La gestion centralisée du réseaux WIFI Evolution du débit dans les réseaux WIFI Evolution des architectures sans fils

1. Tendances et évolution des
réseaux Wireless LAN

2. Sommaire
 Vers une gestion centralisée du Wifi
 Vers toujours plus de débit:
 MIMO 802.11n, 802.11ac
 Peut-on imaginer un cœur de réseau
fonctionnant en wireless ?  le Mesh
 Alternatives PAN (Bluetooth,
Zigbee,…)
 Alternatives MAN (WiMax, 4G,…)

3. Vers une gestion centralisée
du Wireless LAN
Ex: évolution du Wireless chez Cisco

4. Evolution de l’administration
 AP indépendants lourds à gérer quand
le nombre augmente:
 Serveur web embarqué ou CLI
 SNMP, Scripts ?...
 Deux types d’AP:
 Autonomous  indépendants
 LightWeight  nécessite un contrôleur
ayant toute l’intelligence

5. Gestion centralisée
 Solution Cisco: rachat de AireSpace,
inventeur de LWAPP
(LightWeightAccessPoint Protocol)
 Solutions centralisées ~identiques
chez constructeurs compétiteurs:
 Aruba
 Trapeze
 Nortel
 Ruckus

6. Regardons déjà les Points d’accès
 EOS: Aironet 1000 Series Lightweight
Access Point
 Dual-band 802.11a/b/g
 Antennes intégrées
 Pour bureaux, et emplacements similaires
 Disponible en version « Lightweight »
uniquement
 Aironet 1100 Series
 Single-band 802.11b/g
 Antennes intégrées
 Pour bureaux, et emplacements similaires
 Disponible en version « Lightweight » et
« Autonomous »
 Aironet 1130 AG Series
 Dual-band 802.11a/b/g
 Antennes intégrées
 Pour bureaux, et emplacements similaires
 Disponible en version « Lightweight » et
« Autonomous »
Deux versions possibles :
• Version « Lightweight »
• Utilisable avec le Lightweight Access Point
Protocol (LWAPP), Cisco Wireless LAN
Controler, et Cisco Wireless Control System
(WCS)
• Version « Autonomous »
• Basé sur IOS Software, et peut de façon
optionnelle marcher avec Cisco Works
Wireless LAN Solution Engine (WLSE)
Deux types d’alimentation :
• Avec « Power injector »
• Nécessaire si le commutateur sur lequel sont
branchées les bornes n’est pas PoE
• Avec « Power supply »
• Nécessaire si le commutateur est PoE. Par
défaut, les bornes contiennent un power
supply.

7. Points d’accès
 Aironet 1200 Series
 Single-band 802.11b/g
 Upgrade possible pour réseaux 802.11a/g
 Disponible en version « Lightweight » et « Autonomous »
 Aironet 1230 AG Series
 Dual-band 1ère génération 802.11a/b/g
 Disponible en version « Lightweight » et « Autonomous »
 Aironet 1240 AG Series
 Dual-band 2ème génération 802.11a/b/g
 Environnement industriel (hautes températures, usines,
entrepôts, …)
 Disponible en version « Lightweight » et « Autonomous »

8. Points/Ponts d’accès – Tropicalisés
(pour l’extérieur)
 Aironet 1300 Series
 Utilisable en tant que point d’accès ou pont d’accès (Single-band 802.11b/g)
 Idéal pour secteurs extérieurs, raccordement de réseaux ou pour infrastructures
extérieures pour réseaux mobiles
 Antennes intégrées ou extérieures optionnelles
 Support des configurations point à point et point à mutlipoint
 Disponible en version « Lightweight » et « Autonomous »
 Aironet 1400 Series
 Pont d’accès Dual-band 1ère génération 802.11a/Sb/g
 Support des configurations point à point et point à mutlipoint
 Antennes intégrées ou extérieures optionnelles
 Disponible en version « Autonomous » uniquement
 Aironet 1500 Series
 Existe en Single-band (802.11 b/g) ou Dual-band 2ème génération 802.11a/b/g
 Déploiement évolutif de WLANs extérieurs utilisant la technologie « Mesh »
 Disponible en version « Lightweight » uniquement

9. Autonomous % Lightweight APs

10. Contrôleurs WLAN
 Gestion des réseaux sans fil sécurisés à l’échelle de
l’entreprise
 Utilisation du protocole sécurisé
 LWAPP (Lightweight Access Point Protocol)
 ou CAPWAP (Control And Provisioning of Wireless Access
Points)
entre points d’accès et les contrôleurs WLAN
 Plusieurs gammes selon le besoin
• Nombre de points d’accès ou taille de l’entreprise
• Ports d’extension
• A intégrer dans gros chassis sous forme de carte fille

