Réseaux sans fil et filaires


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Réseaux sans fil et filaires

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Historique

  • 1838 : Théorie (S. Morse)
  • 1858 : Câble transatlantique
  • 1864 : Équations de Maxwell
  • 1865 : Télégraphe (S. Morse)
  • 1876 : Téléphone (Bell)
  • 1898 : 1ère communication mobile (Marconi, puis Armée US)
  • 1915 : 1èreliaison téléphonique transcontinentale (Bell System)
  • 1930 : Télévision (principes)
  • 1948 : Invention du transistor, théorie de Shannon
  • 1950 : nombreuses communications mobiles professionnelles
  • 1958 : 1er réseau cellulaire public (Allemagne)
  • 1962 : 1er satellite TV (Telsar I)
  • 1962 : 1er satellite géostationnaire (Intelsat I)
  • 1964 : Transmission de données sur RTC
  • 1969 : Internet
  • 1970 : Bell / 1G
  • 1970 : début des systèmes cellulaires analogiques
  • 1980 : début des systèmes sans cordon
  • 1983 : Études GSM (numérique)
  • 1985 : Études DECT
  • 1988 : Débuts GSM / Études CDMA
  • 1990 : IEEE 802.11 Wireless LAN
  • 1990 : Messagerie unilatérale (étape)
  • 1991 : Déploiement GSM
  • 1993 : DEC 1800, début IS-95 (CDMA)

Développement du sans-fil

v La déréglementation a joué un rôle important…

v Progrès en électronique :

  • miniaturisation des équipements
  • augmentation de l'autonomie (batteries)
  • réduction du prix des équipements

v Moyen le plus rapide et le moins coûteux pour couvrir un territoire sans "re-câbler" vIntérêt de la mobilité ÿne pas confondre sans-fil et mobile

.... ...

Débit maximum d'un canal de transmission

  • Si un signal quelconque est appliqué à l'entrée d'un filtre passe-bas ayant une bande passante W, le signal ainsi filtré peut être reconstitué avec un échantillonnage à 2W/s (Nyquist, Shannon)

Dmax = 2 W log2 V en bit/s

si le signal comporte V niveaux significatifs (Valence).

ÿ La bande passante limite la rapidité de modulation.

Exemple: Pour un canal sans bruit dont la bande passante est de 3000

Hz qui ne peut transmettre qu'un signal binaire, D max = 6000 bit/s.

Bruit, capacité

  • Bruits aléatoires Þ dégradation de la transmission
  • Quantité de bruit = rapport de la puissance du signal transmis à la puissance du bruit

= rapport signal sur bruit, (SNR en anglais signal to noise ratio ou S/N).

  • Pour un canal de transmission de bande passante W perturbé par du bruit dont le rapport signal sur bruit est S/N, la capacité de transmission maximale C en bit/s vaut :

C = W log2 (1+PS/PN) en bit/s

S/N est exprimé en dB en général, mais pas dans la formule !

(S/N)dB = 10 log10 (PS/PN) Û PS/PN=10(S/N)dB/10

  • Exemple: Pour un canal dont la bande passante est de 3000 Hz et un rapport S/N=30dB, (valeur typique du réseau téléphonique analogique), PS

/PN=1000 => C = 30 000 bit/s.

Perturbations

  • Perturbations Þ l'information extraite du signal reçu peut conduire à des erreurs.
  • Causes multiples, principale préoccupation dans les systèmes de télécommunication.
  • Affaiblissement ou atténuation = perte d'énergie du signal pendant sa propagation

Atténuation (dB) = 10 log10 (P1/P2)

(-3 dB correspond à une perte de la moitié de la puissance)

  • Affaiblissements différents suivant les harmoniques Þ distorsions

En pratique affaiblissements d’amplitude négligeable jusqu’à fc appelée fréquence de coupure.

Pour compenser cet affaiblissement et pour permettre des transmissions sur de longues distances Þ amplificateurs ou répéteurs

...

Bruit

  • Tout signal indésirable interprété par le récepteur et délivrant une information incohérente.
  • Sources de bruit :

– émetteur du signal ;

– media de transmission ;

– perturbation atmosphérique.

  • Bruit thermique = agitation thermique des électrons (source de bruit la plus courante)
  • Diaphonie = influence mutuelle entre deux signaux utiles mais sur des conducteurs voisins.

Modulation / Démodulation

  • Transmission d’un signal à spectre étroit sur un support à large bande passante Þ mauvaise utilisation du support

Þ techniques de modulation et de multiplexage

  • Soit un signal périodique : y(t) = A sin (2pft + F)
  • Signal transporté sous forme d'une onde faisant varier une des

caractéristiques physiques du support:

– différence de potentiel électrique;

– onde radioélectrique

– intensité lumineuse

Porteuse: p(t) = Ap cos (2pfpt + Fp)

  • On fait ensuite subir des déformations ou modulations à cette porteuse pour distinguer les éléments du message.

Modulation

  • La modulation est la transformation d'un message à transmettre en un signal adapté à la transmission sur un support physique.
  • Les objectifs de la modulation sont:

– une transposition dans un domaine de fréquences adapté au support de transmission;

– une meilleure protection du signal contre le bruit;

– une transmission simultanée de messages dans les bandes de fréquences adjacentes, pour une meilleure utilisation du support.

