DÉFINITION ET MISE EN OEUVRE D’UNE SOLUTIOND’ÉMULATION DE RÉSEAUX SANS FIL

DÉFINITION ET MISE EN OEUVRE D’UNE
SOLUTIOND’ÉMULATION DE RÉSEAUX SANS FIL

Des environnements sans fil

Introduction

Jusqu’au début des années 1990, aucun type de réseau n’était en mesure de proposer des solutions sans fil pour acheminer de la voix ou des données. Les premières réussites sont à mettre au crédit de la téléphonie qui la première proposa des téléphones dotés de combinés sans fil. Bien que ne disposant que d’une faible autonomie et d’une faible portée de communication, ces téléphones préguraient ce besoin de communication et cette envie de pouvoir communiquer de n’importe où. Ils ont également eu le mérite d’habituer les gens à se passer de prises murales. La véritable explosion des réseaux sans fil pour les réseaux de données a eu lieu à la n des années 90 et au début des années 2000 grâce à des solutions comme 802.11a ou 802.11b/g qui orent des débits et une qualité de services se rapprochant de plus en plus des réseaux laires traditionnels. 802.11a et 802.11g proposent par exemple des débits de l’ordre de 54 Mbit/s et 802.11b des débits de l’ordre de 11 Mbit/s. La prochaine évolution 802.11n annonce même des débits pouvant atteindre plus de 500 Mbit/s. Grâce à ces débits élevés et protant de l’explosion de l’Internet, ces réseaux sans fil se sont imposés comme une solution viable pour les réseaux d’accès dans les entreprises et les universités et même plus récemment chez les particuliers. Le succès rencontré par les réseaux sans fil est tel qu’ils sont en passe de remplacer les technologies utilisées par le monde de la téléphonie pour les réseaux dits de quatrième génération qui devront assurer un transport de la voix et de données avec des débits élevés en s’appuyant sur la norme IP. Les dernières technologies comme WiMax vont d’ailleurs dans ce sens en proposant des débits de 74 Mbit/s sur des portées pouvant atteindre une cinquantaine de kilomètres. Toutes ces technologies proposent des portées, et une qualité de service très diérentes si bien que plusieurs catégories de réseaux sans fil ont été mises en place, chacune étant dédiée à un type particulier d’application. Dans la suite de ce chapitre nous présenterons ces diérentes catégories puis nous nous interesserons à l’une d’elles en particulier : les réseaux locaux sans fil.

Les diérentes catégories de réseaux sans fil

Suivant la portée et le taux de transmission radio disponibles, on parlera de diérents types de réseaux sans fil. Les applications vont souvent varier d’un type de réseaux à l’autre c’est pourquoi chaque type de réseau repose sur des normes de communication diérentes.

WPAN

Les réseaux sans fil personnels ou Wireless Personal Area Network (WPAN), sont des réseaux sans fil à très faible portée (de l’ordre d’une dizaine de mètres). Ils sont le plus souvent utilisés dans le cadre du Wearable Computing [55] ou informatique vestimentaire qui consiste 19 2 Des environnements sans fil à faire communiquer entre eux des matériels présents sur une personne (par exemple une oreillette et un téléphone portable). Ils sont également utilisés pour relier des équipements informatiques entre eux : par exemple pour relier une imprimante ou un PDA (Personal Digital Assistant ou assistant personnel) à un ordinateur de bureau. Pour mettre en ÷uvre de tels réseaux, la principale technologie est IEEE 802.15.1 [2] ou Bluetooth. Elle fut proposée par Ericsson en 1994 et fournit un taux de transmission radio théorique de 1 Mbit/s pour une portée maximale d’une trentaine de mètres. Elle est très peu gourmande en énergie ce qui la rend particulièrement intéressante pour être intégrée dans de petits équipements autonomes sans fil comme les PDA. La technologie infrarouge ou IrDA est également utilisée dans ce type de réseaux. Cette technologie est cependant beaucoup plus sensible que Bluetooth aux perturbations lumineuses et nécessite une vision directe entre les éléments souhaitant communiquer ce qui la limite bien souvent à un usage de type télécommande.

