Les réseaux sans fil de type “WPAN”

Les «WPAN» sont des réseaux sans fil de faible portée (quelques dizaines de mètres) qui sont des réseaux à usage personnel. Ils sont déjà présents sous différents noms :
Bluetooth : connu encore sous la norme 802.15.1, Bluetooth est aujourd’hui présent dans de nombreux dispositifs. Malgré un débit de 1Mb/s et une portée d’environ 30 mètres, Bluetooth offre de nombreuses possibilités grâce à la faible consommation de ses équipements.
Bluetooth opère sur 2.4 Ghz, il est intégré en standard dansWindows XP et disponible depuis 2001 en carte PCMCIA. On trouve des composants Bluetooth dans beaucoup d’ordinateurs portables mais aussi dans de nombreux périphériques (appareils photos, téléphones portables, assistantspersonnels,…). La norme 802.15.3 (Bluetooth2) qui devrait prochainement voir le jour est une version annoncée plus rapide avec de débits de 11, 22 33, 44 et 55 Mb/s, et pouvant intégrer des mécanismes de sécurité, qui font actuellement défaut dans le protocole Bluetooth. Parmi ces mécanismes on peut citer les notions de sécurité de groupe, élection automatique d’un chef de groupe, authentification mutuelle et gestion de clés de confidentialité.
ZigBee : Avec un débit plus faible queBluetooth (20 et 250 Kb/s), la norme 802.15.4 (ZigBee) pourrait être très utilisée dans les années à venir. Les équipements ZigBee moins consommateurs et moins onéreux que les équipements Bluetooth devraient trouver leur place dans les périphériques informatiques mais également en domestique (éclairage, système de sécurité,…).
Les liaisons infrarouges : Les liaisons infrarouges sont très utilisées pour des communications à courte distance, cependant leur se nsibilité aux perturbations empêche le développement de cette technologie dansles réseaux sans fil supérieurs à une distance d’une dizaine de mètres. Néanmoins, laportée d’interception peut-être très supérieure.

Les réseaux sans fil de type “WMAN” (La norme 802.16 ou Wimax)

Encore à l’état de norme pour le moment, les réseaux sans fil de type “WMAN” ne sont pas des projets très avancés. Cependant la B.L.R. Boucle( Locale Radio) fait partie des réseaux sans fil de type “WMAN”. Sur la bande des 3,5 Ghz e t des 26 Ghz et avec un débit de 2 Mb/s, la BLR est une technologie sans fil capable de relier les opérateurs de téléphonie à leurs clients grâce aux ondes radio sur une distanc e de 4 à 10 kilomètres.
802.16a permet un débit de 32 à 134 Mb/s sur la bande de 3.5 Mhz. Et ce qui devrait attirer l’attention est 802.16b ou WHUMAN, qui permet des réseaux métropolitains, avec gestion de bande passante et des émetteurs entre eux, sur la bande des 5 GHz.

Les réseaux sans fil de type “WWAN”

Bien que ces réseaux ne soient pas connus sous ce nom, ce sont aujourd’hui les réseaux sans fil les plus utilisés en France. Les technologies cellulaires tel que le GSM (Global System for Mobile Communication), le GPRS (General Packet Radio Service) et l’UMTS ( Universal Mobile Telecommunication System) font ou feront partie de ce type de réseau (voir ci-dessous pour plus de détaille).

Les réseaux sans fil de type “WLAN” (La norme 802.11)

