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802.11 et les réseaux sans fil(illustrations tirées de 802.11 et les réseaux sans fil de P Muhlethaler et

802.11 réseaux sans fil la référence de Matthew Gast)

Les systèmes de communication sans fil :

-WLAN : réseaux locaux d’entreprise et réseauxd’accès, débit élevé, mobilité +faible, mode packet, besteffort, réseaux orientés DATA.

-Cellulaires : débits plus faibles, mobilité plus élevée,organisation hiérarchique (~RTC), mode circuit, systèmes detélécoms orientés voix

-PAN : réseau personnel (domotique) moyen débit etfaible portée.

Les applications :

- Economie des coûts pour les zones ou la pose de câbleest difficile, (gare, aéroport, grande surface,entreprise), transmission entre deux bâtiments.

- Applications mobiles

- Confort d’utilisation et réseaux ad hoc

- Extension a des réseaux métropolitains

- Souplesse (Nombre d'utilisateurs quasi-illimité)

frederic henry-couannier, 21/09/14

Se distinguent par leurs débits, couverture, services transportés, mode de transmission d'origine.Mais ont évolué et entrent en compétition Evolutions à partir du WLAN pour une portée augmentée : +Mesh : MAN sans fils +Wimax : boucle locale sans fils.Evolution des réseaux Cellulaires : débits augmentent (cellules plus petites et nombreuses, tendance vers le mode packet : tout IP).PAN peuvent inclure des technos de Mesh (relais sans fils )


Pas de limitation sur le nombre de prises mais bande passante partagée


Réseaux métropolitains sans fils (WMAN)Wimax est une évolution du Wifi pour la boule locale, permet de relier sans fil des WLAN entre euxOu Wifi Mesh


Confort car moins de câbles


Bâtiments classés historiquesÉvite les travaux de Génie civil

Architectures 802.11 :


Le Wimax est une solution de boucle locale mais aussi pour un réseau cellulaire (plusieurs d'années en avance sur la 4G). Les technos Wimax sont aujourd'hui intégrées à la LTE et LTE advanced respectivement : 3.9G et 4G

- Réseau ad hoc : décentralisé, point à point, pas derelais.

- Réseau avec point d’accès : accès au réseau filaire,zones plus étendues grâce au roaming, relais obligatoires entrestations sans fil.

- Ad hoc multisaut : pas de réseau filaire, routagenécessaire pour relayer les paquets, non prévu par la norme802.11

Nouveau : Wifi Mesh (filet), sans hiérarchie, pouvantfonctionner sans PA, sans routeur dédié. Routage (cartopologie) dynamique MANET : Ad hoc multisauts avecnœuds mobiles disposant de fonctions de routage. Maillageimportant nécessaire et puissance des antennes plusimportantes.

Protocoles de routage principaux : OLSR (état de lien),AODV (vecteur de distance), Hybrides (état de lien sur unpetit périmètre, vecteur de distance pour les nœuds éloignés)

Réglementation :

Autorité de Régulation des CommunicationsÉlectroniques et des Postes ARCEP :


Points d'Accès

- Etalement de spectre en général exigé

- Bande ISM (sans Licence) :2.4-2.5GHz déjà très utiliséeP<100mW intérieur et extérieur

- 5GHz, peu utiliséePmax : 100, 200, 500 mW selon la bande

précise utilisée, intérieur ou extérieur.

Normalisation :IEEE (Institute of Electrical & Electronics Engineers)

802.11 ( 1Mb/s) 1997

802.11b (11Mb/s), 802.11a (54Mb/s) 1999

802.11g (54Mb/s) 2003

802.11n (100 à 600 Mb/s) 2005 à 2009802.11ac (1.3 Gbits/s) 2014 (OFDMA )Certification :

WECA (WiFi Alliance consortium de ~260 constructeurs)

WiFi (Wireless Fidelity)

Architecture d'un réseau Ad Hoc:


OFDMA (techno de 4G et Wimax ) permettant meilleure exploitation des ressources et QoS.)1.3Gb/bande de 80MHz à comparer à 600Mb/bande de 40MHz


IEEE : sorte d'ONG: but promouvoir les réseaux La sécurité (réseau ouvert) exige chiffrage et authentification forte


Standardisation et Interopérabilité


Industrie Science et MedecineSans Licence


Pour ne pas gêner les applis à bande étroite … du coup ce sera réciproque

Architecture d'un réseau avec Point d'Accès

Architecture d'un réseau Ad-Hoc Multi-sauts

Transmission Physique du signal radio

-Bruit

-Atténuation

re

n

er ggR

PP

4


Énergie interceptée par le recepteur en espace libre en 1/4piR^2


Comprendre les problèmes qui se posent et les solutions envisageables.

-Réflexion, diffraction dispersion des délais de propagation distorsion (fading) interférence intersymbole erreurs de transmission

Solutions possibles à la distorsion:

+Diversité spatiale (plusieurs antennes sur les produits 802.11b)

+Diversité temporelle (canaux indépendants suffisamment espacés)

+Diversité fréquentielle (canaux indépendants suffisamment espacés)

+Codages et entrelacement des bits ousymboles.

+ Egalisation

Solutions possibles à l'interférence inter-symbole:

+Réduction du débit

+Soustraction de l’effet du symbole précédent.