WLAN

Les réseaux locaux sans fil ou Wireless Local Area Network (WLAN) sont généralement utilisés à l’intérieur d’entreprises, d’universités mais également chez les particuliers depuis le développement des ores à haut débit. Ces réseaux sont principalement basés sur la technologie IEEE 802.11 [1] soutenue par le WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) ou sur la technologie HiperLan 1 et son remplaçant Hiperlan 2 soutenue par l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Ils orent des taux de transmission radio théoriques pouvant atteindre 54 Mbit/s pour IEEE 802.11g ou HiperLan 2 c’est-à-dire bien plus élevés que la technologie Bluetooth. La portée de ces technologies est également beaucoup plus importante : de l’ordre de 300 mètres en extérieur et 100 mètres à l’intérieur de bâtiments pour IEEE 802.11b et d’une centaine de mètres pour Hiperlan 2. Dans la suite du document nous nous intéresserons principalement à ce type de réseaux sans fil locaux. Une description plus détaillée des diérentes normes sera présentée dans la section 2.6

WMAN

Les réseaux métropolitains sans fil ou Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) également appelés boucle locale radio (BLR) étaient à l’origine prévus pour interconnecter des zones géographiques diciles d’accès à l’aide d’un réseau sans fil. Actuellement ces réseaux sont utilisés dans certaines villes américaines (San Francisco) pour fournir un accès internet aux habitants. Les réseaux basés sur la technologie IEEE 802.16 ont une portée de l’ordre de quelques dizaines de kilomètres (50 km de portée théorique annoncée) et un taux de transmission radio théorique pouvant atteindre 74 Mbit/s pour IEEE 802.16-2004 [3] plus connue sous le nom commercial de WiMAX. C’est également dans cette catégorie que peuvent être classés les réseaux téléphoniques de troisième génération utilisant la norme UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) pour transmettre de la voix et des données. Cette norme UMTS propose des taux de transmission radio théoriques pouvant aller jusqu’à 2 Mbit/s sur des distances de plusieurs kilomètres.

WWAN

Les réseaux sans fil étendus ou Wireless Wide Area Network (WWAN) regroupent notamment les diérents réseaux téléphoniques de première et deuxième génération mais également les réseaux satellitaires. Les réseaux cellulaires téléphoniques reposent sur des technologies comme GSM (Global System for Mobile Communication), GPRS (General Packet Radio Service). Les réseaux satellites s’appuient quant à eux sur les normes comme DVB-S (Digital Video Broadcasting-Satellite) pour transmettre l’information et proposent des débits élevés (de l’ordre de 40 Mbit/s pour la norme DVB-S). Ces réseaux se posent en concurrents directs des réseaux laires traditionnels en proposant des services et une qualité de service de plus en plus proche de celle que l’on retrouve dans les réseaux laires. Ils permettent en particulier de toucher des zones totalement enclavées dans lesquelles les réseaux de types WMAN ne peuvent être utilisés comme les déserts ou les zones montagneuses dépourvues d’infrastructures terrestres.