11. Wireless Controller Product Portfolio
Number of APs
10025
WiSM-300
12 50 3006
Performance&Scale
1
5508-12
250 500
5508-12, 25, 50, 100, 250 (LICENSE-BASED)
5508-25 5508-50 5508-100 5508-250
WLCME-6, 8, 12, 25
3750G-25, 50
4404-100
4402-12, 25, 50
2106, 12, 25
H-REAP

12. Contrôleurs WLAN
 Controller WLAN 2106 (ceux de l’IUT)
 8 ports 10/100 Ethernet (RJ-45)
 Supporte 6 point d’accès
 Deux ports PoE
 Interface Web d’administration
 Interface CLI mais pas IOS
http://www.cisco.com/en/US/products/ps7221/index.html

13. Light Weight Access Point Protocol
« LWAPP »
 LWAPP : premier protocole de communication entre les
bornes et le contrôleur
 LWAPP contribue à assurer la sécurité des
communications entre les bornes et le contrôleur
 Schéma de principe LWAPP :
LWAPP
Authentification mutuelle
AP-Contrôleur
Chiffrement des flux de contrôle
(AES-CCM)
AP
WLC

14. La connectivité vers le contrôleur
 Les bornes légères
 livrées avec une image de base
 permettant de contacter le contrôler pour établir un
tunnel LWAPP
 Le contrôleur (Wireless LAN Controller – WLC)
possède l’intelligence et gère la configuration
de toutes les bornes affiliées
 Chaque borne connaît au préalable:
 son @IP,
 @IP de default gateway
 @IP de l’interface de Management du contrôleur
 Afin d’être capable de monter un tunnel LWAPP avec
l’interface AP Manager du contrôleur

15. Procédure d’établissement
d’un tunnel LWAPP
 Lorsque la borne a son IP et qu’elle connaît l’adresse de management
du contrôleur (WLC), elle envoie une requête « LWAPP Join »
 Le WLC répond à la borne l’autorisant l’AP à monter son tunnel LWAPP
 La borne télécharge son image sur le WLC (firmware,
configuration) et redémarre
 La borne est maintenant définitivement associée au WLC

16. Fonctionnement de la 3ème génératio
 L’AP encapsule tout le trafic dans un tunnel LWAPP (ou CAPWAP
maintenant) en direction du controller
 Le controller bridge le trafic des clients de manière centrale
Data VLAN
Voice VLAN
Management VLAN
LWAPP/CAPWAP
Tunnel

17. Roaming (Itinérance)
Gestion de la mobilité
« Quand les clients wifi se déplacent… »

18. Cisco Wireless Layer 2 Roaming
 Single Cisco WLC
 Or multiple Cisco WLCs in the same
subnetwork
 Transparent to the client
 The session is sustained during
connection to the new AP
 The client continues using the same
DHCP-assigned or static IP address

19. Client Roaming Within a Subnetwork

20. Cisco Wireless Layer 3 Roaming
 Multiple Cisco WLCs in different subnetworks
 Transparent to the client
 The session is sustained during connection
to the new AP
 Tunnel between the anchor Cisco WLC and
foreign Cisco WLC along with special
handling of the client traffic by both
controllers allows the client to continue
using the same DHCP or client-assigned IP
address while the session remains active
 Set up via either a symmetric or asymmetric
tunnel

21. Client Roaming Across
Subnetworks

22. Roaming: Tunnels (Symmetric Example)

23. Logiciels additionels
Pour la gestion centralisée

24. Wireless Control System (WCS)
 Couche supplémentaire sur WLC
• Service d’administration et supervision des WLC
 Géolocalisation
 Détection de « Rogues »
 IDS et « containment »
 Création de rapports automatisés
 Gestion des alarmes
 Reporting

25. Outils de management pour points d’accès « Lightweight »
 Cisco Wireless Location Appliance (Serveur de
localisation sans fil)
 Première solution industrielle de localisation permettant de suivre simultanément
plusieurs milliers d’unités au sein même de l’infrastructure de réseau WLAN
 Met à la disposition des applications critiques comme le suivi des actifs de valeur, la
gestion informatique, et la sécurité par secteur, toute la puissance d’une solution
économique à haute résolution
 Utilise les contrôleurs WLAN et les points d’acès « Lightweight » pour localiser des
dispositifs à quelques mètre près
 Installation rapide et intuitive

