Réseau sans fil 1

RÉSEAUX SANS FIL 1
Marek Ziolkowski A-2013
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CATÉGORIES DE RÉSEAUX SANS FIL
Il existe plusieurs catégories de réseaux sans fil. Ce sont les groupes de travail de
l’IEEE aux États-Unis et de l’ETSI en Europe qui s’occupent de leur normalisation..
Voici les principaux types de réseaux sans fil et leurs normes respectives.
Les réseaux WPAN (Wireless Personal Area Network), IEEE 802.15
Les réseaux WLAN (Wireless Local Area Network), IEEE 802.11
Les réseaux WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), IEEE 802.16
Les réseaux WWAN (Wireless Wide Area Network), IEEE 802.20
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La figure 1 présente les principales catégories de réseaux sans fil et leur étendue.
Figure 1 Catégories des réseaux sans fil.
Tiré de : Guy Pujolle, Les réseaux, Eyrolles, 2008
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Le tableau 1 présente quelques caractéristiques des principaux réseaux sans fil.
WPAN
WLAN
WMAN
WWAN
Bluetooth,
Zigbee
WiFi
WiMax
GSM, GPRS,
UMTS, LTE
Bande de
fréquence
2,4 GHz
2,4/5 GHz
2 -11 GHz
900/1800 MHz
1900/2200 GHz
Portée
Quelques
mètres
100 m
50 km
35 km
Débit
théorique
3 Mbits/s
54 Mbits/s
600 Mbits/s
70 Mbits/s
9600 kbits/s
2 Mbits/s
1 Gbits/s
Applications
Connexion
périphériques
Réseau local
Accès
Téléphonie
Données
Norme
IEEE 802.15
IEEE 802.11
IEEE 802.16
ITU
Nom
Marek Ziolkowski A-2013
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La figure 2 compare les capacités approximatives et les distances couvertes des
différentes normes.
Figure 2 Normes des réseaux sans fil.
Tiré de : Guy Pujolle, Les réseaux, Eyrolles, 2008
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Dans le groupe IEEE 802.15, on peut distinguer les normes suivantes :
• IEEE 802.15.1, qui prend en charge la norme Bluetooth, très utilisée de nos
jours.
• IEEE 802.15.3, qui défini la norme UWB (Ultra-Wide Band), mettant en œuvre
une technologie d’étalement du spectre qui emploie pratiquement l’ensemble
du spectre radio (entre 3,1 et 10,6 GHz).
• IEEE 802.15.4, qui se charge de la norme ZigBee, ayant pour objectif la
promotion des circuits intégrés offrant un débit relativement faible à coût
modique.
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RÉSEAUX IEEE 802.11
La norme IEEE 802.11 définit quatre types de réseaux sans fil :
les réseaux Wi-Fi fonctionnant à la vitesse de 11 Mbit/s (802.11b);
les réseaux Wi-Fi dont la vitesse atteint 54 Mbit/s (802.11a et g);
les réseaux dont la vitesse peut atteindre 540 Mbit/s (802.11n);
Les réseaux dont la vitesse peut atteindre 7 Gbit/s (802.11ac);
Les fréquences du réseau Wi-Fi de base se situent dans les bandes de 2,4 GHz et
de 5 GHz. Les communications peuvent se faire soit directement de station à
station, soit en passant par un point d’accès AP (Access Point).
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Le tableau 2 présente les différentes normes des réseaux 802.11.
802.11
802.11a
802.11b
802.11g
Ratification
1997
1999
1999
2003
Débit max
2 Mbps
54 Mbps
11 Mbps
54 Mbps
Débit moyen
1,2 Mbps
20 Mbps
5 Mbps
20 Mbps
Fréquences
(GHz)
2,4 - 2,497
5,15 – 5,35
5,425 – 5,675
5,725 – 5,825
2,4 - 2,497
2,4 - 2,497
Largeur de
bande par
canal
20 MHz
20 MHz
20 MHz
20 MHz
Spectre
disponible
83,5 MHz
300 MHz
83,5 MHz
83,5 MHz
Couche
physique
DSSS/FHSS
OFDM
DSSS
OFDM
Nombre de
porteuses
N/A
52 (48)
N/A
52 (48)
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Le tableau 3 présente les normes des réseaux 802.11n et 802.11ac.
802.11n
802.11ac
Ratification
2009
2013
Débit max
540 Mbps
6,93 Gbps
Fréquences (GHz)
2,4 - 2,497
5,15 – 5,35
5,725 – 5,825
5,170 – 5,835
Largeur de bande par
canal
20 MHz ou 40 MHz
20 MHz, 40 MHz, 80 MHz
160 MHz
Couche physique
OFDM
OFDM
Nombre de porteuses
52 (48)
114 (108)
52 (48),114 (108)
234 (226), 468 (452)
Types de modulations
BPSK, QPSK, 16QAM,
64QAM
BPSK, QPSK, 16QAM,
64QAM, 256QAM
Nombre de faisceaux
et MIMO
1à4
1à8
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Techniques d’antennes multiples MIMO 802.11ac.
