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Les WPAN : Wireless Personal Area Networks  
 

 

Introduction

Un WPAN est un réseau sans fil individuel. Très en vogue avec le développement de Bluetooth, ces réseaux devraient, avec le temps, augmenter leurs débits et leurs portées pour devenir de véritables concurrents des WLAN. C’est à ce titre qu’ils sont évoqués ici.

Les applications possibles de ces technologies laissent libre cours à l’imagination. Si celle-ci devaient voir le jour, nul doute que notre vie pourrait en être bouleversée, et que de nouveaux débats éthiques devraient exister. Ces applications permettraient en effet de surveiller et enregistrer la totalité des faits et gestes des personnes et la liberté de chacun pourrait être menacée.

Voici quelques exemples d’applications possibles :

  • En arrivant à la maison, le système d’alarme se met hors service, le portail s’ouvre, la porte d’entrée aussi, et les lumières de l’extérieur et de l’entrée s’allument.
  • Vous entrez dans votre maison, votre PDA se connecte automatiquement à votre PC, met à jour votre agenda et se synchronise avec votre logiciel de gestion d’email.
  • En réunion, en entrant dans la pièce, votre PDA se met en contact avec le vidéo-projecteur. A tout moment vous pouvez contrôler le vidéo-projecteur et montrer la présentation stockée dans votre PDA.
  • En arrivant à l’aéroport, vous confirmer automatiquement votre présence. L’enregistrement est automatique, avec votre place favorite près du hublot…
  • En approchant de votre voiture, celle-ci s’ouvre automatiquement, règle le siège et le rétroviseur à votre taille, et la radio choisi votre station préférée. Vos appels sont redirigés vers les enceintes de la voiture…

Réseau domestique électrique

Au niveau domestique, l’utilisation du réseau électrique s’affirme comme un grand concurrent des WPAN. Cette technologie, appelée PLT (Power Line Telecommunications), existe soit en réseau d’Accès (pour couvrir les dernières centaines mètres entre le transformateur basse tension – moyenne tension de 130 V et les différents domiciles), soit au niveau résidentiel, où l’on effectue des transfert à l’intérieur d’une habitation entre une prise de courant et une autre.

Cette dernière solution intéresse particulièrement les industriels. En moyenne, les habitation sont équipés de 30 prises de courant. Il s’agit de faire communiquer entre eux des ordinateurs, où n’importe quel appareil ménager. Techniquement, on superpose un signal radio très haut en fréquence (entre 1,6 et 30 MHz) sur la ligne électrique. En prenant un modem autonome, on entre d’un côté en USB ou 10baseT, puis on ressort sur une autre prise de courant, ailleurs dans la maison, sur un autre modem du même type. Cette solution est très simple : le modem est acheté en grande surface, cela évite d’ajouter un câble supplémentaire, de faire des travaux ou de faire intervenir du personnel qualifié.

Le problème qui existe actuellement est purement réglementaire : les normes européennes ne sont pas encore finies et sont en cours de discussion au sein de l’ETSI et du PLT Forum. La tâche est difficile car beaucoup d’acteurs demande des précautions.

Les militaires et radioamateurs sont contre l’utilisation de la bande de fréquence proposée actuellement. De plus, les bandes de services diffèrent d’un pays à un autre entre les différents réseaux de secours ou autre. Les câbles électriques ne sont pas blindés et rayonnent, ce qui pose un problème de CEM et radio. Une norme doit donner une énergie pas trop réduite pour faire passer l’information, et pas trop haute pour éviter de rayonner. Actuellement, il y a des négociations en cours.

Les distances peuvent sembler courtes, mais dans une maison, les 50 mètres sont facilement atteints. Pour aller d’une chambre à une autre, dans les nouvelles maisons, les deux chambres sont généralement sur des fusibles différents et il faut donc faire 2 fois l’aller-retour, sans compter les quantités de tours de portes.

Dans ce domaine, on commence tout juste à éclaircir le problème de la qualité de service. Certains tests atteignent des débits de 7,5 Mbps net en IP (soit 13 Mbps en débit brut). Cependant, le débit chute parfois brutalement lorsque la ligne électrique n’est pas parfaite.

Bluetooth et HomeRF

Les deux noms qui sortent du lot des WPAN sont Bluetooth et HomeRF. Sur le site de Bluetooth, on peut lire que 2000 constructeurs les suivent, tandis que 100 seulement soutiennent le projet HomeRF. Sur le site de HomeRF, on réplique a cela en précisant que l’inscription au soutien de Bluetooth est gratuit alors que ce n’est pas le cas pour HomeRF. Les deux normes précisent clairement qu’elles mènent une véritable croisade pour unifier l’ensemble des constructeurs. Même les sacro-saints « White Papers » sont d’une mauvaise foi évidente…

Home Radio Fréquency est une norme basée sur 802.11b et DECT. Elle permet indifféremment de faire transiter des flux audio ou des données. La norme autorise des portées de 50 mètres sans utiliser d’amplificateur.