26. Des nouvelles technologies…
 Pour toujours plus de débit…

27. 802.11n - MIMO
Multiple Inputs Multiple Outputs
MIMO

28. Quel est le besoin ?
Temps estimé pour télécharger une émission TV HD de 30minutes

29. Après le b/g/a… quels sont les challenges à
relever pour transmettre encore plus vite ?
 Le Multipath
 Tout est dans le delta(t)…
 Comment retourner ce défaut en une qualité
?
 L’entropie
 Comment augmenter le débit: codec ou
largeur de bande
 Meilleure qualité de signal
 Plus de puissance ou de combinaison
 Sans sortir des clous de la régulation

30. Repousser les limites: c’est
possible…
 technologies 802.11a, 802.11b et 802.11g:
 largement déployées aujourd'hui
 limitation principale : les débits
 le 802.11n visera à :
 atteindre dans les mêmes conditions des débits
> x 10
 une couverture radio améliorée grâce à une
technique assurant une meilleure
propagation du signal
 802.11n s'appuie largement sur la technologie
MIMO qui met en œuvre plusieurs concepts
importants

31. Conventional (SISO)
Wireless Systems
Conventional “Single Input Single Output” (SISO)
simplicity and low-cost
but some shortcomings:
 Outage occurs if antennas fall into null
 Switching between different antennas can help
 Energy is wasted by sending in all directions
 Can cause additional interference to others
 Sensitive to interference from all directions
 Output power limited by single power amplifier
channel
RadioDSPBits
TX
Radio DSP Bits
RX

32. MIMO
Wireless Systems
Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems with multiple
parallel radios improve the following:
 Outages reduced by using information from multiple antennas
 Transmit power can be increased via multiple power amplifiers
 Higher throughputs possible
 Transmit and receive interference limited by some techniques
channel
Radio
D
S
P
Bits
TX
Radio
Radio
D
S
P
Bits
RX
Radio

33. Il faut de meilleurs résultats… mais
tout en conservant la compatibilité…
802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Maximum Data
Rate
54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps
Modulation OFDM DSSS or CCK DSSS or CCK
or OFDM
DSSS or CCK or
OFDM
RF Band 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz or 5 GHz
Number of
spatial streams
1 1 1 1 to 4
Channel Width 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz or 40 MHz

34. Premiers secrets pour atteindre les objectifs:
OFDM et la réutilisation des canaux
Doubler la largeur des canaux utilisés
Passer de 20 MHz à 40 MHz
Gestion dynamique
802.11n améliore le 802.11a/g
Modulation OFDM améliorée
++code rate & ++bandwidth
65 Mbps

35. Rappel: MultiPath (Chemins multiples )
Phénomène du à la réflexion
Direct Path
Reflected Path
Reflected Path
Wall
Paroie de bureau

36. Transformer un inconvénient en
un avantage ?
 Les ondes radio empruntent différents chemins (on
connait: c’est le multipath…)
 idée de multiplier le nombre d'antennes du récepteur
 pour fournir plusieurs points de vue du signal émis
 Solution précédente: « diversity » déjà exploitée
souvent dans l'unique but de sélectionner l'antenne
qui capte le signal le plus puissant
 moins de point d’ombre/signal nul
 signal reçu décodé avec meilleure fiabilité
 Contrepied
 MIMO va profiter de ce phénomène pour transmettre
des informations différentes sur plusieurs antennes
tout en s'appuyant sur le principe de l'OFDM

37. Maximal
Ratio
Combining
 En réception
 Combinaison des multiples messages reçus
 Message(t)+Message(t+delta(t1)) +Message(t+delta(t2))
 Augmente la sensibilité
 Compatible avec clients MIMO et SISO

38. (Transmit)
Beam
Forming
 En émission
 Emissions volontairement déphasées du même message par de
multiples antennes
 Message(t)+Message(t+delta(t1)) +Message(t+delta(t2))
 qui arriveront en phase sur la destination
 Augmente la puissance globale du faisceau
 Augmente la sensibilité au niveau du récepteur
 Compatible avec clients MIMO et SISO

39. Spatial
Multiplexing
 Emission et réception participent
 Plusieurs antennes transmettent en parallèle
 Augmente le débit
 Clients MIMO uniquement

40. Quand les combinaisons sont
possibles le débit augmente…

41. Dates clés
 AP-1250 de Cisco
IOS 12.4 Août 2007
Draft 2.0
spec. moved
to Letter
Ballot
Letter Ballot passes
Jan
2007
Mar Jun
WFA
begins draft
2.0 inter-op
Draft 2.0 products
available in the
market
Aug Sep
2008
IEEE
802.11n
standard
ratified
Ratified 802.11n
products available
(assumes no major
changes in
standard)
Oct Oct
2010
2 years into a 4 year
laptop refresh cycle
(50% of users have
802.11n)

