Wireless WLAN MAN HAN PAN Donche S Pellegrin

Wireless WLAN, MAN, HAN, PAN … Donche S. & Pellegrin T. RICM 3éme année 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 1

Wireless • Présentation • Fonctionnement du Wireless • Les Normes – 802. 11, Bluetooth, Dect, Home. RF … • Comparaisons • Les Utilisations Wireless – Havi, urban wireless … • Conclusion 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 2

Wireless • But : le « tout réseaux » • Domaines d’application – Wlan, Pan, Han… • Secteurs concernés – Entreprises & particuliers • Beaucoup de normes en concurrence Enjeux économiques importants 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 3

Wireless • Bref historique des Réseaux –lan, wan, man, wlan, pan, han … INTERNET 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 4

Wireless Les ondes contre « le tout câblé » (1/3) • Avantages des câbles – Débit important (plus de 1 Gbit/s) – Technologie éprouvée – Nombreuses installations existantes • Inconvénients des câbles – Installation difficile – « Tout réseaux » impossible – Réseaux difficiles à faire évoluer 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 5

Wireless Les ondes contre « le tout câblé » (2/3) • Avantage Wireless – Câblage inexistant – Rapidité d’installation • Inconvénient Wireless – Débit plus faible (1 Mbit/s-> 54 Mbit/s) – Interférences – De nombreuses normes wireless 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 6

Wireless Les ondes contre « le tout câblé » (3/3) • Des alternatives –Utilisation du réseau électrique privé • Homeplug (150 kbit/s à 10 Mbit/s) • EDF… –Utilisation des lignes téléphoniques privées • Home. PNA (10 Mbit/s) 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 7

Wireless • Comparaison Technologies Wireless Infra-rouge (THF ~100 GHz à ~1014 Gh. Z) Ondes Radios (UHF – SHF ~900 Mhz à ~10 Ghz) Avantages : - Haut débit - Passe les obstacles - Sécurité transmission - Non orienté (Multidirectionnel) Inconvénients : - Omnidirectionnelle - Perturbation - Ne passe pas les obstacles - Mauvaise sécurité des transmissions - Problèmes à la lumière du jour et liés au temps 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 8

Wireless Spectre des ondes : Radio Télécommunications (UHF- SHF) 900 MHz 1900 MHz 2400 MHz 5 GHz 10 GHz GSM DECT UMTS 802. 11 b 802. 11 a Bluetooth Hiperlan 1 Home. RF Hiperlan 2 Technologies privés Tv : ~ 100 MHz à ~ 1 GHz Radio FM : ~ 80 Mhz- ~100 Mhz 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 9

Wireless La bande des 2. 4 GHz. • Bande de fréquence libre (ISM) • Problèmes internationaux –Différences de largeur de bande allouée entre pays. (France Espagne et Japon différents du reste du monde). • Saturation de la bande des 2. 4 GHz • Solution utilisation de la bande des 5 GHz Bande ISM : 2. 4000 GHz à 2. 483 GHz 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 10

Wireless Exemple d’applications wireless • Mise en oeuvre du tout réseaux - PDA, Pocket. PC, périphériques externes, … - TV/Video, Hifi, … - Wearable… - Pacemaker… • Les réseaux wireless (WLan) • La domotique … 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 11

Wireless : Fonctionnement des normes. • Les couches OSI. • Les technologies larges bandes. –FHSS –DSSS –OFDM • Modulation sur fréquence porteuse. –FSK • Accès au canal de communication. 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 12

Wireless : Fonctionnement du wireless • Standards basés sur le modèle OSI • Spécification des premières couches de ce modèle Application Présentation Session Transport Réseau Couche Wireless 13/12/2001 Donnée Liason Physique Logical Link Control (LLC) Media Acess Control (MAC) Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 13

Wireless : Fonctionnement Technologies larges bandes • Développées par l’armée • Partager la bande passante entre plusieurs systèmes • Eviter les interférences • Techniques : FHSS, DSSS, OFDM … 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 14

Wireless : Fonctionnement Technologies larges bandes : • Technologie FHSS (frequency hopping spread spectrum ). –Sauts entre les fréquences d’émissions –Ex : bluetooth divise la bande des 2. 4 GHz en 79 canaux de 1 MHz –Sauts selon une règle pseudo-aléatoire. –Intérêts : simple, résistance aux interférences, sécurité. 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 15

