Stratégies Télécoms & Multimédia

1 - Les réseaux locaux sans fil (WLAN)

1.1 - IEEE802.11 (Wi-Fi)

Les WLAN (Wireless Local Area Network) sont les équivalents de nos réseaux locaux radioélectriques d’entreprise (RLRE). Dans ce cadre de cette famille de normes 802.11, les technologies Wi-Fi (pour "Wireless Fidelity"), se sont fortement développées au cours des dix dernières années. Les travaux de l’IEEE802.11 sont basés sur les technologies de communication radio en protocole Ethernet. Les spécifications concernent la couche physique (PHY) et le contrôle d’accès au milieu, MAC (Medium Access Control), spécifique aux réseaux locaux sans fil. Une confusion des dénominations associe le "Wi-Fi", à la série des normes IEEE802.11 et aux technologies associées. En fait, les normes 802.11 qui ont trait à la transmission des données par canal radioélectriques à faible puissance, sont rédigées par des groupes de travail de l’Association IEEE. D’autre part, la marque "Wi-Fi" est déposée par le Forum "Wi-Fi Alliance" désigné par le sigle : "WFA". L’expression "Wi-Fi Certified™" a trait à la certification proposée par le WFA sur les produits conformes aux normes de l’IEEE802.11. Dédié aux courtes distances, le Wi-Fi peut être utilisé au domicile, en entreprise, dans les campus, les lieux publics et dans les entreprises. Près de 35 000 points d’accès publics seraient actuellement en service en France, regroupés pour la plupart sous le timbre de l’Association "Wireless Link", laquelle entend améliorer la sécurité et l’usage par la mise en œuvre de normes d’authentification.

1.2 - La famille des normes IEEE 802.11

Les variantes IEEE802.11a/g autorisent des débits à 54 Mbit/s (20 ou 27 Mbit/s utiles) dans la bande de fréquences des 5 ou 2,5 GHz. La version 802.11b est caractérisée par une fréquence d’exploitation de 2,4 GHz et une vitesse de transmission de 11 Mbit/s.

La seconde version de la norme rédigée 802.11.e, dédiée à l’application vocale, a été ratifiée en 2007. Elle est composée de trois éléments : le WMM (Wi-Fi Multimedia), qui définit quatre ordres de priorité décroissante (voix, vidéo, signalisation vers l’arrière, et best effort) - le WMM-PS (pour Power Safe), qui vise à économiser les ressources énergétiques - et le WMM-AC (pour Admission Control), dont le mécanisme permet d’éliminer les appels parvenant dans un espace proche de la saturation de trafic.

La norme IEEE802.11.i inclut la nouvelle norme WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2) qui gère la sécurité en AES (Advanced Encryption Standard - chiffrement par blocs) et en EAP (Extensible Authentification Protocol). Elle est d’un intérêt stratégique élevé pour les entreprises en raison de l’emploi de la procédure de pré-identification et de la vérification par un serveur des identités.



La version IEEE802.11.k est relative à la gestion du réseau et elle évite la surcharge et réduit les interférences (RRM, Radio Resource Management).

La seconde version IEEE802.11n, adoptée en 2007, concerne des débits de pointe de l’ordre de 6,5 à 200 Mbit/s (ou 600 Mbit/s) dans un rayon de 90 m avec utilisation des technologies MIMO (Multiple Input, Multiple Output - voir DT N°07) et OFDM. Cette version est raccordable en Ethernet à 100 Gigabit/s en filaire. Deux gammes de fréquences ont été proposées (2,4 et 5 GHz) pour les réseaux 802.11a/b/g. L’augmentation des débits est assurée par une segmentation du trafic en différents signaux, envoyés en parallèle. Le mode dynamique d’exploitation à de canaux doubles à 40 MHz et l’emploi de canaux MIMO permettent d’augmenter les débits. Elle définit deux mécanismes de qualité de service. Le premier EDCA/WME (Enhanced Distribution Channel Access - Wireless Multimedia Extensions) attribue des niveaux de priorité aux différents flux. Le second HCCA/WSM (Hybrid Coordination function Controlled Channel Access / Wireless Scheduled Media) affecte un débit minimum pour les flux prioritaires et limite les effets de la gigue. La première génération des produits conforme à la norme IEEE802.11n reste incapable de pérenniser ces performances sur de longues distances ou dans des environnements bruyants.