+Etalement de spectre par Modulation multiporteuseOFDM:

- Augmente le temps symbole sur chaqueporteuse: naturellement robuste aux trajetssecondaires.

- Bande étroite par sous porteuse: naturellementrobuste à la distorsion.


Et robuste aux transmissions simultanées sur la même fréquence dans un réseau cellulaire de diffusion SFN (Single Freq Net)


Exige connaissance du canal réactualisée en temps réel


Pour plus espacer les symboles


Distorsion inverse : « redressage » du symboleNecessite la connaissance du canal réactualisée en temps réel


Les bits corrects permettent de corriger les bits erronés


Wimax utilise toutes les diversitésDiversité a deux interets: redondance pour corriger les erreurs ET multiplexage (autant de méthodes de partage du canal)


distorsion et iis nous gênent dans l'identification des symboles

- Entrelacement possible pour une correctiond'erreurs efficace.

+ Etalement de spectre par codage :

- Séquence directe (DS) : on multiplie par uneséquence pseudo-aleatoire ce qui étale le spectre.

- CCK : pas de séquence PA mais dessymboles choisis orthogonaux

A la réception on se synchronise en maximisantl’inter-corrélation entre le signal reçu et le signalattendu ou la séquence PA, alors l’effet des trajetssecondaires est atténué par la faible auto-corrélation.Ex :802.11 seq de Barker

Autre méthode d'étalement de spectre : Saut de fréquence :cycle périodique de saut, trames

balises pour la synchro.


Ne permet pas de lutter contre l'interférence intersymboleBeaucoup de puissance serait necessaire en bande etroite pour obtenir le même débit qu'en OFDM


Voir explications slide suivantPermet aussi de minimiser les effets des bruits à bande étroite -expliquer l'étalement de spectre avec le DS - expliquer la minimisation des trajets secondaires avec le CCK


Entrelacement des bits transportés par des différentes sous porteuses


Ou exclusif avec 1 et 0 Équivalent àProduit simple avec 1 et -1

Solutions pour le partage du canal radio

+ Protocoles à Accès contrôlé ?


Déterministe


Sur une même bande (canal ou réseau)

Auteur inconnu, 18/05/17

Le récepteur compare les corrélations entre le mot CCK reçu et les différents mot CCK de référenceExemple CCK : 0 transmis par S (CCK0) et 1 transmis par Sbar (CCK1)

- Partage en temps TDMA ou fréquences FDMA ? :TDMA ou FDMA statiques inadaptés aux réseaux ouverts (ilfaut connaître le nombre de stations), FDMA ou TDMAdynamiques trop complexes pour être efficaces car devants'adapter au type de flux (QoS).TDMA statique : délais d’accès important.TDMA: synchro difficile.

- Partage par codage CDMA (évolution du DS: plusieurscanaux utilisant des séquences aléatoires orthogonales ensimultané)? synchronisation temporelle fine requise, Near FarEffects difficiles à contrôler.

- Jeton? inadapté aux réseaux ouverts (jeton doit circulerdans un ordre prédétermine), perte du jeton probable en sansfil.

– Saut de fréquences ? (problème pour monter en débit)+ Protocoles à compétition ?

- Aloha ? : retransmission si collision, délai deretransmission aléatoire calculé par le Binary ExponentialBackoff, faible délai d’accès, nécessite la détection decollision, intégralité de la BP disponible pour 1 station,moindre performance a haute charge, gestion des priorités etde la QoS plus difficile.

- CSMA ? : écoute du médium donc moins de collisions,importance de la fenêtre de collision/durée de transmissiond’un paquet.

– CD (Détection de collision) ? Impossible en Wifi. + Hybride (Compétition seulement pour la réservation ducanal) ?

Classification généraledes protocoles d'accès au média


Cf cours Ethernet. Emission éblouie par la reception ==> CD problématique


QoS exigeant des garanties est peu compatible avec un protocole aléatoire


Aléatoire


Exemple : CDMA2000 de l'UMTS. Controle des puissances d'émission délicat pour ne pas être ébloui par son propre signal


Necessite GPS sur réseaux d'Opérateurs


Il faudra attendre le Wimax LTE pour cela, le mode à acces controlé du Wifi est une étape, pas un vrai TDMA


Exemple du GSMFDMA risque d'être à bande étroite donc de ne plus être de l'étalement de spectre

Spécificités du sans fil

- Taux d’erreur élevé

- Collisions peuvent ne pas être détectées à cause de : + différents éloignements des récepteurs et émetteurs (avantage : Capture et Réutilisation spatiale) +Obstacles Collisions cachées + Réception aveuglée par l'émission Impossible d’implémenter le CD Pas de diffusion fiable (problème pour ARP)

Solutions

• Mode d'accès à compétition : CSMA + accusé deréception immédiat (=> Détection de Collision àposteriori) + Évitement de collision (CA) optionnel par :

- Signal d’occupation (RTS CTS)- Vecteur d’allocation temporelle NAV

CA est Hybride : compétition pour la requête RTS/CTS ala station maître (PA) ==> acquisition du canal

• Mode d'Accès contrôlé: ni TDMA, ni FDMA, niCDMA ni Jeton ni saut de fréquences maisinterrogation successive des stations par le PA. Portionde temps pour l’accès contrôlé gérée et allouée par lastation maître.

