Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5

Les technologies sans Fils La technologie commune Réseaux informatique Réseaux télécoms Réseaux satellitaires

Technologies du sans fil La radio - cadre réglementaire contraignant - portée de 100 m à quelques kms Linfrarouge - ne traverse pas les parois opaques aux IR - respecter les angles démission Le laser - débit important - liaison point à point les ondes radio - les micro-ondes, les ondes infrarouges et millimétriques, les ondes lumineuses. Le sans fil Les satellites de télécommunications Des réseaux variés (GSM, GPRS, EDGE, UMTS,...

Technologies Communes 1865 : James Clerk MAXWELL: l'électromagnétisme 1888: Heinrich Rudolph HERTZ: les ondes Ondes radios: radio, télévision et données

Un canal de transmission réglementé Un régulateur dans chaque pays (ETSI, FCC, MKK) USA: Bandes ISM: MHz GHz GHz Europe: MHz (GSM) GHz et GHz

Transmission Contraintes de la transmission bande étroite: partage chemin multiples Étalement de spectre : Partage et robustesse

Réseaux informatiques IEEE famille de normes 802 : LAN et MAN (paquets de tailles variables) les technologies de réseau sans-fil : Bluetooth (802.15), le Wifi (802.11), WiMAX

Définir les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans-fil utilisant des ondes électromagnétiques. La couche physique propose trois types de codage de linformation : DSSS, FHSS ou les infrarouges. La couche liaison est quant à elle scindée en deux sous- couches LLC et MAC

: couche physique CDMA Étalement de spectre par sauts de fréquence Étalement de spectre à séquence directe Technologie infra rouge

FHSS = Frequency Hopping Spread Spectrum Combinaisons de canaux Séquence de sauts connue : GHz en 79 canaux de 1 MHz.

DSSS = Direct Sequence Spread Spectrum dans le Wifi bande des 2,4 GHz en 14 canaux de 22 MHz. pour chaque bit: une séquence « barker » : 1 : et 0 : GHz : 14 canaux séparés de 5MHz, (11 premiers utilisables aux Etats-Unis et 10 à 13 utilisables en France)

: couche liaison de données LLC et MAC MAC: CSMA/CA (DCF) ou PCF Contrôle d'erreur (a l'opposé d'ethernet) Fragmentation

La technologie infrarouge aussi dans onde lumineuse non dissipatif: sécurisé

Optimisations Modulation de phase (Phase Shift Keying) Complementary Code Keying Packet Binary Convolutionnary Code OFDM (802.11a)

Le sans fil : Les modes opératoires Modes de fonctionnement infrastructure Configuration minimum : BSS = 1 point daccès relié à un réseau filaire + ensemble de postes réseau sans fil Configuration étendue : ESS = au moins 2 BSS

Le sans fil : Les modes opératoires Modes de fonctionnement ad hoc (point à point) Configuration : IBSS = aucun point daccès Communication directe entre plusieurs stations sans fil

Routage dans un réseau Ad Hoc 1 Mobile Ad hoc NETwork topologie dynamique (imprévisible) bande passante limitée contraintes d'énergie sécurité physique limitée absence d'infrastructure

Routage dans un réseau Ad Hoc 2 Relayage

Routage dans un réseau Ad Hoc 3 Adaptation de méthodes d'acheminement: minimisation de la charge réseau offrir un support pour la communication multipoint fiable assurer un routage optimal offrir un bon temps de latence

Routage dans un réseau Ad Hoc 4 Protocoles Pro-actifs DSDV FSR...

Routage dans un réseau Ad Hoc 5 Protocoles Réactifs AODV DSR (Routage à source dynamique)...