La norme IEEE 802.11 (ISO/IEC 8802-11) est un standard international décrivant les caractéristiques d’un réseau local sans fil (WLAN), ce dernier est utilisée comme prolongation de l’infrastructure des LAN. On trouve les normes IEEE 802.11b et 802.1a. La norme IEEE 802.11b s’appelle commercialement Wi-Fi pour Wirless Fidelity. Elle utilise la bande des 2,4 Ghz et permet un débit de 11 Mb/s. Lanorme IEEE 802.11a, appelée Wi-Fi 5, utilise la bande des 5 Ghz et permet un débit de 54Mb/s.
Il existe également de nombreuses technologies propriétaires utilisant la bande des 2,4 Ghz, concurrentes aux normes IEEE mais abandonnées car elles sont supplantées par 802.11, comme Home RF d’Intel ou OpenAir. Une norme européenne défini par l’ETSI incluant d’origine la qualité de service et la gestion dynamique des fréquences et utilise également la bande des 5 GHz, est appelée Hiperlan 2, mais il semble difficile de prévoir un avenir à la normalisation de l’ETSI dans ce domaine car celle-ci n’est pas soutenue par les industriels. Les réseaux sans fils doivent effectuer un compromis entre la portée et le débit disponibles. Différentes évolutions sont en cours aussi bien pour permettre des extensions pour la sécurité, la qualité de service et lehandover que pour améliorer le débit et la couverture.
Elle définit aussi une partie des couches de bases du modèle OSI : la couche physique et la couche liaison de données.
Le premier service de la norme 802.11 est de fournir l’unité de données de service MAC (Medium Access Control – contrôle d’accès au medium) (MSDU : MAC Service Data Units) entre une paire au niveau de contrôle de la liaison logique (LLC : Logical Link Controls). Typiquement, une carte radio (Radio Card) et AP fournissent des fonctions de la norme 802.11 [1].

Les caractéristiques (Features)

La norme 802.11 fournit la fonctionnalité de MAC etPHY pour une connexion wireless des stations fixes, nomades ou mobiles se déplaçant aux vitesses piétonnières ou véhiculaires dans une zone locale [23]. La norme 802.11 tient compte des différences suivantes entre les réseaux filaires et les réseaux sans fil (WLANs) :
Gestion de l’alimentation (Power Management): La plupart des cartes de réseau (Network Interface Card -NIC) pour WLAN sont disponibles dans le format de PCMCIA, ainsi on peut équiper des ordinateurs portables avec une connexion wireless. Le problème, est que l’interface réseau à besoin d’une batterie pour. L’addition d’un NIC de WLAN à un ord inateur portable peut rapidement vider les batteries. Les experts de IEEE 802.11 ont développé des solutions pour conserver l’énergie de la batterie, tel que par exemple le passage en mode de veille pour la carte réseau quand il n’y a pas de transmissions à effectuer.
La largeur de la bande: Dans L’industrie, le milieu académique et médical la largeur de la bande de fréquence utilisée n’estpas grande, maintenant des débits plus petits qu’est offert pour certaines applications. Cependant les experts d’IEEE 802.11 ont adoptés des méthodes de ompressionc pour une meilleure utilisation de la bande passante disponible.
La sécurité:Les signaux de WLAN peuvent être reçus sans avoir besoin d’une connexion filaire, tel que câble coaxial ou f ibre optique. Du point de vu de la sécurité WLAN ont une zone beaucoup plus grande à protéger. Le comité de normalisation responsable de définition esd mécanismes de sécurité pour la série de protocole IEEE 802 a développé desolution de sécurité pour IEEE 802.11.
L’adressage : La topologie d’un réseau sans fil est dynamique, ce qui entraîne que l’adresse de destination ne correspon d pas toujours à l’endroit de la destination. Ceci pose un problème lorsqu’on achemine des paquets à travers le réseau vers la destination prévue. La recommandation 802.11f concernant le protocole interne de point d’accès (Inter Access Point Protocol – IAPP) résout le problème.

La topologie

Un LAN 802.11 est basé sur une architecture cellulaire, du point de vue de topologie, 802.11 définit deux modes d’opération : le mode infrastructure BSS (Basic Service Set)( voir figure 9.b) et le mode ad-hoc IBSS (Independant Basic Service Set) (voir figure 9.a).
La topologie du mode ad-hoc est très simple et l’ensemble des stations communique directement, par paires, sans aucune fonction de relais de messages. Le mode infrastructure est beaucoup plus répandu que le mode ad-hoc et il définit un élément central, le point d’accès – AP (Access Point). Tous les messages passent par le point d’accès qui les relaie localement vers leur destination.
Figure 9: Topologie d’un réseau sans-fil (IEEE 802.11).