Mécanisme du signal d'occupation

Capture : transmission correcte en présence de transmissions simultanées

Réutilisation spatiale

Nœuds cachés produisant une collision cachée

802.11

Organisation des normes 802.11 : Couche MAC unifiée (cf. tableau)

Modes :

+ Ad hoc IBSS : non centralisé, pas de relais en802.11, limité à la portée radio.

Services : authentification, sécurité (chiffrement),transmission des paquets

Adresse MAC de l'IBSS (IBSSID) générée localement et aléatoirement

+ Infrastructure avec point d’accès BSS, connexiona un réseau filaire, mode par défaut, extension enESS via réseau filaire (DS).

Services : idem IBSS + assoc_réassoc_désassoc,Distribution (STation-AP-ST), Intégration (ST-AP-AP-ST)

Intégration et Distribution font intervenir le systèmede distribution (par exemple Ethernet)

Adresse MAC du BSS (BSSID) est celle de l’AP

Normes 802.11

BSS, IBSS, ESS

Services de la norme 802.11


DS : en général Ethernet ou pont sans filESSID : nom du réseau1PA par STA NSTA par PAPossible : 2BSS par PA (PA virtuel)Tous les APs de l'ESS s'échangent les infos (MAC) des STA associéesBSS peuvent se chevaucher pour le roaming

Modes d’accès


AP se transfèrent les A(sso)IDTransition d'ESS non supportéeGestion du spectre (802.11h sur 5GHz):Dynamic Freq Selec pour éviter les radars, Transmit Power Control pour limiter la puissance d'émission et ne pas gêner d'autres users

Accès DCF

CSMA avec durée d’attente aléatoire, accusé deréception immédiat prioritaire (SIFS), retransmission(Binary_Exponential_Backoff)

Système de prise de contrôle du canal RTS/CTSpoint à point pour lutter contre les collisions cachées etprendre la main pour une durée déterminée. Le vecteurNAV (Net Allocation Vector) doit être initialise enconséquence dans toutes les stations.

Fragmentation : la durée est portée par les fragmentsde trame. Le vecteur NAV (Net Allocation Vector) doitêtre initialise en conséquence dans toutes les stations.

Accès PCF (optionnel)

Réservation d’accès centralisé par PA, interrogation successive des stations. On reprend dans l’ordre a chaque nouveau cycle.

Une super trame partage l’intervalle temporel entreles modes avec (DCF) et sans (PCF) contention. Elleannonce la durée de l’accès sans contention par unebalise DTIM.

La fonction PCF est annoncée dans les tramesd’association.

CSMA


Durée de réservation du medium en microsec

Inter-trames

Transmission avec accusé de réception immédiat

Mécanisme RTS/CTS

Évitement de collision cachée par RTC/CTS

Fragmentation


Activation du RTS/CTS dépend d'un seuil sur la longueur des trames. Mieux vaut une collision sur trame courte. En mode BSS A ou C est un AP donc tous les autres nœuds du BSS sont soit à portée de A soit de C et donc doivent entendre soit le RTS soit le CTS

Mode PCF


Activation sur seuil configurable portant sur la longueur des tramesRetransmission de fragment sur erreur

Super-trame et accès sans contention

Trames Balises


PCF est un service temps réel peu utilisé et facultatifCF-end est en diffusionSTA en liste d'interrogation n'ont pas le droit de passer en mode éco d'énergie

Mode économie d'énergie

Fonctions de Gestion

+ Balayage (découverte du réseau)

Actif (requêtes) ou Passif (écoute des balises)


100ms typique entre 2 TIM, configurable, influe sur la mémoire tampon nécessaire, trames en tampon trop vieilles annuléesNombre de TIM entre 2 DTIM configurablePS-poll interroge l'AP et se présente avec son AID en mode DCF (pas d'éco d'énergie en PCF))En diffusion, pas d'ACK ni frag et AID=0A(dhoc)TIM en IBSS annonce données en attenteChoix du débit et repli non spécifiés par 802.11

+ Authentification et WEP/WPA/WPA2

MAC (filtrage bas niveau) ou 802.1X

+ Associations

Demande d’association a un BSS et réponse avecattribution d’un Asso ID, idem pour la ré-association(roaming)

+ Synchronisation

Mise à jour des horloges par des balises : importantpour le mode sans contention (PCF), le modeéconomie d’énergie, le saut de fréquence. La mise àjour est effectuée par l’AP en BSS, distribuée enIBSS.

+ Gestion d’énergie

L’économie d’énergie s’effectue par la mise en veillede l’interface radio. Sauf aux intervalles temporelscorrespondants aux balises TIM.TIM déclare les trames destinées aux stations. DTIMfait la diffusion et le multipoint. Gestion d’énergie est surtout implémentée en BSSdans les produits existants.