De même que Bluetooth, HomeRF travaille au niveau physique dans la bande des 2,4 GHz, avec la technologie FHSS, à raison de 50 sauts de fréquence par seconde. Le débit nominal est de 1,6 Mbps (soit 1 Mbps réel), mais les débits peuvent atteindre 10 Mbps dans la version 2.

Bluetooth

Introduction : de l’origine pacifique du nom à la guerre commerciale

Harald Blaatand, qui vécu de 910 à 986, se traduit du suédois en « Harald la dent bleue », d’où Bluetooth en anglais. Initié par Ericsson, rapidement rejoint par IBM, Intel, Nokia et Toshiba au sein du SIG (Bluetooth Special Interest Group), le but de Bluetooth est d’unifier l’ensemble des constructeurs autour d’une seule norme sans fil : elle-même. En effet, ce nordique  qui a vécu il y a plus de mille ans avait réussi l’exploit d’unifier les royaumes du Danemark, de la Norvège et des vikings alors que les guerres de religions et les divisions faisaient rage en Europe.

Bien sûr, l’enjeu commercial de l’époque n’était pas le même, et il n’est pas certain que l’union soit encore possible dans notre monde commercial où la hache a été remplacé par les millions… Aujourd’hui, 2400 constructeurs, dont 3Com, Motorola et Microsoft, en plus des multinationales précédemment citées, se sont ralliés à cette cause.

Bluetooth propose de simplifier tous les problèmes de connexions en permettant à tous les périphériques et appareils distants de moins de 10 mètres (ou 100 mètres avec un amplificateur) de se connecter les uns aux autres, grâce à une puce carrée de 9mm d’arête. En 2002, Ericsson estime à plus de 100 millions le nombre d’appareils équipés de cette puce. Cette dernière coûte actuellement 20$, mais Intel prévoit qu’elle ne coûtera bientôt plus que 5$.

Le groupe de travail IEEE 802.15.1 travaille actuellement sur la normalisation de Bluetooth.

Architecture des protocoles

Couche physique : radio

Au niveau physique, Bluetooth utilise la technologies par saut de fréquence (FHSS) sur 79 canaux dans le bande 2,402 à 2,480 GHz. Le réseau est basé sur un système maître/esclave, et le maître décide des sauts de fréquence de façon pseudo-aléatoire, 1600 fois par seconde. La norme 1.0A définie en juillet 1999 prévoyait un débit brut de 1 Mbps (soit 720 kbps). Nul doute que ce débit sera amené à augmenter par la suite, même si la version 1.1, approuvée en mars 2001, ne le prévoit pas encore.

Les machines d’un réseau Bluetooth se rassemble en sous-réseaux appelés piconets. Dans ce piconet, une des machines joue le rôle de maître, et gère à ce titre l’horloge et les sauts de fréquence. Chaque maître peut accueillir jusqu‘à 7 esclaves actifs, soit 8 appareils actifs maximum par piconet.

Plusieurs piconets adjacents constituent un scatternet et peuvent interagir. Une machine peut ainsi être esclave d’un piconet et maître d’un autre. Chaque piconet dispose d’un débit de 1 Mbps. 10 scatternets peuvent ainsi interagir, soit 72 appareils maximum (8 x 10 – 8 appareils).

Baseband layer

Cette couche permet de définir trois types de liens :
- les liaisons SCO (Synchronous Connection-Oriented) pour l’audio (ou audio et données),
- les liaisons ACL (Asynchronous Connectionless) pour les données. Dans le cas où les débits montants et descendants ne sont pas égaux, les liaisons ACL peuvent être asymétriques.
- les liaisons de base : pour toutes la gestion des connexions au sein du piconet

Les paquets ont alors la forme suivantes :

Le code d’accès permet la synchronisation des composants Bluetooth.
L’entête stocke le numéro de paquet, l’adresse source et destination, le type de paquet, le CRC…

Link manager protocol

Ce protocole est responsable de la supervision des différentes connexions, de l’authentification des appareils, et du chiffrement. Il gère également les mises en veille des différents appareils.

Link Layer Control & Adaptation (L2CAP)

Cette couche permet l’adaptation des protocoles supérieurs (comme TCP/IP) au réseau Bluetooth : elle supporte la segmentation et le réassemblage, et le multiplexage de protocole.

Conclusion

Sur le plan de la sécurité, des systèmes sont bien sûr en place : authentification et chiffrement jusqu’à 128 bits.
A noter que la norme Bluetooth 2 est déjà en cours d’élaboration : elle devrait étendre la portée à une centaine de mètres et autoriser des débits de 10 Mbps.

 




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