  • Trois types de modulation de base existent, en faisant varier les trois

paramètres de l'onde porteuse: Ap

, fp

, Fp

... ... ...

Antenne

  • Caractéristique pour tous les types d'antennes :

– Facteur de Mérite (G/T)

  • Sensibilité d'un système de réception
  • Mesure globale du système de réception déterminé par la taille de l'antenne (G) utilisée et par la qualité (T) (niveau de bruit) du récepteur.

– Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente (PIRE)

  • puissance rayonnée dans une direction donnée ou dans la zone couverte.

Point d'accès

  • Liaison réseau filaire - réseau sans fil
  • Gère le trafic des mobiles d'une cellule en réception et en transmission de données
  • Type de matériel : Station (dédiée de préférence) avec :

– carte réseau traditionnelle pour le réseau filaire

– carte émission / réception radio

– couche logicielle adéquate

Borne d'extension

  • Mélange Point d'accès (gère une cellule) + pont radio
  • Pas de connexion au réseau filaire (? point d'accès)
  • Agrandit la zone de couverture sans ajout de câble
  • Gère le trafic de sa cellule comme les points d'accès
  • Possibilité d'en utiliser plusieurs pour atteindre les mobiles les + éloignés.

Pont radio

  • Lien entre 2 réseaux câblés de 100 m jusqu'à quelques kms
  • Se connecte à un réseau et non à une station
  • Ne gère pas de cellule de communication

Organisation cellulaire

  • Cellule de communication =

BSS : Basic Set Service de taille variable :

– liée à l'environnement

– liée à la puissance du mobile, car le point d'accès (fixe) dispose à priori d'une source d'énergie suffisante

  • ESS : Extended Set Service :

plusieurs BSS <=> plusieurs AP (Access Point)

... ... ...

Mécanisme de "Handover"

  • Objectif :

– assurer la continuité des communications tout en assurant une certaine qualité de service.

  • Raisons :

– optimiser l'utilisation des ressources

– équilibrer le trafic entre cellules

ÿ influe sur les aspects couches basses (physique et liaison)

ÿ influe sur les aspects réseau (commutation de liens)

Mécanisme de "Handover"

  • Exemple GSM

– la qualité du lien est mesuré périodiquement

– en cas de problème, la BS envoie une alarme vers le MSC

– le MSC cherche une nouvelle cellule ou un nouveau canal

– le MSC déclenche ensuite le handover si c'est possible (l'ancien canal est alors libéré), sinon la communication continue

Mécanisme de "Handover"

  • le handover est tenté de plus en plus souvent :

– réduction de la taille des cellules dans les systèmes 2G (numériques) (de plus en plus pour le milieu urbain = forte densité de population)

– optimisation du trafic

  • Contraintes :

– obtenir des mesures précises de qualité

– faire le bon choix pour le changement de cellule

– réaliser rapidement le handover

Mécanisme de "Handover" : 3 phases

  1. Mesures de qualité et de supervision du lien actif
  • puissance du signal reçu

(RSSI : Received Signal Level Indicator).

  • le taux d’erreur binaire (BER : Bit Error Rate).
  • ratio C/I (Carrier/Interference)
  • distance entre le mobile et la station de base.

Ex: GSM entre 3 et 10 mesures toutes les 0,5s

Mécanisme de "Handover"

  1. Choix de la cellule cible

le mobile gère une liste de candidates (5 maxi en GSM) si il reçoit un signal suffisant pour le canal pilote

  • puissance relative des signaux (P2 > P1)
  • puissance relative des signaux avec seuil

(P1 < seuil et P2 > P1)

  • puissance relative des signaux avec hystérésis

(P2 > P1 +seuil)

  • puissance relative des signaux avec seuil et hystérésis

(P1 < seuil1et P2 > P1 +seuil2)

  1. Exécution du Handover

– un nouveau canal est attribué

– la connexion est transférée

– l'ancien canal est libéré

  • Différents types de Handover :

– handover doux (soft-handover)

– handover dur (hard-handover)

– handover souple (smooth-handover)

– …

Mécanisme de "Handover"

  • Handover souple (smooth-handover)

Pour les réseaux TCP/IP, le transport se fait par paquets indépendants : plus le nombre de paquets perdus est réduit, plus le handover est "souple"

  • Handover analogique

Aux États-unis, les systèmes de 1ère génération cohabitent avec les systèmes numériques :

ÿsi les 2 systèmes et le terminal le permettent handover analogique pour assurer la continuité de la communication

Mécanisme de "Sélection / Re-sélection"

  • Pour un mobile en veille, on parle de sélection de la station de base.
  • Un mobile :

– écoute les message diffusés par les BS à tous les mobiles

– est prêt à se connecter au réseau en cas d'appel

– signale sa position régulièrement

  • La mise sous tension d'un mobile implique une sélection de BS.
  • Le déplacement induit une re-sélection régulière.
  • La gestion de la localisation = roaming
  • Recherche de mobile = paging dans la dernière cellule ou dans tout le réseau (inondation)

Accès au réseau

  • Le nombre d'utilisateurs est très supérieur au nombre de canaux disponibles
  • Protocoles de réservation = problématique particulière

– avec un contrôle centralisé ‡ non

– avec un contrôle distribué ‡ non

– à accès aléatoire (type CSMA)

– autre…>





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