Les formats de trame

Trois types de trames :

+Données


Responsabilité aléatoire et à tour de rôle


Analogie ethernet commuté : MAC de la STA doit être associé à port du commutateur. PA analogue à port de commutateur : domaine de collision


MAC facile à tromper. Préauthentification permet d'accélérer le transfert d'association

+Contrôle MAC (RTS, CTS, ACK, PS-Poll, CF-END, …)

+Gestion - Structuration du réseau (associations, dés

associations…)- Annonce des fonctions supportées, TIM,

DTIM, ATIM - Authentification

- Interrogation découverte du réseau radio

Services 802.11

La trame MAC

Champ de contrôle

Durée NAV

Adressage MAC


Identification de connexion = AID


Durée = NAVNuméro de séquence : numéro de trame et numéro de fragmentSi CRC bad, pas d'ACK négatifDonnées incluent LLC et type de paquet de couche supérieureVersion de protocole resté à 0Type : gestion, contrôle et donnéesMore frag à 1 si la trame en cours n'est pas le dernier fragmentRetry 1 pour éliminer trames dupliquées (peut se produire lorsque ack non recu)Power Mgt à 1 indique que STA passera en mode éco d'énergie après cette trameMore Data =1 : PA indique à STA qu'il a des trames en mémoire pour elle WEP=1 signale trame cryptéeOrdre =1 si respecté.

Pont WDS (Wireless Distribution System)

Quelques champs remarquables

Paramètres FH


Cas 1 : IBSSCas 4: pont sans fil ou dorsale ethernetDistinction entre source initiale et source intermédiaire utile pour l'ACK1 BSS= domaine de diffusionChaque STA n'écoute que les trames ayant son BSSID Exception : BSSID = 11....111Utilisée pour Requête d'enquête pour découverte des réseaux

Paramètres PCF

Champ trafic en mode économie d'énergie

Composition des trames de gestion

Normes 802.11


Manque ATIM (IBSS)Responsabilité de la réponse de réassociation répartie en IBSS)Estampille pour la synchro : en microsecs écoulées depuis la naissance du BSS ou IBSSEn IBSS, la balise au délai aléatoire le plus court l'emporteIdent d'asso : AIDSSID : nom du réseau auquel appartient le BSS ou IBSSManque champs de requête et rapport pour le Transmit Power Control (evitement d'interférences, éco d'énergie, gère chevauchement de BSS, canaux supportés, respect des contraintes de puissance max )

802.11 : la couche physique du FH

Etalement de spectre a saut de fréquence (FH)

+ Trame 802.11 de couche physique


Inconvénient : Il faudrait monter en puissance pour monter en débit mais si on concentre 100 mW sur bande étroiteCe n'est plus de l'étalement de spectre ! ==>devient inacceptable même si temporaire. Donc réservé aux bas débits idem pour Bluetooth, qui ne peut plus faire du FH mais doit basculer sur du Wifi 802.11g ou n pour monter en débit. Synchro=signal d'horlogeAvantages : naturellement tres sécurisé. Réutilisation du spectre possible pour un tres grand nombre de canaux.

Préambule : Synchro et SFDEn-tête : PLW(longueur de la rame), PSF (vitesse de

transmission : 1 ou 2 Mbits/s), CRC

+ Blanchiment :

- Brouillage avec une séquence PA- Correction du biais résiduel par transposition des octets par groupe de 4

+ Bandes de fréquenceEn Europe: 79 bandes (canaux) espacées de 1 MHz

Entre 2.402 et 2.480 GHz, 20 sauts au minimum par séquence.En France, dans la séquence de saut no k, le i eme saut a pour no de canal :

48)35mod())(()( kibif k

+ Modulation de fréquence 2GFSK (1Mbits/s) ou 4GFSK(2Mbits/s), f2=72KHz, f1=3 f2

Déviation de porteuse : 10 : 3f2

11 : f2 01 : -f2

00 : -3f2

Trame PHY 802.11 FH


Repli sur le moindre débit (1 Mbits /s )automatique en fonction des conditions


G: Gaussian : signifie un changement de fréquence progressif


On reste 0.4 seconde sur chaque fréquence

Blanchiment des octets par groupe de 4

Tableau des b(i)

802.11 : la couche physique du DS

Etalement de spectre a séquence directe (DS)

+ Trame 802.11 de couche physique


Beaucoup Moins de canaux qu'en FH mais plus apte à monter en débit dans un canal donné.Comme en 802.11b 3 canaux utilisables seulement en simultané

Préambule : Synchro et SFDEn-tête : Signal (vitesse de transmission : 1 ou 2

Mbits/s), Service, longueur, CRC

+ Séquence directe d’étalement de Barker de longueur 11 gain de 10dB

+ En 2.4 GHz, fréquences centrales des canaux espacées de 5MHz. Indépendance de canaux espacés de 25MHz

+ Modulations de phase DBPSK (1Mbits/s ) et DQPSK (2Mbits/s)


DQPSK plus vulnérable aux trajets multiples


Rappel : cf début du cours : ce codage étale le spectre pour être moins sensible aux trajets secondaires et perturbations à bande étroite


Toujours en DBPSKLongueur en microsecs

Canaux en 2.4GHz

La puissance est limitée à 100 mW en intérieur comme en extérieur

802.11b : la couche physique

Etalement de spectre a séquence directe (DS) « améliore » CCK

+ Trame 802.11b de couche physique

Réduction du préambule En tête court réduit overhead a 96s au lieu de 192s

Vitesse de transmission : 1, 2 , 5.5 ou 11 Mbits/s


UMTS et 802.11b sont les derniers protocoles à avoir utilisé des techniques de codage ( CDMA et CCK).