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AFFECTATION DES CANAUX
BANDE ISM, 2400 – 2495 MHz,
Séparation des canaux 5MHz,
13 canaux en Europe, 11 canaux aux États-Unis, 14 canaux au Japon
Canal 1
2,4 GHz
Canal 7
Canal 13
83,5 MHz
Canal 1
2,4 GHz
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Canal 6
83,5 MHz
2,4835 GHz
Canal 11
2,4835 GHz
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Bande UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) (fig. 3)
Bande UNII-1 : 5,105 à 5,250 GHz), exploitation en intérieur
FCC : EIRPmax = 22 dBm (160 mW)
Canada : EIRPmax = 23 dBm (200 mW)
Bande UNII-2 : 5,205 à 5,350 GHz, utilisation à l’intérieur et à l’extérieur
FCC : EIRPmax = 29 dBm (800 mW)
Canada : EIRPmax = 30 dBm (1 W)
Bande UNII-2A : 5,470 à 5,725 GHz, utilisation à l’intérieur et à l’extérieur
Canada : EIRPmax = 30 dBm (1 W)
Bande UNII-3 : 5,725 à 5,825 GHz, utilisation à l’extérieur.
FCC : EIRPmax = 42 dBm (16 W)
Canada : EIRPmax = 53 dBm (200 W)
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Figure 3 Organisation des canaux de la norme 802.11a.
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Tiré de : William Stallings, Réseaux et communication sans fil, Pearson Education, 2005
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Accès au support physique
Le point d’accès est partagé par tous les utilisateurs qui se situent dans la même
cellule. Ainsi, les utilisateurs entrent en compétition pour accéder au point d’accès.
La technique d’accès au support physique exploite un protocole de niveau MAC
(Medium Access Control) comparable à celui d’Ethernet.
Dans le protocole CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), on
détecte les collisions en écoutant la porteuse, mais lorsque deux stations veulent
émettre pendant qu’une troisième est en train de transmettre sa trame, cela mène
automatiquement à une collision.
Dans le cas d’un réseau sans fil, le protocole d’accès permet d’éviter la collision en
obligeant les deux stations à attendre un temps différent avant d’avoir le droit de
transmettre. Il porte le nom CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance). La différence entre les deux temps d’attente est supérieure au temps
de propagation sur le support de transmission. Ainsi, la station qui a le temps
d’attente le plus long, trouve le support physique déjà occupé et évite la collision.
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Chaque station possède un temporisateur avec une valeur spécifique. Elle écoute
la porteuse et lorsque le canal est vide, elle transmet.
Le risque qu’une collision se produise est extrêmement faible, puisque la
probabilité que deux stations démarrent leur émission exactement en même temps
est presque nul.
On ajoute également un petit temporisateur à la fin de la transmission afin
d’empêcher les autres stations de transmettre et de permettre au récepteur
d’envoyer immédiatement un acquittement.
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Architecture 802.11
L’architecture d’un réseau Wi-Fi est de type cellulaire. Le standard 802.11
offre deux modes de fonctionnement, le mode infrastructure et le mode ad hoc
(figure 4).
Le mode infrastructure se caractérise par l’utilisation des points d’accès qui jouent
le rôle de station de base dans une cellule.
Le plus petit élément constitutif d’un réseau sans fil est le BSS (Basic Service Set).
Il est formé par un certain nombre de stations exécutant le même protocole MAC et
ayant l’accès à un même support sans fil. Un BSS peut être isolé ou relié à un
système de distribution (DS) central à travers un point d’accès (AP).
Les stations appartenant à un BSS ne communiquent pas directement entre elles
mais par l’intermédiaire d’un point d’accès. Une station envoie donc d’abord ses
trames MAC au point d’accès qui se charge de les transmettre à la station
destinataire. Le point d’accès dirige les trames destinées à des stations distantes
vers le système de distribution jusqu’à la destination. Le système de distribution
peut être matérialiser par un commutateur, un réseau câblé ou un réseau sans fil.
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Figure 4 Architecture d’un réseau Wi-Fi.
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Tiré de : Guy Pujolle, Les réseaux, Eyrolles, 2008
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Lorsque le réseau est composé de plusieurs BSS, chacun d’eux est relié à un
système de distribution par l’intermédiaire de leur point d’accès respectif. Les BSS
forment ainsi un réseau sans fil étendu. Un système de distribution correspond le
plus souvent à un réseau filaire Ethernet, mais il peut s’agir de n’importe quel
autre réseau de communication.
Plusieurs BSS interconnectés via un système de distribution forment un ESS
(Extented Set Service).
Le système de distribution est responsable du transfert des paquets entre les
différentes stations de base. Un utilisateur peut se déplacer dans l’ensemble de la
zone de couverture sans que sa connexion s’interrompe et bénéficier du transfert
intercellulaire (handoff).
Le système de distribution qui interconnecte les points d’accès peut disposer d’une
passerelle d’accès vers un autre réseau fixe comme Internet. La passerelle permet
ainsi de connecter le réseau sans fil à un autre réseau.
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Un réseau en mode ad hoc est un groupe de terminaux formant un IBSS
(Independent Basic Set Service). Dans ce cas les stations communiquent sans
l’aide d’un point d’accès ou d’une connexion au système de distribution.
Chaque station peut établir une communication avec n’importe quelle autre station
dans l’IBSS, sans être obligée de passer par un point d’accès. Le mode ad hoc
peut être très utile pour mettre en place un réseau sans fil lorsqu’une
infrastructure sans fil ou fixe n’est pas accessible.
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