Cours réseau: Réseaux sans fil

1. Cours réseau:Réseaux sans fil

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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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…

8. 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

9. 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

10. 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

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

12. 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

13. 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)

14. 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

15. Standards: • IEEE 802.11 • HiperLAN • Bluetooth • Home RF • Wifi

16. 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

17. 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

18. 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

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

20. 2 Bluetooth: Applications, Technologies

21. 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

22. 802.11 • Replacement for Ethernet • Supported data rates • 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

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

24. 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

25. 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

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

27. New Applications

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

29. Cordless Headset Cordless headset User benefits • Multiple device access • Cordless phone benefits • Hands free operation

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

31. Bluetooth Technologie

32. 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

33. 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

34. 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

35. 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

36. 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

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

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

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

40. 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

41. 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

42. 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

43. Bluetooth Specifications

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

45. Applications Protocols Profiles Interoperability & Profiles • 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

46. 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

47. Technical Overview

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

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

50. Bluetooth radio link 1Mhz • 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) . . . 79 1 2 3 83.5 Mhz