42. 802.11 WLAN Standards
802.11b 802.11a 802.11g 802.11n
Standard Approved Sept. 1999 Sept. 1999
June
2003
?
Available Bandwidth 83.5 MHz 580 MHz 83.5 MHz
83.5/580
MHz
Frequency Band of Operation 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 2.4/5 GHz
# Non-Overlapping Channels
(US)
3 24 3 3/24
Data Rate per Channel 1 – 11 Mbps 6 – 54 Mbps 1 – 54 Mbps
1 – 600
Mbps
Modulation Type DSSS, CCK OFDM
DSSS, CCK,
OFDM
DSSS, CCK,
OFDM,
MIMO

43. 802.11ac
A new Eldorado for Higher
throughputs ???
stephane.frati@unice.fr

44. 802.11 Protocol Generation Time Line

45. 802.11ac: a new Wifi Eldorado ???
 5 Ghz only for new features
 VHT (very high throughput): new physical layer
only in 5Ghz
 HT (from 802.11n) was also available in 2,4Ghz
 Enhancements of 802.11
 3 streams
 Wider channels: max 80 Mhz channel
 256 QAM modulation
 …
 to reach 1300Mbps (theoritically speaking)
 Does not mean 1300Mb of data /s because of
wifi specific overhead

46. Channels: always wider…
Modulation/Coding: always more too…
 802.11n: 20 and 40 Mhz’
large channels thanks to
channel bonding
 802.11ac:
 80Mhz’ large
 Carrefully planned
 Still OFDM
 QAM modulation/
constellation scheme
improved
 But needs « strongest »
signal to achieve 256
in largest channels…
 What about roaming and
maintaining 256 QAM ?...
 What about walls attenuation ?
 What about coexistance and
protection mechanisms ?
PHY Aggregation
Max Bytes
(Layer 2)
Max Bytes
(Layer 1)
11b N
(fragmentation often used)
2,304 ~2,336
11a/g N 2,304 ~2,336
11n Y 7,935 65,535
11ac Y 11,454 1,048,575

47. From old BPSK to 256-QAM
 Efficiency gain from
modulation does not
increase linearly
 Requires 802.11ac AP and
client
 higher SNR needed
 works much better near the AP

48. Evolution of WiFi channel width
Side effects: partial spectrum sharing
between wideband and narrowband
channels
40MHz channel
20MHz
40MHz
20MHz
160MHz channel
80MHz

49. 5Ghz channels availability
40MHz
40MHz
40MHz
40MHz
5.25
GHz
5.35
GHz
5.470
GHz
5.725
GHz
5.825
GHz
5.15
GHz
UNII-1 UNII-2
DFS
UNII-3UNII-2e DFS
o24 non-overlapping 20 MHz channels
o11 non-overlapping 40 MHz channels
oOnly 4 non-DFS channels for bonding
oCreates channel planning problems similar to 2.4 GHz
o5 GHz isn’t a panacea, RF management is still king
149
153
157
161
36
40
44
48
NON-DFSCHANNELS

50. Up to 8ss (spatial streams)
8x8:8 (MIMO) 8x8:8 (MIMO)
Nota: Short range for 4+ streams…

51. « Back to lower rates… »
Bluetooth vs 802.11
 Similitudes
 Technologies sans fil
 ISM 2.4 Ghz
 Accès LAN Ethernet
 Différences
 Débits
 Porté de fonctionnement
 Techniques de modulation
 Nombre d’utilisateurs
 Sécurité
 Complémentaires

52. Introduction
Bluetooth
TM
Camille Diou
Docteur en microélectronique
LABORATOIRE INTERFACES
CAPTEURS & MICROÉLECTRONIQUE
UNIVERSITÉ
DE METZ

53. Introduction : contexte
 Standard de liaison radio faible portée
 Motivations : remplacement de toute la
connectique nécessaire à l’interconnexion de
matériels électroniques fixes ou portables
 Possibilité d’accéder à des réseaux locaux
(LANs) ou de réaliser des picoréseaux
(piconets)
 Objectifs :
 Faible consommation
 Faible coût
 Interopérabilité totale sans intervention de
l’utilisateur

54. Introduction : histoire
 Introduit par Ericsson en 1994
 Harald Blaatand «Bluetooth» II,
roi du Danemark de 940 à 981
Sa pierre tombale indiquait :
 Harald a christianisé la
Scandinavie
 Harald a contrôlé le
Danemark et la Norvège
 Harald pensait que les
ordinateurs portables et les
téléphones mobiles devaient
communiquer sans fils