Chaque canal a une largeur de 22MHz et il y a 5MHz entre 2 canaux adjacents donc il faut 25MHZ de séparation entre 2 canaux utilisés simultanément pour éviter interférences : donc 5 canaux d'écart ! ==> 3 canaux seulement peuvent être utilisés en simultané sur la bande 2.4GHz

+ Séquence d’étalement de longueur 11devient une séquence CCK qui transporte de l’information.Codes spéciaux CCK très peu intercorreles.

- 4bits/symbole 5.5 Mbits/s- 8bits/symbole 11 Mbits/s

Symbole CCK

- 4 bits par symbole: d0, d1, d2, d3


Exemple: Ecrire le symbole CCK pour le cas 0000


De même durée que la séquence de Barker mais constituée de 8 motifs PSK (et non plus 11) = un symbole CCK

- 8 bits par symbole: d0, d1, d2, d3 , d4, d5, d6, d7

Le débit réel est fonction des temps inter trames, du back-offet des overheads (192 s)!

802.11a : la couche physique

OFDM 6 a 54Mbits/s, 5GHz (WiFi5)


1 canal occupe 20 MHz avec52 sous porteuses orthogonales espacées de 0.3125MHz= 1/3.2 microsec dont 4 sous porteuses pour tester en continu les performances du lien

54Mps / 20 MHz ==> efficacité spectrale de 2,7 bits par Hz

Trame 802.11a de couche physique, principales étapes

- Préambule en BPSK pour apprentissage, codage convolutionnel de taux ½


800ns = 2 x retard de dispersion moyen : pour limiter interférence intersymboles

- Champ signal

- Assemblage des données en symboles avec bourrage pour compléter les symboles

- Blanchiment par séquence pseudo-aleatoire (802.11)

- Codage convolutionnel et entrelacement

- Modulation amplitude-phase des groupes de bits.


Bits qui se suivent dispersés sur des sous porteuses espacées en fréquenceMots voisins dispersés sur des points éloignés de la constellation amplitude phase


Champ Signal : r0r1r2r3 : indique le débit (modulation) r4 réservéP: ParitéLongueur : Longueur de la trame MAC

- 48 nombres complexes repartis sur 48 porteuses = 1 symbole OFDM

- IFT et filtrage anti interférence inter symbole

- Insertion dans la trame a la suite du champ signal

- Modulation principale

Puissances limites autorisées en 5GHz

Groupes de travail et extensions de la norme

802.11e : QoS, protocoles d’accès PCF et DCF améliorés

DCF : - Inter trames variables multi niveaux de

priorités.- CF-Poll possible

PCF : Requête de réservation possible.

802.11g : Hauts débits et techniques de modulationdu 802.11a dans la bande des 2.4GHz pour lacompatibilité descendante. OFDM+CCK.

802.11i : Améliorer la sécurité (WPA2)

802.1X : Authentification intégrée a 802.11

http://www.hsc.fr/ressources/articles/hakin9_wifi/hakin9_wifi_FR.pdf

Comparaison des réseaux à 2.4GHz et 5GHz


Files de service

WiFi

- La Spécification WiFi assure l’interopérabilité des produits 802.11

- WiFi utilisé comme logo produit un effet de marque

- Le WECA offre aux constructeurs un service de test d’interopérabilité :

Tests d’une Station : différents ESSID, paramètresde trame balise, canaux, avec et sans fragmentation, avecet sans chiffrement, roaming, différentes encapsulations(Ethernet…), diffusion, multipoint. Tests de refusd’association, débit de transfert de fichier.

Tests spécifiques au point d’accès : test deconfiguration (no de canal, chiffrement, ESSID), refus etacceptation d’association, ré-association, relais dans unBSS.

Utilisation de Réseaux 802.11

- Réseau domestique : pas de LAN filaire, portée radiolimitée, config. des cartes (ad hoc, fréquence, nom deréseau, clef ).

+ Avec AP : passerelle offrant le réseau d’accès WiFia Internet, éventuel service DHCP et la NAT + Sans AP : réseau ad hoc

- Pont sans fil : Point à point entre bâtiments, portée radioaccrue (>3 a 10km) en vue directe avec antennesdirectives a fort gain, mais attention à respecter leslimitations de puissance.


Caractéristiques des AP grand public :-Antennes modifiables ou non-Ports (WAN,Fibre, DSL , etc)-DHCP, NAT, PoE (contraintes radio priment sur contraintes d'alim-Adresse IP interne (pour la config)-Empilable ou non-WPA, 802.1X Fonctions optionnelles des PAs pros :-PA virtuel-PA bicanal-VLAN dynamique-Statistiques et monitoring SNMP-paramètres radio- autonomie des batteries-fonctions avancées d'éco d'énergie-Robustesse-Utilisation en extérieur

- Réseau d’entreprise : portée accrue par un LANpréexistant, isolement (segmentation, filtrage) desréseaux LAN et WLAN, en général plusieurs AP.Économie sur la pose des câbles, avantageux pour unréseau de portable, prévoir un AP pour 50 nœudsmaximum dans un rayon de 30a50m (lié au trafic).Service DHCP utile pour gérer la mobilité entre sousréseaux- Pont Air-Air

Types d'Antennes

Propagation, portée et débits

- Logiciels de qualité de liaison disponibles sur les portables.