L’architecture protocolaire

La norme 802.11 s’attache à définir les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans fil utilisant des ondes électromagnétiques, c’est–àdire :
La couche physique (notée parfois couche PHY), proposant trois types de codage de l’information :
o Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) dans la bande 2.4 Ghz, o Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) dans la bande 2.4 Ghz,
o InfraRed (IR).
La couche liaison de données, constitué de deux sou-couches :
o Le contrôle de la liaison logique ( Logical Link Control ou LLC), o Le contrôle d’accès au support ( Media Access Control ou MAC).
La couche MAC 802.11 est responsable en plus des fonctions standards remplies par les couches MAC, des fonctions qui sont typiquement relatives aux couches supérieures, comme la Fragmentation, la retransmission des paquets et l’ Acknowledges.
L’architecture logique 802.11 de la norme qui s’app lique à chaque station se compose d’un MAC simple et d’un ou plusieurs PHYs (voir figure 10).
Figure 10 : Architecture protocolaire d’IEEE 802.11.
PLCP: Physical Layer Convergence Procedure.
PMD: Physical Medium Dependent.
L’entité MAC
o mécanisme d’accès de base,
o fragmentation,
o chiffrage.
l’entité MAC Layer Management
o synchronization,
o gestion de puissance,
o roaming,
o MAC MIB.
Physical Medium Dependent Sublayer (PMD)
o modulation et codage.
PHY Layer Management
o canal accordant (channel tuning),
o PHY MIB.
Station Management
o interagit avec MAC Management et PHY Management.

Les réseaux cellulaires

Dans cette section nous allons présenter brièvementchacune des normes GSM, GPRS et UMTS, tout en insistant sur le derniers qui va êtrel’objet de notre simulation après.

Etat de l’art sur les réseaux mobiles sans fils

La Notion de réseau cellulaire

Les réseaux de téléphonie mobile sont basés sur notionla de cellules, c’est-à-dire des zones circulaires se chevauchant afin de couvrir une zone géographique. Les réseaux cellulaires reposent sur l’utilisation d’un émetteur-récepteurcentral au niveau de chaque cellule, appelée “station de base ” (en anglais Base Transceiver Station, notée BTS). Plus le rayon d’une cellule est petit, plus la bande passante disponible est élevée. Ainsi, dans les zones urbaines fortement peuplées, des cellules d’une taille pouvant avoisinée quelques centaines mètres seront présentes, tandis que de vastes cellules d’une trentaine de kilomètres permettront de couvrir les zones rurales. Dans un réseau cellulaire, chaque cellule est entourée de 6 cellules voisines (c’est la raison pour laquelle on représente généralement une cellule par un hexagone voir figure 11). Afin d’éviter les interférences, des cellules adjacentes ne peuvent utiliser la même fréquence. En pratique, deux cellues possédant la même gamme de fréquences doivent être éloignées d’une distanceprésentant deux à trois fois le diamètre de la cellule.

GSM

La présentation du réseau GSM

Le réseau GSM (Global System for Mobile communications) est issue d’un effort soutenu de standardisation mené à l’ETSI (Organe européen de Normalisation en télécommunications) et aussi le standard de téléphonie dit “de secondegénération ” (2G) car, contrairement à la première génération de téléphones portables, les mmunicationsco fonctionnent selon un mode entièrement numérique. Baptisé “Groupe Spécial Mobile” à l’origine de sa normalisation en 1982, il est devenu une norme internationale en 1991.Le standard GSM utilise les bandes de fréquences 900 MHz en Europe et 1800 MHz. Aux Etats-Unis par contre, la bande de fréquence utilisée est la bande1900 MHz. La norme GSM autorise un débit maximal de 9,6 kbps, ce qui permet de transmettre la voix ainsi que des données numériques de faible volume, par exemple des messages textes (SMS, pour Short Message Service) ou des messages multimédias (MMS, pour Multimedia Message Service). Dans cette section, nous passerons en revue différents aspects de la technologie GSM: notion de réseau cellulaire, puis nous détaillons l’architecure du réseau GSM.