55. Introduction : challenges
 Utilisation d’une bande de fréquences libres
d’utilisation et universelle
 Dispositifs mobiles : nécessité de s’adapter
aux environnement changeant rapidement
 Implantation la plus petite possible : embarqué
 Puissance consommée : une faible fraction du
dispositif hôte
 Établissement de la communication
automatique
 Synchronisation des horloges

56. Introduction : spécifications
 Bande ISM (Industrial, Scientific &
Medical) :  2,4 GHz
 Les spécifications Bluetooth
comprennent :
 La spécification des protocoles matériels et
logiciels
 Des profiles d’utilisation et des contraintes
d’interopérabilité

57. Introduction : spécifications
 Opère dans la bande 2.4 GHz à un débit de
données maximal de 1 Mb/s (v1)
 Étalement de spectre par saut de fréquence
(Frequency Hopping Spread Spectrum) :
divise la bande en n canaux (2.402 - 2.480
GHz = 79 canaux)
 Changement de canal de façon pseudo-
aléatoire, déterminée par le maître
 8 périphériques par piconet (1 maître et 7
esclaves)
 Piconets combinés en scatternets

58. Avantages du Frequency-
hopping
 Opère dans un
environnement radio
bruité
 Rend le lien robuste:
 Évite les interférences
avec les autres
signaux en sautant sur
une nouvelle
fréquence après avoir
émis ou reçu un
paquet
 Paquets courts et
sauts de fréquences
rapides limitent
l’impact des fours
micro-ondes et autres
sources…

59. Usage : casques sans fils
 Bénéfices pour l’utilisateur :
 Accès à des périphériques multiples
 Téléphones sans fils
 Opérations mains-libres

60. Usage : synchronisation
 Bénéfices pour l’utilisateur :
 Synchronisation de proximité
 Maintenance aisée des bases de données
 Base de données d’informations commune

61. Usage : points d’accès données
 Bénéfices pour l’utilisateur :
 Plus de connecteurs
 Accès Internet aisé
 Partage de connexion

62. Architecture: Réseau Bluetooth (Piconet)
master
slave5
slave1
Piconet
slave3
slave2
slave4
slave7
slave6
parked
slave
parked
slave
parked
slave
parked
slave
 Ensemble de
périphériques
connectés de
manière ad-hoc
 Une unité se
comporte en
maître, les autres
en esclaves, pour la
durée de la
connexion piconet
 Chaque piconet a
un unique
motif/ID de saut

63. Architecture : piconet
 Toplogie en étoile
 Maître
 définit l’horloge et le saut de
fréquence
 administre le piconet (polling)
 peut connecter jusqu’à 7 esclaves
simultanément ou 250 esclaves
inactifs (parqués)
 Canaux logiques
 Asynchronous, packet oriented donc
connection-less (ACL)
 Synchronous, connection-oriented -
SCO (voice, slot reservation)
M
SS
S
SB
P
P
M=Master
S=Slave
P=Parked
SB=Standby

64. Architecture : scatternet
 Liaison de piconets co-
localisés partageant des
périphériques maîtres ou
esclaves
 Un périphérique peut être
à la fois maître et esclave
 Système haute capacité :
chaque piconet a une
capacité maximale (720
kbps)
M
M
SS
S
S
P
SB
SB
P
P
M=Master
S=Slave
P=Parked
SB=Standby

65. Architecture « stack bluetooth »
Application Framework
& Support
RF
BB
LMP
HCL
L2CAP
Autres TCS RFCOMM
Data
SDP
Applications
Audio
Host Controller Layer
Radio
Bande de base
Link Manager Protocol
Logical Link Control &
Application Protocol

66. Architecture : couche radio
 Opère dans la bande 2,4 GHz
 Communication en étalement de spectre
 Saut de fréquence : frequency hopping
 79 canaux espacés de 1MHz:
2402 + k MHz et k=0,1,…,78
 1600 changements/s :
hop slot de 625 μs
 Sauts rapides : nombreux réseaux coexistants
 Faible taille de paquets : bande bruitée, taux
d’erreur élevé
 En-têtes des paquets protégés : correction d’erreur
RF
BB
LMP
HCL
L2CAP
AutresTCSRFCOMM
Data
SDP
Applications
Audio