Wireless : Fonctionnement Technologies larges bandes : FHSS Fréquence Interférences temps 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 16

Wireless : Fonctionnement Technologies larges bandes : • Technologie DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum ) – divise la bande passante en canaux (ex : 802. 11 b bande des 2. 4 GHz séparée en 11 canaux de 8 MHz) – Intérêt : vérifications et correction d’erreurs – Conversion des bits de données en une série de bits redondant (chip) Signal original : 1 0 Signal étalé : 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. Transformé en Symbole 17

Wireless : Fonctionnement Technologies larges bandes : • Technologie OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) – – Divise la bande passante en canaux Bits de données transmis à différentes fréquences simultanément Signal reconstitué à partir d’une transformée de Fourier rapide Utiliser pour les Standards wireless de haut débit (ou encore ADSL) 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 18

Wireless : Fonctionnement Modulation • La modulation FSK (Frequency Shift Keying ) –But : augmenter le débit de la transmission –Des variantes sont utilisées dans les normes wireless utilisant la technique FHSS (GFSK, QFSK …) –Modulation de fréquence –Faible coût des composants • Autres types utilisés PSK , MAQ … (cf : Voir cours DANSOU en TS…) 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 19

Wireless : Fonctionnement Accès au canal de communication : • Couche liaison du modèle OSI • Partage du canal de communication • TDMA, CSMA/CA. 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 20

Wireless : Fonctionnement Accès au canal de communication : • TDMA –Communications synchrones –Espaces de temps alloués à chaque entités –Utilités voix et streaming –Explications : M 1 M 2 M 3 M 4 M 1 M 2 Temps 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 21

Wireless : Fonctionnement Accès au canal de communication : • CSMA / CA –Communication asynchrone –Mécanisme d’écoute du réseaux et transmissions –Similitudes CSMA/CD (Ethernet) (Détection collisions entre paquets) M 1 paquet écoute M 2 écoute paquet M 3 écoute Temps 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 22

Wireless : Fonctionnement Accès au canal de communication : • CSMA / CA M 1 paquet M 2 écoute M 3 écoute paquet RTS CTS Temps 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 23

Wireless : Fonctionnement Accès au canal de communication : • CSMA / CA : les paquets RTS et CTS D A RTS CTS 13/12/2001 B Wireless - Donche S. & Pellegrin T. C 24

Wireless : Les normes • Description des standards - DECT 802. 11 Bluetooth home. RF Hiperlan • Comparaison 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 25

Wireless : Les normes DECT • Lancement en 92 : par l’ETSI (European Telecomunication Standard Institute) Travaux commencés dans les années 80. • But - Développer un standard de téléphonie numérique domestique • Avantages - Gestion possible de donnée - Conçu pour une interconnexion avec d’autres types de réseaux - Coût très peu élevé (aujourd’hui Téléphones sous norme DECT 600 Fr à Continent) 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 26

Wireless : Les normes DECT • Technologie - Bande de fréquence 1, 8 Ghz - Utilisation de slots de type TDMA - Débit : 552 Kbit/s - Distance 300 m pour 100 m. W • Bilan et avenir - A fait ces preuves, technologie utilisé dans Home. RF… - Grand succès en Allemagne - Futur passerelle entre GSM & UMTS - Gestion des PABX en WPABX 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 27

Wireless : Les normes 802. 11 • Norme publiée en juin 97 par l’IEEE 802. 11 premier standard Wireless • Norme basée sur une topologie cellulaire • Etablie pour 2 catégories d’architectures : - Ad-Hoc (Peer to Peer) - Infrastructure (à point accès (AP)) 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 28

Wireless : • Le mode Ad-Hoc Les normes IBSS • Le mode infrastructure Back. Bone AP AP BSS 13/12/2001 BSS Wireless - Donche S. & Pellegrin T. Possibilité de Roaming 29

Wireless : Les normes Déroulement d’accès à une cellule • Premier Accès - Ecoute passive - Ecoute active • Phase d’authentification • Phase d’association -échange d’informations (capacité, position, synchronisation d’horloge…) Echange de données 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 30