Table des matières

1 Introduction
2 Des environnements sans
2.1 Introduction
2.2 Les différentes catégories de réseaux sans fil
2.2.1 WPAN
2.2.2 WLAN
2.2.3 WMAN
2.2.4 WWAN
2.3 Contraintes et problèmes spécifilques des réseaux sans fil
2.4 Les réseaux sans fil avec infrastructure
2.4.1 Défilnition
2.4.2 Le problème du changement de réseau (Handover ou Handoff)
2.5 Les réseaux sans fil sans infrastructure (Ad-Hoc)
2.5.1 Défilnition
2.5.2 Le routage dans les réseaux Ad-Hoc
2.6 Les réseaux locaux sans fils
2.6.1 La norme européenne HiperLan
2.6.1.1 HiperLan1
2.6.1.2 HiperLan 2
2.6.2 La norme IEEE 82
2.6.2.1 Historique
2.6.2.2 Le protocole d’accès au médium
2.6.2.3 Impact de 82. sur les réseaux sans fil
2.6.2.4 Le débit utile de 82.b
2.7 Conclusion
3 Les différentes approches de test
3.1 Introduction
3.1.1 Le test en environnement réel
3.1.2 La simulation
3.1.3 L’émulation
3.2 Emulation de réseaux
3.2.1 Les différents niveaux d’émulation
3.2.1.1 Émulation de niveau 1
3.2.1.2 Émulation de niveau 2
3.2.1.3 Émulation de niveau 3 (ou émulation de niveau IP)
3.2.2 Les différents mécanismes d’émulation
3.2.2.1 Utilisation d’un conditionneur de trafilc (trac shapper)
3.2.2.2 Émulation par rejeu de traces
3.2.2.3 Émulation par simulation temps réel
3.2.2.4 Les autres solutions d’émulation
3.3 Emulation de réseaux sans fil
3.3.1 Émulation centralisée
3.3.2 Émulation décentralisée
3.4 Conclusion
4 Spécifilcation d’une solution d’émulation
4.1 Fonctionnalités nécessaires pour l’émulation
4.1.1 Précision des conditions
4.1.2 Dynamisme des conditions
4.1.3 Expériences reproductibles
4.2 Mises en ÷uvre envisageables
4.2.1 Simulation en temps réel
4.2.2 Simulation hors ligne et conditionnement de trafilc
4.3 Modélisation d’un environnement sans fil
4.3.1 Introduction
4.3.2 Modèles de mobilité
4.3.2.1 Mobilité Individuelle
4.3.2.2 Mobilité de groupe
4.3.3 Modèles de propagation
4.3.3.1 Modèles de propagation à grande échelle .
4.3.3.2 Modèles de propagation à moyenne échelle
4.3.3.3 Modèles de propagation à petite échelle
4.3.4 Modèles de communication
4.3.4.1 Modèles de communication indépendants du trafilc
4.3.4.2 Modèles de communication dépendants du trafilc
4.3.5 Conclusion
4.4 Scénarisation des services
4.4.1 Besoin de scénarisation
4.4.2 Le formalisme RELAX NG compact
4.4.3 Description de haut niveau d’une expérience
4.4.4 Scénario d’émulation
4.5 Conclusion
5 L’émulateur sans fil W-NINE
5.1 Architecture de W-NINE
5.2 La plate-forme physique NINE
5.2.1 Architecture de NINE
5.2.2 Dummynet et ses améliorations
5.2.2.1 Fonctionnement classique de Dummynet
5.2.2.2 L’extension KAUnet
5.2.3 Le gestionnaire d’émulation
5.2.4 Les observateurs de réseau
5.2.4.1 Support des réseaux Ad-Hoc
5.2.4.2 Support des réseaux en mode infrastructure (cellulaires)
5.3 Simulation hors-ligne avec SWINE
5.3.1 Objectifs de SWINE
5.3.2 Architecture de SWINE
5.3.3 Les objets du domaine
5.3.4 Les objets modèles
5.3.4.1 Le moteur de simulation
5.3.4.2 L’étape mobilité
5.3.4.3 L’étape propagation
5.3.4.4 L’étape de communication
5.3.5 L’outil de visualisation de scénario Jackobi
5.3.6 Conclusion sur SWINE
5.4 Conclusion sur W-NINE
6 Mise en ÷uvre de W-NINE sur des études de cas
6.1 Introduction
6.2 Passage de la phase de simulation à la phase d’émulation
6.2.1 Description de l’expérience
6.2.2 La phase de simulation
6.2.3 La phase d’émulation
6.2.4 Discussion
6.3 Mise en ÷uvre des observateurs
6.3.1 Description de l’expérience
6.3.2 La phase de simulation
6.3.3 La phase d’émulation
6.3.4 Discussion
6.4 Utilisation de l’extension KAUnet
6.4.1 Description de l’expérience
6.4.2 Résultats de simulation et d’émulation
6.4.3 Discussion
6.5 Conclusion
7 Conclusion
7.1 Bilan
7.2 Perspectives
8 Liste des publications
Bibliographi