La version IEEE802.11.r est relative au Fast Roaming (Fast Basic Service Set Transition). Son objectif est d’éviter les ruptures des connexions. Cette norme devrait améliorer la qualité de la téléphonie VoIP sur les réseaux Wi-Fi. La couche MAC du protocole 802.11 a fait l’objet d’une extension afin d’éviter la dégradation de la qualité des communications vocales lors d’un changement de point d’accès par l’utilisateur. En conséquence, lors de la mobilité de l’utilisateur, le protocole 802.11r assure l’authentification du terminal et la négociation des réservations de ressources nécessaires auprès d’un autre point d’accès, avant le basculement des liens. La certification ’’Voice Enterprise’’ relative à la norme 802.11r pour les équipements d’accès et les terminaux est délivrée par l’Alliance Wi-Fi.

La norme IEEE802.11s définit comment un terminal placé dans un réseau radio maillé peut assurer en P2P la découverte de la topologie du réseau, envoyer des messages, sélectionner le parcours, les ressources du canal de transmission, assurer la sécurité, la gestion du trafic ainsi que celle du réseau. De nombreuses définitions sont proposées (point de maillage ou portail de maille, services maillés, etc.). Ces services maillés devraient être compatibles avec les services déjà existants sur les WLAN.

Le projet de norme IEEE802.11vht (802.11aa) concerne une technologie à très haut débit (very high throughput) par utilisation de la technique MIMO qui assure le contrôle de débit par antenne d’utilisateur (PUURC, per user unitary rate control) grâce au concept d’antennes virtuelles).


Pour toutes ces versions, la sécurité de connexion est assurée par une carte SIM spécifique avec authentification qui permet une large mobilité et les télépaiements. Les débits de données peuvent atteindre, sous réserve, 11 Mbit/s à 220 mètres et 1 Mbit/s à 1 km (en vue directe). La qualité de service ne peut être obtenue que par la mise en place de systèmes de lutte contre les interférences.

1.3 - Le Wi-Fi municipal (Muni Wi-Fi)

Des bornes d’accès en IEEE802.11b à 2,5 et 5 GHz sont disponibles dans les lieux publics. Les autorités locales et la publicité peuvent financer la mise en place de ces bornes afin de répondre à une certaine demande, peu exigeante en qualité de service. Il n’est pas possible d’édifier un réseau maillé en zone urbaine sans utiliser de répéteurs et pour cette raison le système n’est actuellement pas rentable économiquement.

1.4 - VoWLAN (Voice on WLAN)

Le système IEEE802.11 est utilisable pour le trafic vocal en IP et la transposition de l’application VoIP est possible sur d’autres réseaux IP. Les normes sont mises en place avec l’appui de la certification de la Wi-Fi Alliance (WFA). La voix et les données sont diversement affectées par les paramètres de transmission. Pour la parole, les maxima tolérables sont de 50 ms pour la latence des signaux, de 1 % pour le taux de perte des paquets, de 5 ms pour la gigue et de 20 ms pour les coupures.

La WFA définit trois éléments essentiels pour les données (IEEE802.11.e) : WMM (Wi-Fi Multimedia), WMM-PS (Power Safe) et WMM-AC (pour Admission Control) afin d’éviter la surcapacité du réseau (IEEE802.11.k et r). L’interopérabilité de la parole en VoWLAN repose sur la certification de la couche physique de IEEE802.11.a/b/g/n, WMM, WMM-PS et WPA2 avec le SVP (Spectral Voice Priority) et l’emploi des paramètres de sécurité, si nécessaire (802.11.i).

1.5 - Transferts Wi-Fi/2,5 et 3 G

Le développement des points de connexion Wi-Fi a suscité plusieurs initiatives de convergence entre réseaux mobiles. D’une part, les exploitants souhaitent répondre à la demande de connectivité de leur clientèle et, dans ce sens, un accord international est en cours de réalisation entre pays pour une connexion sur la Toile avec un abonnement unique. La seconde solution concerne les terminaux portables, et consiste à faire définir, par les industriels et le WCC (Wi-Fi/Cellular Convergence), des terminaux multifonctionnels de convergence Wi-Fi/GPRS ou Wi-Fi/UMTS, Wi-Fi-Bluetooth-to-GSM, etc.

Les transferts des appels Wi-Fi vers le réseau GSM ne sont possibles que dans un seul sens. La qualité de service n’est pas la même en mode circuit (GSM) qu’en mode paquet (Wi-Fi). Les normes de convergence entre systèmes radioélectriques sont souvent de type propriétaire et certaines fonctions ne sont pas transférables, ou même possibles.