- Trois canaux indépendants (utilisables en simultané) disponibles en France sur 14 canaux en 2.4 GHz.

- Interférences avec Bluetooth.

Disposition des PAs avec 3 canaux

La sectorisation réduit la taille de la cellule = secteur, donc le nombre d'utilisateurs qui se partagent le canal.

Exemples de configuration des points d’accès :


Surtout utilisé en réseaux d'opérateurs

- No de fréquence, Paramètres radios, utilisation bi-canal

- Adresse réseau

- Vitesse de transmission en broadcast et statique

- Attribution de VLAN dynamique

- Seuil d’activation RTS/CTS et fragmentation

- PA virtuel

- Statistiques, deboggage, monitoring SNMP

- DHCP

- Test de liaison

- Roaming : intervalle temporel entre balises…

- Fonctions de pontage

- NAT

- Possibilité de PAs légers avec contrôle centralisé

- Sécurité (WPA2, 802.1X)

- Fonctions avancées d'économie d'énergie

- Mode sans contention


Simple et économique

Paramètres ajustables 802.11

Paramètres ajustables 802.11 (suite)

Architecture de base à sous réseau unique

Segmentation possible par

I. Routeurs : mobilité réduite !

II. VLANs : mobilité OK (adresse IP conservée)


Plusieurs VLAN par ESS (couvrant plusieurs BSS)

III. - PA virtuels : mobilité OK


Chaque VLAN a son ESS (couvrant plusieurs BSS)

802.11 et sécuritéRéseau à couche physique ouverte !

http://www.hsc.fr/ressources/articles/hakin9_wifi/hakin9_wifi_FR.pdf

Disponibilité du réseau menacée⇒

• Vulnérable aux attaques DoS (brouillage radio, fausses de-associations)

• PA voyous = passerelles ouvertes sur le réseau filaire

Sondes radio utiles pour localiser les intrus.

Intégrité et confidentialité des échanges menacées⇒

Authentification et cryptage indispensables.

• Filtrage d'adresse MAC inefficace car MAC facile àusurper

• WEP avec chiffrement RC4 : failles permettent de casser la clef WEP en quelques minutes ! A proscrire sans cryptage de couches hautes (VPN, Ssh … )

• WPA : protocole TKIP et chiffrement RC4 est une MaJ du WEP pour corriger de nombreuses vulnérabilités.

• WPA2 : protocole CCMP et chiffrement AES, solution optimale. 4 étapes : 1-Négociation politique de sécurité, 2- Authentification, 3-Dérivation et distribution des clés, 4-Chiffrement et contrôles d'intégrité. Support de l' :

+ L'authentification par clef pré-partagée PSK + L'authentification 802.1X de l'utilisateur sur un serveur

Radius. Un contrôleur Wifi relaye les échanges entre le client et le serveur. Choix entre diverses méthodes d'authentification basées sur l'échange de messages EAP entre le client et le contrôleur.

Évolutions basées sur le 802.11


Sauf erreur avec l'authentification radius chaque utilisateur a une clef de cryptage différente alors que la clef PSK est la clef associée au SSID (? à confirmer)Les clef utilisées pour le chiffrement sont générées à partir de la clef maitre (PSK ou PMK de radius)

● Réseau a petites cellules de type 802.11 peut être amélioré en réseau ad-hoc multi-saut (routage sans fil) Wifi- Mesh Réseaux Urbains sans fil (MAN) extensibles en WAN sans fils.

● Wimax (802.16) est une techno optimisant l' OFDM et avec une couche MAC complètement différente (TDMA, OFDMA) pour une bien meilleure QoS et ne pas gaspillerles fréquences lorsque de très nombreux utilisateurs se partagent un canal. Portées bien supérieures (kilomètres)

Wimax est une techno de boucle locale sans fils⇒

● Les réseaux d'opérateurs (cellulaires 4G) ont intégré les technos de WiMAX (802.16) et MIMO.

● Le futur 802.11ax (années 2020) intègrera les technos de QoS de la 4G (OFDMA, TDMA...)

http://www.futura-sciences.com/tech/questions-reponses/internet-wi-fi-80211ax-tout-ce-quil-faut-savoir-futur-wi-fi-intelligent-7543/

802.11n

L'Enhanced Wireless Consortium a été formé pour accélérer ledev du 802.11.n Norme finale sortie en Septembre 2009 maisles constructeurs avaient pris les devant.


partage rationalisé des tranches de temps (TDMA) et des sous porteuses (OFDMA) en fonction des applis des utilisateurs.

http://www.wirevolution.com/2007/09/07/how-does-80211n-get-to-600mbps/

Débit brut poussé de 54Mbps (802.11a) à 600Mbps :

De 48 à 52 sous porteuses/Canal 20MHz ==> 58.5 Mbps Codage de 3/4 à 5/6 => 65 Mbps Intervalle de garde réduit de 800 à 400 ns ==> 72.2 Mbps MIMO Débit prop au nombre d'antennes n de nxn: Max=

4x4 ==> 288.9 Mbps Canal élargi de 20 MHz à 40MHz (optionnel) ==> 108 sous

porteuses ==> 600 Mbps , 80MHz en 802.11ac ==> 1.3Gbs Réduction des en tête MAC:54% (802.11b ou g) ==> 25 %

Les chiffres précédents sont des maxis obtenus dans des conditions idéales. Améliorations pour éviter les chutes de débit et rester aussi proche que possible de l'idéal:

Rétroaction rapide ==> réagir rapidement aux variations du canal. Chaque paquet recommande la vitesse de transmission pour le paquet suivant!