Wireless : Les normes 802. 11 • Divisée en plusieurs groupes de travail 802. 11: a, b, c, d, e, f … • Deux normes particulières – 802. 11 b : nommée WIFI (placé en standard) – 11 Mbit/s fréquence : 2, 4 Ghz sous DSSS ~ 100 mètres pour 10 m. W – 802. 11 a – 54 Mbit/s fréquence : 5 Ghz sous OFDM 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 31

Wireless : Les normes Les Problèmes de sécurité • Accès aux ressources : Authentification par password • Ecoute clandestine : - Le WEP (Wired Equivalent Privacy) Algo. : RC 4 de RSA (Clé 40 bits maintenant 128 bits) Générateur de nombres pseudo-aléatoires initialisés par une clé secrète. 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 32

Wireless : Les normes • Le type de matériel vendu (certifié WECA) - Pont d’accès AP - Hubs - Cartes Wireless (PCMIA, ISA, PCI, PCCARD…) - Périphériques externes … • Les constructeurs suivent … Apple, IBM, Intel, 3 COM, Cisco, D-Link, Nokia, Sony, Toshiba … 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 33

Wireless : Les normes • Air. Port d’APPLE Caractéristiques : - 802. 11 b - ~50 m - Connexion jusqu’à 50 PC/MAC - chiffrage : 128 bits WEP - ~250$ • Carte Wireless Air. Port - 802. 11 b - ~100 $ 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 34

Wireless : Les normes • De nombreux produits 802. 11 déjà disponibles… • Windows XP aussi 802. 11… 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 35

Wireless : Les normes • Origines : Standard créé par 5 grandes compagnies : Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba et Intel. • Positionnement : technologie sans licence de courte portée : PAN • Une technologie déjà bien implantée • Maintenant 300 compagnies … • Petits composants utilisant une faible puissance. • Certification attribuée aux constructeurs suivant les spécifications bluetooth 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 36

Wireless : Les normes • Technique : –Transmission : Bande des 2. 4 GHz –Débit : 730 Kbit/s max –Portée : max 40 m –Technique FHSS : 1. 6 saut/s –Gestion des communications : synchrone ou asynchrone. –Nombre de sous-réseaux en parallèle : 8 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 37

Wireless : Les normes • les scatternets et les piconets. –Un réseau bluetooth : un piconet. – 1 piconet : un maître et des esclaves (7 maximums). –Communication entre des réseaux : les scatternets. 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 38

Wireless : Les normes Les produits • Peu de produits • Cartes PC Toshiba : 1800 Fr • Des Périphériques • Adaptateurs Port USB, séries, parallèles 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 39

Wireless : Les normes Les produits • Cartes Pocket. PC : 179 $ • Téléphones 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 40

Wireless : Les normes • Conclusion –Technologie pour les WPAN –Connections de Périphériques, PDA, mobiles … –Trop limitée pour réaliser un WLAN. –En perte de vitesse. –Dans l’avenir : une nouvelle norme bluetooth 2: • Portée : 100 m • Débit : 10 Mbit/s 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 41

Wireless : Les normes • Origines : technologie de Proxim qui compte en soutient Motorola, Compaq, et Intel. • Positionnement : le marché des particuliers • Un protocole hybride : –Utilise la norme DECT : transfert de la voix (TDMA) –Utilise la norme 802. 11 : transfert de données (CSMA/CA) • Permet de multiples canaux de voix 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 42

Wireless : Les normes • Technique : –Réseaux : ad-hoc et à point d’accès –Transmission : Bande des 2. 4 GHz –Débit : Home. RF 1 1, 6 Mbit/s ou Home. RF 2 10 Mbit/s –Portée : environ 100 m –Technique FHSS : 50 saut/s –Clé de 128 bit (système 32 bit IV) 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 43

Wireless : Les normes • Les produits : –Faible coût ? ? ? –Gamme symphonie de Proxim • Cartes PC : 100$ • Adaptateurs USB • Stations de base (gateway) : 200$ 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 44

Wireless : Les normes • But : devenir le leader chez les particuliers • Facilité de mise en oeuvre. • Petit coût. • Peut devenir un standard ? ? 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 45