1.6 - Les FON (Foneros)

Des communautés d’Internautes ou des villes ont créé des réseaux Wi-Fi appelés FON, qui utilisent le relais de messages sur la base de la technologie Mesh (MANET, Mobile Ad-Hoc Network) et des solutions de réseau collaboratif, notamment avec le concours de l’industriel Mitola Radio. Le débit global (100 Mbit/s) doit être partagé entre les utilisateurs. Les FON évoluent aujourd’hui vers l’emploi de la SDR (Software Defined Radio), et s’orientent vers des solutions d’économie de la puissance utilisée, de réduction de la puissance émise et de la réduction des interférences.

1.7 - Les HiperLAN

Les normes HiperLAN (High Performance Radio Lan), sont en gestation depuis dix ans, faute de disponibilité de composants spécialisés à bon marché. L’ETSI, avec le Comité BRAN (Broadband Radio Access Network) a repris la norme HIPERLAN sous le nom de HiperLAN type 1, de façon à créer HiperLAN type 2 pour le multimédia, et deux autres systèmes pour la mobilité en ATM pour l’image et le texte.

• HiperLAN1 est adapté aux immeubles pour lesquels des applications Ethernet et le multimédia en LAN (5 GHz, technologie CSMA/CD, sans qualité de service).

• HiperLAN type 2 concerne la vidéo et l’accès à Internet à 5 GHz à 25 Mbit/s (et 54 Mbit/s) à courte portée (50 à 100 m) et est compatible avec les réseaux UMTS, ATM et IP. Il est orienté connexion. HiperLan 2 est compatible avec les trois couches PHY des LAN IEEE 802.11a et se trouve très proche de la norme l’IEEE802.11 dans ses versions a et h. Cependant, la couche MAC utilise un protocole d’accès TDMA/TDD orienté connexion, qui confère une bonne qualité de service. Une couche de convergence permet le transport de flux multimédias IEEE1394. Deux modes d’exploitation sont prévus le mode centralisé (CM) et le mode direct (DM).

• HiperLAN type 3 est devenu HiperAccess pour les longues portées (5 km) de type point à multipoint à 25 Mbit/s pour les résidentiels et les PME/PMI, compatible avec les réseaux UMTS, ATM et IP.

• HiperLAN type 4 est devenu HiperLink, pour des liaisons à courte portée (de 50 à 500 m) à 17 GHz à 155 Mbit/s.





2 - Les réseaux radioélectriques domestiques PAN (WPAN / WSN)
La tendance actuelle consiste à associer les systèmes radioélectriques à faible puissance d’émission aux domaines des réseaux de capteurs et senseurs (WSN, Wireless Sensor Networks).



Le comité IEEE802.15a, chargé du WiMedia et des WPAN (réseaux radioélectriques à faible portée, Wireless Personal Area Network), a rédigé les normes 802.15.1 (qui s’applique à Bluetooth), 802.15.3 (2,4-2,5 GHz pour débit de 54 Mbit/s), 802.15.4 (ZigBee pour les couches 1 et 2), 802.15.4a (avec une couche PHY différente de celle de ZigBee) et 802.15.5 (pour tout réseau PAN de type maillé, ce qui accroît la souplesse de communication, la portée et la mobilité). La "1394 Trade Association" étudie le transport multimédia sur les couches PHY et MAC de l’IEEE802.15.3.

2.1 - UWB (IEEE802.15.3)

La technologie UWB (Ultra WideBand) consiste à émettre de très courtes impulsions de haute fréquence dans des plages de fréquences très larges qui peuvent être déjà affectées à d’autres usages (voir DT N° 26).

2.2 - Les trois normes Bluetooth (IEEE802.15.1)

La couche physique de Bluetooth 1.2 utilise une modulation en FHSS. Le débit est de 723 kbit/s et la portée (10 m, 25 m et 100 mètres) dépend de la classe de fonctionnement. Les stations se groupent en réseau ("piconet") de 8 stations, parmi lesquelles une station se déclare maîtresse et assure la synchronisation. Le temps de connexion entre deux systèmes Bluetooth est amélioré et la voix (compatible avec l’accès en GSM), bénéficie d’une meilleure qualité de service. Les routeurs ADSL des clients ou les accès Wi-Fi peuvent disposer d’un accès Bluetooth. Un codage à 32 kbit/s en ADPCM est possible. La portée de Bluetooth 1.2 CTP (Cordless Telephony Profil) atteint 200 mètres en champ libre. Les usages concernent surtout les liaisons entre périphériques informatiques.