Le débit du WLAN dépend de plusieurs facteurs : - le nombre dutilisateurs, - la portée des micro-cellules, - les interférences, - la propagation sur de multiples chemins, - le support des standards, - le type de matériel, - les protocoles supplémentaires, les règles d'accès, - la latence, - les goulets détranglement. Le sans fil : La portée et les débits

Les interférences peuvent être liées à plusieurs facteurs : – Propagation multiple : rebondissements de londe dus à un environnement clos => effet de fading (affaiblissement) du signal – Transmissions ISM : interférences avec des appareils utilisant la bande des 2.4GHz (appareils radiophoniques et médicaux) – Fours micro-ondes : émettent des radiations dans la bande des 2.4GHz

Les architectures des réseaux sans fil Les réseaux personnels sans fil (WPAN) Bluetooth les autres réseaux Les réseaux locaux sans fil (WLAN : Wireless Local Area Network) Les réseaux métropolitains sans fil (WMAN) Les réseaux étendus sans fil (WWAN)

WPAN ZigBee Alliance : : Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips et Samsung BlueTooth : : Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba WiBree : Nokia, complète Bluetooth 1Mb/s (mais 10 fois moins d'énergie) WUSB : remplacer USB (60Mo/s à 2 m et 13,75Mo/s à 10m)

Bluetooth 1/ (Ericson), 1999 (specif 1.0) IEEE : Bluetooth 1.x permettant dobtenir un débit de 1Mbit/s Sur une bande ISM 2,4 à 2,4835 GHz Codage de l'info en saut de fréquence (625 μs) Classe 1: 100mW/100m, Classe2: 2,5mW/10m et Classe 3: 1mW/1m

BlueTooth 2/2 Synchrone ou asynchrone Réseau PICONET 7 esclaves actifs et 255 parked Communication direct M/E Synchronisé par le maître Réseau SCATTERNET

WLAN Home Radio Frequency ( Intel, HP, Siemens, Motorola, Compaq et Proxim ) Wireless Fidelity (IEEE, x) HiperLAN High performance Radio Local Area Network (ETSI)

Wifi Mbps (ou supérieur) sur un rayon de plusieurs centaines de mètres. Mode infrastructure / mode ad hoc Norme Fréquence Débit WiFi a (802.11a) 5 GHz 54 Mbit/s 10 m WiFi B (802.11b) 2.4 GHz Mbit/s 100 m WiFi G (802.11b) 2.4 GHz 54 Mbit/s 100 m

WMAN WiMax : IEEE et offre un débit utile de 1 à 10 Mbit/s sur 4 à 10 kilomètres (opérateurs).

WWAN C'est le réseau cellulaire mobile

Sans fils télécoms Historique 1G / 2G / 2,5G / 2,75G / 3G...

Architecture dun réseau GSM BSS ? NSS ? BSC BTS AuC HLR VLR Réseau Commuté Public MSC BSS - « Sous-système radio »NSS - « Réseau cœur » Micro BTS

Architecture, suite: Base Station Controler Mobile Switching Center Network Station Subsystem Home Location Register Visitor Location Register Equipement Identity Register Autentification Center

Exemple de système cellulaire G B A C F E D G B A C F E D G B A C F E D Pas de réutilisation dune même fréquence dans des cellules adjacentes Diminuer la taille des cellules pour augmenter le nombre dutilisateurs

Les différents types de réseau GSM GSM: Global System for Mobile communications –Norme Pan-Européenne pour les communications mobiles adoptée par plus de 500 opérateurs dans plus de 200 pays –permet de transporter la voix et les données à faible débit GSM 900 (Bandes de fréquences autour de 900 MHz) –En France : Orange et SFR puis Bouygues GSM 850 –Principalement Asie et Amérique Latine GSM 1800 –En France : Bouygues puis Orange et SFR GSM 1900 –Variante du GSM 1800 en Amérique du Nord et du Sud