67. Architecture : couche radio
 Voix et données simultanément:
 432 Kbps (full duplex), 721/56 Kbps
(asymmetric) ou
 3 canaux de voix simultanés en full duplex par
piconet (CVSD @ 64 Kbps) ou
 une combinaison de voix et de données
 Trois classes de composants:
 Class 1 – 20 dBm (100 mW) – Power control required
 Class 2 – 4 dBm (2.5 mW) – Power control required
 Class 3 – 0 dBm ( 1 mW)
RF

68. Architecture :
bande de base
 Contrôle la couche radio
 Fournit les séquences de sauts de
fréquence
 Gère le cryptage bas niveau
RF
BB
LMP
HCL
L2CAP
AutresTCSRFCOMM
Data
SDP
Applications
Audio

69. Architecture : bande de base
 SCO : Synchronous Connection Oriented
 Used primarily for voice
 Time bounded symmetric connection
 Use reserved, non-polled transmission slots
 ACL : Asynchronous Connectionless
 Used primarily for packet data
 Both symmetric and asymmetric
 Master controls the link
 Broadcast messages supported (address 0)
BB

70. Architecture :
couche application
 Les applications accèdent à la couche
L2CAP directement ou à travers un
protocole tel RFCOMM, TCS ou SDP
 Modèles d’utilisation :
 Téléphone trois-en-un : un seul combiné fonctionne
comme intercom, téléphone, ou mobile selon les
services disponibles
 L’attaché-case : liaison portable / téléphone
 Synchronisation automatique
 Casques sans-fils
 Kits mains libre pour véhicule
 Domotique, partage de données lors de réunions,
alarmes, systèmes de sécurité, accès réseau en zones
publiques
RF
BB
LMP
HCL
L2CAP
AutresTCSRFCOMM
Data
SDP
Applications
Audio

71. Profiles
 Les profiles permettent
l’interoperabilité entre des matériels
de différents fabricants pour des
services spécifiques et cas
d’utilisations
 Un profile :
 Définit un ensemble de messages et de
procédures
 Donne une description complète de la
communication entre deux éléments

72. Les profiles Bluetooth
 Il existe 13 profiles Bluetooth initiaux correspondant
à autant de fonctions possibles dans une connexion :
 K1 : GAP Generic Access Profile
 K2 : SDAP Service Discovery Application Profile
 K3 : CTP Cordless Telephony Profile
 K4 : IP Intercom Profile
 K5 : SPP Serial Port Profile
 K6 : HS Headset Profile
 K7 : DNP Dial-up Networking Profile
 K8 : FP Fax Profile
 K9 : LAP LAN (Local Area Network) Access Profile
 K10 : GOEP Generic Object Exchange Profile
 K11 : OPP Object Push Profile
 K12 : FTP File Transfer Profile
 K13 : SP Synchronization Profile
 Aux profiles précédents on peut ajouter d’autres profiles
en phase de développement ….

73. INQUIRY PAGING CONNEXION
Etablissement de la connexion

74. A
 But:
Découverte des
éléments inconnus
 Contenu des
réponses:
 Device Address
 Class of Device
Inquiry

75. B
slave B
master A
slave C
slave D
Paging
 But:
Etablir la
connexion
 Pratiqué
indépendem-
ment pour
chaque élément
 l’élément qui fait
le Paging devient
le maître

76. Service Discovery Protocol
 Protocole de découverte des services
 L’environnement Bluetooth change rapidement
 Les services disponibles doivent être découverts
 SDP : moyen pour les applications de découvrir les
services disponibles ainsi que leurs caractéristiques
 Les périphériques proposant un service exécutent un
serveur SDP, les périphériques recherchant un service
exécute un client SDP
 Un client peut demander à parcourir la liste des classes de
services disponibles, ou chercher une classe de services
particulière.

77. Sécurité
 3 modes de sécurité proposés (déployés ou non dans
les équipements à la discrétion des fabricants) :
 mode de sécurité 1 : non sécurisé
permet à un appareil d'offrir ses services à tous dispositifs
à portée.
 mode de sécurité 2 : sécurisé au niveau applicatif
permet de sécuriser de façon logicielle le dispositif en
paramétrant les profiles
 mode de sécurité 3 : sécurisé au niveau de la liaison
intervient sur la couche de liaison et permet d'établir une
connexion avec authentification et chiffrement au moyen
d'une clé

78. Sécurité
 Réseau sans fil : accessible à tous
 Les communications doivent être cryptées
 L’accès aux périphériques doit être restreint aux dispositifs
autorisés
 Ces deux fonctions sont prises en charge par la bande de base,
l’application pouvant crypter elle-même les données pour
augmenter la sécurité
 4 valeurs sont utilisées :
 L’adresse du dispositif, publique
 Une clef d’authentification sur 128 bits, privée
 Une clef de cryptage configurable de 8 à 128 bits, privée
 Un nombre aléatoire
 La procédure nécessite de connaître un code PIN pour pouvoir
accéder à un périphérique

