Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5.

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1 Vincent Barreaud Les réseaux mobiles cours réseaux chapitre 5

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

3 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,...

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

5 Un canal de transmission réglementé Un régulateur dans chaque pays (ETSI, FCC, MKK) USA: Bandes ISM: 902-926MHz 2400-2483.5GHz 5725-5850GHz Europe: 890-915MHz (GSM) + 2400-2483.5GHz et 5725-5850GHz

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

7 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

8 802.11 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

9 802.11 : couche physique CDMA Étalement de spectre par sauts de fréquence Étalement de spectre à séquence directe Technologie infra rouge

10 FHSS = Frequency Hopping Spread Spectrum Combinaisons de canaux Séquence de sauts connue 802.11 : 2.4 - 2.4835 GHz en 79 canaux de 1 MHz.

11 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 » 802.11 : 1 : 10110111000 et 0 : 01001000111 2.400-2.4835 GHz : 14 canaux séparés de 5MHz, (11 premiers utilisables aux Etats-Unis et 10 à 13 utilisables en France)

12 802.11 : couche liaison de données LLC et MAC MAC: CSMA/CA (DCF) ou PCF Contrôle d'erreur (a l'opposé d'ethernet) Fragmentation

13 La technologie infrarouge aussi dans 802.11 onde lumineuse non dissipatif: sécurisé

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

15 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

16 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 802.11

17 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

18 Routage dans un réseau Ad Hoc 2 Relayage

19 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

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

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

22 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

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24 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

25 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)

26 WPAN ZigBee Alliance : 802.15.4 : Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips et Samsung BlueTooth : 802.15.1 : 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)

27 Bluetooth 1/2 1994 (Ericson), 1999 (specif 1.0) IEEE 802.15.1 : 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

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

29 WLAN Home Radio Frequency ( Intel, HP, Siemens, Motorola, Compaq et Proxim ) Wireless Fidelity (IEEE, 802.11.x) HiperLAN High performance Radio Local Area Network (ETSI)

30 Wifi 802.11 11 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

31 WMAN WiMax : IEEE 802.16 et offre un débit utile de 1 à 10 Mbit/s sur 4 à 10 kilomètres (opérateurs).

32 WWAN C'est le réseau cellulaire mobile

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

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

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

36 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

37 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

38 Interface radio GSM GSM DCS bande de fréquence (MHz) :890-9151710-1785 935-9601805-1880 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

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

40 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.

41 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

42 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

43 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

44 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.

45 Satellites

46 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

47 Interconnexion de réseaux : services satellites GEO GEO : geosynchronous earth orbit orbite : 36 000 km délai : 0,25 à 0,5 s applications : radiodiffusion, TV, voix (fixe) VSAT + hub

48 Interconnexion de réseaux : services satellites MEO MEO : middle earth orbit orbite : 5 000 à 18 000 km délai : 0,1 s applications : GPS (24 satellites), pas télécoms

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

50 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...)