Interface radio GSM GSM DCS bande de fréquence (MHz) : accès multiple :TDMA multiplexage fréquentiel et temporel pas du découpage en fréquences :200 KHz nombre dintervalles de temps / trame TDMA : 8 écart duplex :45 MHz95 MHz rapidité de modulation :271 Kbit/s débit de la parole :13 Kbit/s débit max de données (version de base) :14,4 Kbit/s rayon des cellules (km) :0,2 à 300,2 à 4 puissance type des terminaux :2 W1 W

Architecture dun réseau GPRS Paquet GSM+GPRS SGSN Réseau fédérateur GPRS GGSN Mobile GPRS Circuit BSS HLR Internet Service Passerelle Réseau Commuté public MSC

EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution ) 2,75G Evolution du GSM utilise une modulation différente de la modulation utilisée par GSM (la modulation 8-PSK), ce qui implique une modification des stations de base et des terminaux mobiles.

Architecture dun réseau UMTS UTRAN Circuit Réseau IP Terminal multimode UMTS GSM/GPRS Réseau Cœur Paquet Internet « Réseau daccès radio UMTS »« Réseau cœur » RNC Paquet Node B Réseau Cœur Circuit Réseau Commuté Public

Du GSM au GPRS, EDGE et UMTS Adéquation des systèmes 2G, 2.5G et 3G avec différents services : Non images Oui (++) UMTS < 2 Mbit/s Oui (--)Oui (+) EDGE/GPRS < 384 kbit/s NonOui GPRS < 160 kbit/s Oui (---) GSM < 9.6 kbit/s vidéo (MP3) musiquesjeux informations et actualités messagerie électronique Système

GSM, GPRS, EDGE et UMTS : exemples 2 min 30 de musique MP3 (2,4 Mo) GSM34 mn GPRS 5 mn EDGE 1 mn UMTS 10 s Streaming Audio et Vidéo Avec toutes les technologies sauf GSM Téléchargement d'une carte (50 Ko) GSM42 s GPRS 6 s EDGE 1 s UMTS 0,2 s Téléchargement d'un document Word (500 Ko) GSM7 mn GPRS 1 mn EDGE 10 s UMTS 2 s

Evolution 26 industriels du téléphone mobile (Alcatel, Nec, Siemens, DoCoMo, Cingular, Vodafone, …) téléphonie 4G vise des débits dix fois supérieurs, pouvant atteindre les 30 Mb/s. De tels débits permettraient la diffusion de vidéo en haute définition ou le téléchargement de fichiers audio de qualité CD.

Satellites

Bandes de fréquences pour les communications par satellite - bande L : 1,5 à 1,6 GHzterminaux mobiles, télé UHF, téléphone cellulaire, liens télé-studios - bande S : 1,9 à 2,2 GHzvoir norme UMTS - bande C : 4 à 6 GHztélévision, multimédia (pbs / météo) - bande Ku : 11 à 14 GHztélévision, multimédia (pbs / météo) - bande K : 18 à 26,5 GHzidem (pbs / météo) - bande Ka : 26,5 à 46 GHzidem (pbs / météo) Fréquence :qualitémobilitétaille antenne

Interconnexion de réseaux : services satellites GEO GEO : geosynchronous earth orbit orbite : km délai : 0,25 à 0,5 s applications : radiodiffusion, TV, voix (fixe) VSAT + hub

Interconnexion de réseaux : services satellites MEO MEO : middle earth orbit orbite : à km délai : 0,1 s applications : GPS (24 satellites), pas télécoms

Interconnexion de réseaux : services satellites LEO LEO : low earth orbit orbite : 450 à 1650 km délai : 0,03 s applications : voix (mobiles), données

Constellations de satellites Téléphonie mobile : - Iridium LEO, 66 satellites, L, 780 km début 1998, 1628 cellules * 3840 canaux - Globalstar LEO, 48 satellites, L et S et C Internet haut débit : - SkyBridge LEO, 80 satellites, Ku, 6K à 20Mbit/s - Teledesic LEO, 30 satellites, Ka, 100M (voie montante) à 720Mbit/s (voie descendante) (évolutions en cours...)