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Présentation du livre


Génération Wi-Fi

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Merci à Davor Males pour ses remarques et corrections.

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 le handover que pour améliorer le débit, la couverture et permettre les réseaux ad-hoc et la cohabitation avec les autres types de réseau. Cette synthèse a été établie à partir des présentations faites à l'université de printemps de DNAC du 28 avril au 5 mai 2003 à Tozeur (Tunisie). 

Les réseaux sans fil de type Wi-Fi ont plusieurs avantages :

     
  • Ils fonctionnent sur des bandes de fréquence ne nécessitant pas de licence - 2,4GHz et 5GHz (contrairement à l’UMTS par exemple)
  • Ils permettent le nomadisme (Terminal utilisé sans déplacement) et la mobilité (bien que la vitesse maximale de déplacement d’un terminal dans un réseau Wi-Fi est plutôt proche de celle d’un piéton)
  • L’installation est facile et la topologie est dynamique. Cela permet la mise en place rapide d’un nouveau réseau (par exemple pour un événement)
  • Le coût est faible (près de 100 fois moins cher qu’une antenne UMTS à portée équivalente)

Mais ils ont aussi des inconvénients qu’il faut connaître pour faire les meilleurs choix :

  • Le réseau n’est pas optimisé contrairement à l’UMTS (ce qui nécessite de faire de la surcapacité en réseau sans fil)
  • Il y a des problèmes liés à la propagation des ondes,
  • la réglementation n’est pas encore figée (tout particulièrement sur la nouvelle bande des 5 GHz)
  • les effets sur la santé sont encore mal connus
  • la sécurité est encore mal gérée
  • La consommation électrique est importante

Certains de ces avantages et inconvénients sont inhérents aux réseaux sans fils en général, d’autres permettent de les distinguer d’autres technologies comme celles des mobiles 3G de type UMTS

1. Le débit ou la portée ?

La puissance rayonnée des réseaux Wi-Fi (dépendant du signal électrique envoyé à l’antenne et de l’antenne elle même) est limitée à 100mW en intérieur et sur une partie du spectre à l’extérieur (10mW pour une autre partie). Mais la limitation ne porte que sur la puissance émise et il est possible d’ajouter des antennes ou des amplis en réception pour couvrir une distance plus grande.

Il y a 14 canaux de 20 MHz sur la bande des 2,4 GHz (IEEE 802.11b et le nouveau IEEE 802.11g). La transmission ne se fait que sur un seul canal, mais ces canaux se recouvrent. Si on veut optimiser la bande passante, il n’est donc pas possible d’utiliser des canaux adjacents sans subir une perte de débit sur chacun des canaux. On peut utiliser les canaux 1, 7 ou 13 pour une séparation maximum. On peut utiliser plus de canaux - 1, 5, 9 et 13 - avec une séparation moindre entre les canaux tout en conservant un débit maximal car les interférences sont dans ce cas marginales.

Les canaux autorisés dépendent des lieux :

  • Canaux de 1 à 11 aux USA,
  • Canaux de 1 à 13 en Europe
  • Canal 14 uniquement au Japon (cela devrait rapidement évoluer)

Au début en France, seuls les canaux de 10 à 13 étaient autorisés. C’est pour cette raison que la RATP a choisi ces canaux pour son réseau de hotspots pour ne pas pénaliser les premiers acheteurs français dont les matériels étaient bridés.

La zone de couverture dépend :

  • des distances entre les équipements réseaux,
  • des obstacles qui se trouvent entre les équipements : murs, meubles et personnes (Les hommes sont remplis d’eau dont les molécules oscillent à 2,4GHz, ce qui est le principe du four à micro-ondes qui fonctionne à cette même fréquence...).
  • et des interférences avec d’autres réseaux Wi-Fi sur des bandes adjacentes, avec un réseau bluetooth, avec les fours à micro ondes et les autres équipements utilisant la bande ISM

Le débit théorique varie en fonction du niveau du signal c’est à dire suivant l’éloignement et les différents éléments qui peuvent réduire le signal. L’équipement envoie des informations à des débits théoriques différents suivant le niveau du signal (11 Mbits/s, 5,5 Mbits/s, 2 Mbits/s ou 1 Mbits/s).