79. Sécurité
 Principale étapes de la procédure
 Une clef d’initialisation est générée à l’aide du code
PIN, de la longueur du code PIN, d’un nombre aléatoire
et de l’adresse du périphérique
 Une procédure d’authentification est engagée par le
vérifieur en utilisant une technique de réponse à un
challenge :
 Un nombre aléatoire est envoyé par le vérifieur
 À partir de ce nombre, de la clef d’initialisation, et de
l’adresse, le demandeur peut générer une réponse
connue par le point d’accès
 Cette réponse est renvoyée et vérifiée par le vérifieur
 Le demandeur peut initier une procédure
d’authentification du vérifieur équivalente

80. Pairing & Authentication
Pairing
 Access to both devices
 Manual input of security
code ("PIN")
 No need to store or
remember
 Based on stored
keys
 No user intervention
Authentication

81. …
 On April 21, 2010, the Bluetooth SIG
completed the Bluetooth Core
Specification version 4.0, which
includes Classic Bluetooth, Bluetooth
high speed and Bluetooth low energy
protocols. Bluetooth high speed is
based on Wi-Fi, and Classic Bluetooth
consists of legacy Bluetooth protocols

82. Zigbee
Le wireless pour gérer votre maison…
ZigBee est un protocole permettant la
communication de petites radios, à consommation
réduite, basée sur la norme IEEE 802.15.4 pour les
réseaux à dimension personnelle (Wireless Personal
Area Networks : WPANs).

83. Historique & Positionnement
 Low Power – Wireless Personal Area Network (LP-WPAN)
 réseau sans fil
 à bas débit (max. 250kbits/s)
 à courte portée (< quelques centaines de mètres )
 utilisant les ondes hertziennes
 pour transporter des messages entre deux ou plusieurs
entités réseaux
 1998: v0.1 présentée
 2000: v0.2
 2001: soumission à l’IEEE  la ZigBee Alliance est créée
 2003:  norme IEEE 802.15.4 (niveau 2: physique et liaison)
 Sur laquelle repose le protocole ZigBee
 relations similaires entre le standard
 IEEE 802.15.4 et ZigBee Alliance
 IEEE 802.11 et la Wifi Alliance

84. Comparatif face
à Bluetooth ou au Wifi
 ZigBee est optimisé pour une faible utilisation du
médium hertzien partagé
 occupera le médium pendant quelques millisecondes
en émission
 attendra éventuellement une réponse ou un
acquittement
 puis se mettra en veille pendant une longue période
 très faible consommation énergétique
 mode de fonctionnement « doze » ( somnolence)
 Consommation de 100 µW tout en permettant de
passer en mode opérationnel en très peu de temps
(300 µs), contrairement à d’autres WPAN comme
Bluetooth par exemple
 Des nœuds ZigBee embarquées peuvent dès lors être
alimentées pendant plusieurs mois par des piles
classiques

85. Comparatif zigbee, bluetooth et WiFi
Protocole Zigbee Bluetooth Wi-Fi
Bande de
fréquence
2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz
IEEE 802.15.4 802.15.1 802.11a/b/g
Besoins
mémoire
4-32 K0 > 250 K0 > 1 M0
Autonomie
avec pile
Années Jours Heures
Nombre de
nœuds
> 65 000 7 32
Vitesse de
transfert
250 Kb/s 1 Mb/s 11-54-108 Mb/s
Portée 100 m 10-100 m 300 m

86. Existe-t-il déjà des produits
au standard ZigBee ?
 Les premiers produits (puces radio, piles
protocolaires, modules intégrés, kits de
développement, etc.) sont apparues et
sont disponibles depuis début 2005
 Actuellement, les grands acteurs sur ce
marché sont :
 Freescale, ChipCon, One-RF technologie, TI,
ember, ATMEL, Microchip…

87. 94
What is ZigBee Alliance?
 An organization with a mission to
define reliable, cost effective, low-
power, wirelessly networked,
monitoring and control products
based on an open global standard
 Alliance provides interoperability,
certification testing, and branding

88. 95
ZigBee/802.15.4 architecture
PHY Layer
MAC Layer
Network & Security
Application Framework
Applications
802.15.4
ZigBee
Specification
Hardware
ZigBee stack
Application