La norme Bluetooth 2.0 plus EDR (Enhanced Data Rate), en modulation PSK, permet un débit de 3 Mbit/s. La consommation est plus faible et les équipements demeurent compatibles. Des nouvelles fonctionnalités ont été introduites dans la version définitive.

Le groupement Bluetooth a adopté la spécification Bluetooth 3.0, appelée "Bluetooth Core Version 3.0 HS" (High Speed). L’architecture AMP (Alternate MAC/PHY) inclut la technologie IEEE802.11 et une couche d’adaptation protocolaire (PAL), le débit atteignant les 24 Mbit/s sur une portée de trois mètres. La compatibilité est assurée avec les équipements Bluetooth 2.1 EDR à 3 Mbit/s. Cette agencement permet d’accéder à des débits plus élevés par une liaison radio 802.11 pour transmettre des données volumineuses et de revenir à une connexion Bluetooth traditionnelle ensuite afin de limiter la consommation d’énergie.

Le groupement Bluetooth a réalisé une version basse consommation de l’interface (norme "Bluetooth Low Energy") pour les marchés de la téléphonie mobile et des capteurs utilisables dans le domaine de la santé, du divertissement ou du sport, avec emploi de la technologie UWB dans des réseaux d’égal à égal.

2.3 - ZigBee (IEEE802.15.4)

ZigBee, qui succède à Home-RF, est un réseau WPAN normalisé sous IEEE802.15.4 proposant des débits de l’ordre de 250 kbit/s ou de 20 kbit/s, en fonctionnement d’égal à égal ou en maître esclave sur 30 mètres. Trois gammes de fréquences sont possibles. 16 canaux sont disponibles dans la bande 2,4 à 2,4835 MHz avec des espacements de 5 MHz, ou 10 canaux dans la bande des 915 MHz (pour les Etats-Unis) ou des 902 à 908 MHz et un canal dans la bande européenne des 868 MHz. Deux couches physiques différentes sont décrites dans la norme IEEE802.15.4a, adaptées aux réseaux de capteurs, au contrôle industriel et aux dispositifs médicaux. La modulation radio à bande ultra large (UWB) et la modulation CSS (Chirp Spread Spectrum) figurent dans la norme. La modulation utilise l’étalement de spectre par séquence directe (DSSS) avec une BPSK pour les bandes 868 et 915 MHz, une modulation O-QPSK pour la gamme 2,4 et 2,5 GHz et un protocole d’accès au média en technique CSMA/CA. ZigBee peut mettre en place 4 090 nœuds, alors que Bluetooth est limité à 7 en plus de la station maîtresse. Après avoir satisfaits aux essais de compatibilité demandés par la "ZigBee Alliance" (ZigFests), les systèmes ZigBee sont commercialisés et utilisés pour des applications de contrôle, des automatismes, de la surveillance, et du sondage. ZigBee est adapté à la technologie des réseaux maillés à coûts modérés. ZigBee Health est une version de la norme pour la connexion de capteurs et d’appareils médicaux à l’intérieur de bâtiments.

La norme ZigBeePro définit le fonctionnement de ZigBee en réseau maillé (Mesh Network), ce qui contribue à faciliter l’extension du réseau, augmente sa résilience et sa sécurité et permet d’édifier des réseaux complexes.

2.4 - ANT

Cette norme propriétaire récente définit un réseau WSN et PAN, dont la configuration peut être en étoile ou de type égal à égal, et dont les canaux sont dédiés à la communication à faible puissance.

2.5 - Nokia et le Wibree

Nokia a réalisé une extension du système Bluetooth à faible puissance et à faible portée, utilisable en bureautique ou dans l’univers de la médecine. Le tableau ci-dessus permet de comparer les différents systèmes et interfaces proposés. La technologie Wibree est conçue pour relier les téléphones portables et les ordinateurs à des accessoires de petite taille (montres, claviers sans fil, jouets ou capteurs du domaine de la santé ou du sport).

2.6 - USB sans fil

L’interface USB utilise également la bande des 2,4 GHz et cette bande est découpée en 79 canaux différents, utilisant une modulation DSSS/FDMA pour éviter les pertes d’informations. Un protocole propriétaire est utilisé à basse puissance. Le débit est de l’ordre de 200 kbit/s et la transmission à courte distance est effectuée en plusieurs reprises, mais sans accusé de réception.