Wireless : Les normes • Présentation –Standard européen initié par l’ETSI – 2 normes : hiperlan 1 et hiperlan 2 –Hauts débits • Technique –Bande des 5 Ghz –Utilisation de OFDM, TDMA –Sécurité : DES, 3 DES 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 46

Wireless : Les normes • Hiper. Lan 1 –Réseaux ad-hoc –débit de 20 Mbit/s • Hiper. Lan 2 –Réseaux à points d’accès –débit de 54 Mbit/s 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 47

Wireless : Les normes • Avantages : –Soutiens d’entreprises comme nokia, ericsson, dell, bosch. –Norme acceptée par l’ART en France • Inconvénients : –Norme européenne avec peu de soutiens pour le marché américain –Premiers produits disponibles début 2002 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 48

Wireless : Comparaison Tableau récapitulatif Normes Bande débit portée marché dispo (GHz) bluetooth a 802. 11 b 1 hiperlan 2 home. RF 13/12/2001 2. 4 730 Kbit/s max 5 54 Mbit/s 2. 4 11 Mbit/s 5 20 Mbit/s 5 54 Mbit/s 2. 4 1, 6 - 10 Mbit/s 40 m PAN Premiers produits 100 m et plus WLAN Beaucoup de produits 100 m WLAN prototypes 100 m WLAN, HAN Wireless - Donche S. & Pellegrin T. Premiers produits 49

Wireless : Comparaison aspects commerciaux : • 802. 11 très implanté au USA – réseaux publiques, wild Wireless… – 2005, 90 % des portables équipés WIFI (Gartner Group) • De nombreuses critiques sur bluetooth (portée, débit). • home. RF en recul. • Demain : lutte entre 802. 11 a et hiperlan sur les hauts débits 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 50

Wireless Middleware disponible • Standard d’architecture d’applications réparties entre les appareils digitaux de la maison • Norme créé par de grands industriels de l’électronique • gestion flux audio et vidéos. • Indépendante des langages et des systèmes d’exploitation. • Communication : utilisation d’un bus à messages • Support : connexion firewire (IEEE 1394) • Technologie compatible avec les technologies wireless 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 51

Wireless Middleware disponible • API java de développement • Exemples d’application –Transmission des données d’un caméscope sur la télévision –Diffusion d’un film pour toute la maison • Conclusion : –nécessité d’être un standard. –Le « tout réseaux » 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 52

Wireless Le Wireless en France - Organisme de régulation l’ART - Utilisation interdite en milieu ouvert (distante > 100 m) - Sans autorisation : Particulier, immeuble … Avec puissance réduite Fréquences Puissance 2400 -2483, 5 MHz £ 10 m. W 2446, 5 -2483, 5 MHz £ 100 m. W - 2 normes reconnues Bluetooth et Hiperlan - Réseau publique interdit jusqu’en 2004 ? ? 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 53

Wireless La communauté Wireless dans le monde http: //www. toaster. net/wireless/community. html Seattle Wireless -Gratuit, réalisé par des bénévoles -Conseils pour créer des nodes, antennes… -BUT : Créer un MAN libre, et développer un réseau Internet entièrement gratuit -Utilisation de 802. 11 b à l’aide d’algorithme de routage RSPF… -Concurrent des réseaux cellulaire (UMTS, GPRS) … 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 54

Wireless • Nombre de nodes : 128 (au 13/12/2001) • Utilisateurs : ? ? 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 55

Wireless Conclusion • Marché de 1. 6 milliards $ en 2000 -> 4. 6 milliards $ en 2005 • Aspects commerciaux : une guerre des normes, il ne pourra en rester qu’une … • Saturation de la bande des 2. 4 Ghz • Pour quand le « tout réseaux » … 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 56

Wireless Séminaire In’Tech 24/01/2002 à 14 h à l’INRIA • responsable scientifique: Claude Castelluccia • thème: Ce séminaire fera le point sur les technologies de réseaux sans fils, et abordera également le sujet de la sécurité de ces réseaux. http: //cgi-serv. inrialpes. fr/intech/Registration 13/12/2001 Wireless - Donche S. & Pellegrin T. 57