame 802.11 27

Les Réseaux ad hoc Les réseaux ad hoc sont des réseaux sans fil capables de s’organiser sans infrastructure définie préalablement. Les différents réseaux ad hoc existant: Le VANET ou Vehicular ad hoc networks est une forme de mise en application du MANET, très inspiré de celle-ci elle permet aux véhicules de communiquer via des messages d'alertes de sécurité envoyés entre eux par un système de communication par nœud. Un Réseau MANET est un réseau composé de plusieurs nœuds qui sont en mobilité et qui arrivent à communiquer sans aucune infrastructure fixe 28

Les application possible de VANET Applications de Confort (Orienté Utilisateur) Réseaux Collaboratifs Internet dans les transports Gestion des espaces libres dans les transports Applications pour la sécurité routière (Orienté Véhicule) Alertes en cas d’accidents Alertes en cas de ralentissement anormal La conduite collaborative 29

Technologies utilisées dans la communication véhiculaire Hybride V2V (Véhicule à véhicule) V2I (Véhicule à Infrastructure) 30

IEEE 802.11 et les communications inter-véhicules 2002 : premier norme sans-fil appelée DSRC crée par l'ASTM Pour communiquer de véhicule à véhicule qui est basé sur la couche physique de la norme IEEE 802.11a ainsi que sur la couche MAC de la norme IEEE 802.11 e. 2003: un nouveau standard dédié aux communications inter véhicules, nommé WAVE aussi connu sous le nom de IEEE 802.11p .Cette norme utilise le concept de multicanaux afin d'assurer les communications pour les applications de sécurité. 31

IEEE 802.11p (WAVE) : Couche physique basé sur la couche physique de la norme IEEE 802.11a et sur la couche MAC de la norme IEEE 802.11 e. Utilisé une bande de fréquence des 5.9 GHz (Europe et États-Unis) ou 5.8 GHz. 7 canaux de 10 MHz chacun (1 canal de contrôle et 6 canaux de service ) débit entre 6 et 27 Mbps pour des distances jusqu'a 1000 mètres avec une modulation de type OFDM et reprend le principe du CSMA/CA. 32

La famille des standards IEEE 1609 pour WAVE est: IEEE 802.11p (WAVE): les couches hautes entre la couche liaison et la couche application (les couches hautes)utilisé un standard IEEE 1609. La famille des standards IEEE 1609 pour WAVE est: IEEE 1609.1:pour la gestion des ressources. IEEE 1609.2: pour la sécurisation des messages IEEE 1609.3:pour les services de niveau réseau et transport incluant l’adressage, le routage. IEEE 1609.4:pour la coordination et la gestion des sept canaux DSRC. 33

Présentation de pile de protocole WAVE : la partie de la norme IEEE 802.11 utilisé par 802.11p : 34

Protocoles de routage dans les réseaux VANET s Il y a deux classes de protocoles de routage dans VANET: les protocoles basés sur la topologie : protocoles proactifs, réactifs et hybrides. protocoles basés sur la localisation (position) Parmi les protocoles de routage VANET on cite: protocole GSR (Geographic Source Routing)  Le protocole GyTAR (improved Greedy Traffic Aware Routing protocol) 35

Protocoles de routage dans les réseaux VANET s protocole GSR protocole de routage géographique. calculé le chemin de routage le plus court à partir des informations géographiques d’une carte routière. utilisé les algorithmes de recherche du plus court chemin Le protocole GyTAR: La sélection des intersections (carrefours) L’envoi de données entre deux intersections 36

Pour votre attention