Zone de couverture du 802.11b : vitesses théoriques en fonction de la distance (valeurs typiques)

 

 

à l’intérieur

à l’extérieur

11 Mbits/s

50 m

11 Mbits/s

200 m

5,5 Mbits/s

75 m

5,5 Mbits/s

300 m

2 Mbits/s

100 m

2 Mbits/s

400 m

1 Mbits/s

150 m

1 Mbits/s

500 m


Le débit réel est encore inférieur du fait du protocole d’échange entre tous les équipements (csma/ca). Par ailleurs si dans un réseau, un seul équipement est éloigné et ne peut communiquer à 1MBits/s alors les informations de contrôle pour l’ensemble du réseau sont transmises à 1MBits. Ces informations utilisent une part significative de la bande passante et donc l’ensemble du réseau est ralenti.

IEEE 802.11a utilise la bande UN-II à 5,5 GHz (Largeur de la bande de 300 MHz utilisée en OFDM). Il y a 8 canaux mais qui cette fois ne se recouvrent pas, ce qui facilite la mise en oeuvre de réseaux. La portée des réseaux Wi-Fi5 à plus haut débit est cependant moindre que celle des réseaux Wi-Fi. Les équipements transmettent des débits théoriques différents.

Zone de couverture du 802.11a : vitesse théorique en fonction de la distance

 

 

à l’intérieur

54 Mbits/s

10 m

48 Mbits/s

17 m

36 Mbits/s

25 m

24 Mbits/s

30 m

12 Mbits/s

50 m

6 Mbits/s

70 m

 

2. Les futures évolutions des réseaux sans fils

Plusieurs extensions devraient permettre d’améliorer les réseaux de type Wi-Fi. En particulier :

  • La sécurité, avec en particulier
    • La sécurité du lien radio où l’on trouve plusieurs approches : l’IEEE 802.11i annoncé pour la fin de l’année 2003 est très lourd à mettre en oeuvre et nécessite de changer le matériel ; TKIP (Temporal Key Integrity Protocal) lui est prévu pour la fin 2003 et ne nécessite pas de changer le matériel ;
    • L’Authentification avec en particulier EAP (Extensible Authentication Protocol) qui est un protocole parapluie pour l’authentification qui détermine un schéma d’authentification : IEEE 802.1x basé sur le protocole EAP (Extensible Authentication Protocol)
  • La qualité de service : la norme 802.11e qui devrait être introduite courant 2003 pour permettre des priorités et permettre de transmettre de la téléphonie.
  • Le handover (capacité de passer d’une cellule à l’autre en continu) : l’IEEE 802.11f sur le handover avance très vite et devrait permettre de passer à des réseaux mobiles (avec le terminal en déplacement)

D’autres types d’évolutions des réseaux 802.11 sont également prévus :

  • Sur la couverture : l’objectif est de passer de 50m à 500m. Aujourd’hui, cela se fait dans les pays qui le permettent en augmentant la puissance. Des travaux devraient permettre d’étendre la couverture sans augmenter la puissance (cela pourra servir par exemple, à la société COMETA créée par IBM, AT&T et Intel pour couvrir toute l’Amérique du Nord).
  • Sur le débit : l’IEEE 802.11n prévu pour 2005/2006 permettra des débits théoriques de 108 Mbits/s et même jusqu’à 320 Mbits/s.
  • Le ad-hoc : Aujourd’hui on dispose d’un mode Ad-hoc qui permet de réaliser un réseau sans point d‘accès mais où les équipements ne peuvent communiquer qu’avec leurs voisins immédiats. Dans un véritable réseau Ad-hoc les terminaux (ou du moins ceux qui le peuvent et l’acceptent , les MPRs) effectuent un routage pour acheminer les données de proche en proche

L’énergie est également  une des principales limitations (100g de batterie donne la même énergie que 1g d'essence). L’évolution des batteries devrait lever des contraintes des réseaux sans fils grâce à une plus grande autonomie des équipements.

3. La 4G : l’interopérabilité entre les réseaux

La promesse de la 4ème génération de mobile est d’arrêter d'avoir de la concurrence entre les technologies et de les faire coexister pour prendre la meilleure technologie pour chaque type d'application.

On peut proposer à l'utilisateur plusieurs systèmes (" dans 5 minutes, vous allez passer près d'une borne Wi-Fi sinon pour un peu plus cher vous pouvez utiliser actuellement le réseau UMTS... ")

Même la voie d'aller peut être différente de la voie de retour (exemple UMTS et satellite)

Il y a des problèmes de " handover vertical " pour passer en continu d'une technologie à l'autre. Une couche LLC (au niveau 2) pourrait permettre une interopérabilité entre les différents réseaux 802.11, 802.16 ; 802.20 et mobiles 3G...


Jean-Michel Cornu - 6 juin 2003