Codage LDPC ancien (non breveté) et efficacité proche dela limite théorique et rendu praticable par la vitesse desprocesseurs.

Carte d'intensité du signal= quadrillage de surintensités etsous intensités (à qq cms près) : Le formatage du faisceaude transmission consiste à ajuster puissance et phase desantennes pour déplacer le max d'intensité à la position durécepteur.


Code correcteur d'erreur



STBC: codage de bloc spatio-temporel permet de faireprofiter les petits terminaux à une seule antenne (limités parla taille et les batteries) des multi antennes de l'AP.

Agrégation de trames, Block ACK.

Rétrocompatibilité mais aussi mode pur 802.11n pour performances optimales.

802.11n domine le marché Wifi depuis 2011⇒

802.11n permet les flux vidéo h264 sans fil⇒

Réseau d'Antennes MIMO NTxNR

Avantages possibles:

1. Beamforming amélioration du SNR :

• Gain en émission α NT Economie d'énergie• Gain en réception α NR réduction du BER

Meilleur débit2. Diversité spatiale de NT x NR chemins multiples

Amélioration du SNR réduction du BER Meilleur débit.


Equivalent à parabole (faisceau plus directif permet d’émettre à moindre puissance)


Les échanges RTS CTS et autres mécanismes de partage du canal ainsi que la transmission des headers (contenant les adresses) doivent pouvoir se faire à la vitesse de la carte la plus lente du BSS pour la rétrocompatibilitéPréambule optimisé pour le mode pur


Rafale de trames séparées par un SIFS suivies d'un unique ACK et précédées d'un unique header (même adresse)


MIMO Nx1 utilisé en diversité (cf cours MIMO)

3. Beamforming Annulation d'au plus NR -1 interférents dominants & réduction des interférences aux autres systèmes.

4. Augmentation du débit en multiplexant plusieurs flux spatiaux indépendants : au plus min(NT ,NR).

Pas simultanément ! compromis entre 2 et 3 entre 2 et 4

Compromis entre Diversité et Annulation d'interférences

Par exemple, on peut consacrer N antennes à l' annulation de N-1 interférents dominants par Beamforming (faisceau dirigé):


Les petits terminaux mobiles ayant un petit nombre d'antennes, cela limite le nombre de flux spatiaux

puis ajuster les poids appliqués aux signaux des antennes restantes pour minimiser les effets des interférents sous-dominants (3) ou ceux du bruit (2).

Diversité en Transmission : 2x1(2 chemins)


Termes de signal s'additionnent (cohérence)Termes de bruits se compensent.Il faut bien connaître le canal en permanence : les éléments de la matrice de transfert hs1 et s2 transmis 2 fois


Sans direction privilégiée (isotrope)


Perturbateurs dans des directions particulières

Diversité MIMO: 2x2(4 chemins)

MIMO 2x2 avec 2 flux spatiaux(2 chemins / flux spatial indépendant)

Choix entre Diversité et Multiples Flux Spatiaux indépendants


2 flux spatiaux : antenne 1 transmet s1,s3, ... antenne 2 transmet s2,s4,...2 équations, 2 inconnues :On ajuste le couple d'inconnues (s1,s2), h étant connue et r1,r2 mesurés


h1 et h2 renommés en h11 et h122 Chemins supplémentaires : h21 et h22

Le schéma à deux flux permet d'atteindre uneefficacité spectrale double à modulation et codage identiques:avantageux seulement lorsque le SNR (rapport signal/bruit)est très grand !

Rappel : La modulation et codage OFDM (maismaintenant aussi le nombre de flux indépendants) s'adaptentaux conditions de SNR sur le lien pour minimiser le tauxd'erreur (BER).


Débit doublé entre matrix A (un flux) et matrix B (2 flux)Normalement QPSK : 2bits par sous porteuse, 16QAM : 4 bits par sous porteuse


Pour un meilleur débit total, Vaut il mieux transmettre plusieurs fois le même symbole ou utiliser les multi-antennes pour multiplexer plusieurs flux ?

MIMO 2x2 QPSK à 2 flux indépendants vs

MIMO 2x2 16 QAM à un flux?

A efficacité spectrale identique le mode à un flux a une diversité double.Les tests montrent que le mode à un flux est meilleur (BER plus faible) à grand SNR.

Les nouvelles et futures normes 802.11


QPSK à 2 flux : 2bits par symbole , 2 symboles différents transmis simultanément (un/antenne)16QAM à 1 flux : 4 bits par symbole, même symbole transmis sur les 2 antennesMême débit théorique mais il faut comparer les BERSi on peut monter en débit :A grand S/N (SNR) il vaut mieux utiliser une modulation plus rapide qu'un flux spatial supplémentaire. C'est l'inverse à faible S/N.Bien sur à S/N idéaux on peut faire les deux (augmenter à volonté la vitesse de modulation ET le nombre de flux)

http://www.tomshardware.fr/articles/wifi-ac-ad-mu-mimo,2-2441.htmlhttp://www.arubanetworks.com/assets/wp/WP_80211acInDepth.pdf

• 802.11ac , successeur futur : 802.11axhttp://www.futura-sciences.com/tech/questions-reponses/internet-wi-fi-80211ax-tout-ce-quil-faut-savoir-futur-wi-fi-intelligent-7543/

- 802.11ac Wave 1 sur le marché de masse en 2013, Wave 2 en2016

- Nouveau usages : affichage de vidéo non compressée (HDMIsans fil : 1.5 à 3 Gb/s), streaming vidéo compressée (h264 : 70à 200 Mb/s) outdoor : à l'usage de nombreux utilisateurs.Réellement supplanter les LANs filaires.

- 5 GHz exclusivement

- Jusqu'à 8 flux spatiaux. Le nombre d'antennes devrait croitre > 3 sur les APs seulement.

- MU MIMO (Multi Utilisateurs) en downlink par Beamforming de multiples flux spatiaux (SDMA)

- Canaux de 20, 40, 80 (5), 160 (2) MHz.

- 256 QAM 3/4 et 4/5 sur 20MHz +33⇒ % débit

- Beamforming normalisé

- Débit max de 6.9 Gbits/s

- Mécanismes de coexistence (rétro-compatibilité) et MU-MIMO MAC modifiée⇒

- Feedback du résultat de l'analyse des trames d'entrainement pour la connaissance du canal (CSI)

- Agrégation en trames beaucoup plus longues


Beaucoup plus longues qu'en 802.11n


Channel state info : une matrice d'info retournée sous forme compressée


Préambule doit être compris par 802..a et n sur tous les sous canaux 20MHz. Mécanisme RTS/CTS est étendu pour pouvoir réserver les multiples sous canaux 20 MHz (plusieurs CTS en réponse)


Contrairement au 802.11n , notamment méthode de sondage normalisée


Simplification vs 802.11n : Même modulation MCS sur tous les flux


Un canal de 160MHz peut être constitué de deux canaux non contigus de 80MHz car difficile de trouver des canaux contigus en 5GHz, 160 est en option seulement


Plusieurs streams destinés à plusieurs users en simultané . MU MIMo n'améliore pas le débit par utilisateur mais multiplie le nombre d'utilisateurs simultanés.temps d'accès réduits. Multibeamforming et multiQoS. Limites : 4 users max, 4flux spatiaux max par user et même modulation pour tous les flux spatiaux


En raison des couts prohibitifs sur les clients.Aujourd'hui 3 max en 802.11nLes AP pourront ainsi transmettre à plusieurs utilisateurs en simultané (MU-MIMO)

http://www.tomshardware.fr/articles/wifi-ac-ad-mu-mimo,2-2441.html

- Nouveau cryptage GCMP des blocs en parallèle remplace CCMP

- Économie d'énergie avancée permettant de couper la radio juste pour la durée d'une trame

- La trame balise informe sur la charge de l'AP y compris le nombre de clients en MU-MIMO

L'usage de multibandes 80 MHz devrait se démocratiserrapidement (5 disponibles), la multiplication des antennes au-delà de 4 affectant la complexité et les prix, attendra denouvelles applications à la maison. La norme est prête !

Dans les hôtels des super AP à 8 antennes devraient couvrir detrès nombreux clients.


Permet au client de faire du load balancing fonction des charges des APs disponibles


Utile car trames agrégées très longues sont fréquentes en video. Au réveil un nouveau champ AID partiel ou de groupe (MU-MIMO) permet de savoir s'il y a des trames en attente de transmission

Les nouvelles et futures normes 802.11http://www.tomshardware.fr/articles/wifi-ac-ad-mu-mimo,2-2441.html

• 802.11ad ou WiGig, futur : 802.11ay

- 60 GHz- MAC et PHY complètement nouvelles - 4 Canaux de 2.16 GHz- Quelques mètres sans obstacles- Pour de l'HDMI et USB sans fil- Débit max de 6.8 Gbits/s


Plus de problème de rétrocompatibilité sur cette fréquence

- Un seul flux spatial et beamforming- Puissance max de 10mW- Fast switch entre .ac et .ad pour combiner les

avantages des 2 technos à la maison.

Les nouvelles et futures normes 802.11http://www.tomshardware.fr/articles/wifi-ac-ad-mu-mimo,2-2441.html

802.11ah, Wifi Halow, futur : 802.11af

- 700, 800, 900 MHz

- Canaux de 2 à 16 MHz : 78 Mbits/s, 100 mW

- Portée de 1000 m , traverse les obstacles

- MU-MIMO et beamforming

- Pour les objets connectés : concurrence Lora

http://www.tomshardware.fr/articles/wifi-ac-ad-mu-mimo,2-2441.html

-Transmissions passives à l'étude http://www.usine-digitale.fr/article/un-wi-fi-basse-consommation-veut-defier-le-bluetooth-low-energy-dans-la-maison-connectee.N383108


LoraWAN:5000m de portée

802.11 et les réseaux sans fil - darksideofgravity.com · pas de limitation sur le nombre de...

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