89. Un réseau ZigBee, comment ça
marche ?
 Jusqu’à trois types d’objets dans
un réseau ZigBee :
 Un/des objet(s) end-device : c’est
un objet simple du réseau qui a sa
propre fonctionnalité (capteur,
actionneur, …)
 Un/des routeur(s) : il est capable, en plus
de gérer sa propre fonctionnalité, de
relayer un message reçu à un autre objet,
si ce dernier est trop loin pour être
directement contacté par l’émetteur
 Il peut y avoir aucun ou plusieurs routeurs
dans le réseau

90. Un réseau ZigBee, comment ça
marche ?
 un coordinateur : c’est le chef
d’orchestre du réseau sans qui
rien ne serait possible sur le
réseau
 il ne peut y en avoir qu’un
 il connait tous les objets qui
composent le réseau
 Il est lui aussi un objet du réseau
et a d’ailleurs la fonctionnalité de
routage

91. Lorsqu’un objet est mis sous tension, il
recherche un coordinateur avec lequel il va
s’appairer.

92. Un objet c’est une sorte
de commode, dans
laquelle il peut y avoir
plusieurs dizaines de
tiroirs numérotés (que
ZigBee appelle Subunits).
Dans chaque tiroir se trouvent un ou plusieurs coffrets,
eux aussi, numérotés (que ZigBee appelle Clusters)
Dans chaque coffret, se trouvent des petites cases
numérotées (que ZigBee appelle Attributs).
Chaque case contient une simple valeur : un nombre ou
un texte, une température, un degré d’humidité …

93. De son côté, un profil va définir,
d’abord de manière générale, puis
pour chaque type d’objet référencé,
la liste des clusters qu’un objet peut
ou doit, selon les cas, mettre en
œuvre. Il définit également ce qu’on
est en droit d’attendre d’un objet,
ses fonctionnalités et interactions
avec l’environnement.
La conformité d’un objet avec un profil n’est absolument
pas nécessaire à son fonctionnement, il s’agit juste d’un
gage d’interropérabilité avec des objets ou applications
tiers.

94. 101
Adressage des devices
 A partir de deux devices communicant
entre eux sur le même canal constituent
un WPAN ZigBee
 Un WPAN contient au mois un coordinateur
 Chaque PAN indépendant sélectionnera un
identifiant unique de WPAN
 Chaque device a deux addresses:
 Une 64-bits extended address unique 
communication directe
 Et une 16-bit short address allouée par le
coordinateur du WPAN lors de l’association

95. ZigBee Network Layer Overview
 star, tree, and mesh networks
ZigBee coordinator ZigBee router ZigBee end device
(a) (b) (c)

96. Slide Courtesy of
ZigBee Mesh Networking
Source: http://www.zigbee.org/en/resources/#SlidePresentations

97. Slide Courtesy of
ZigBee Mesh Networking
Source: http://www.zigbee.org/en/resources/#SlidePresentations

98. Slide Courtesy of
ZigBee Mesh Networking
Source: http://www.zigbee.org/en/resources/#SlidePresentations

99. Slide Courtesy of
ZigBee Mesh Networking
Source: http://www.zigbee.org/en/resources/#SlidePresentations

100. Slide Courtesy of
ZigBee Mesh Networking
Source: http://www.zigbee.org/en/resources/#SlidePresentations

101. Source: http://www.zigbee.org/imwp/idms/popups/pop_download.asp?ContentID=7092

102. DECT - GAP
Sans fil spécifique à la téléphonie

103. Que signifie DECT?
 DECT
 "Digital Enhanced Cordless Telecommunication”
 une norme européenne pour les systèmes de
communication numériques sans fils
 Les téléphones DECT offrent une qualité de
transmission vocale excellente

104. Portée, Sécurité
 Les téléphones DECT fonctionnent :
 sur une fréquence de 1,88 à 1,9 GHz
 avec une puissance d’émission de 250 mW
 Leur portée :
 au sein des bâtiments : ~ 40 m
 Si contact visuel  ~300 m
 Sécurité
 mécanismes d’authentification spécifiques à la norme DECT
évitent l’intrusion de téléphones portables non autorisés dans le
réseau radio

105. Quels sont les avantages
supplémentaires de GAP?
 GAP
 “Generic Access Profile”
 interface aérienne normalisée vers les
stations de base DECT
 Permet notament de panacher des
matériels en provenance de différents
constructeurs
 Selon la station de base, on peut
connecter entre 3 et 6 combinés sans
fils supplémentaires

106. Futur
 De nombreux constructeurs (Alcatel,
Aastra, …) proposent des solutions
hybrides DECT-IP apportant le
meilleur des deux mondes

108. WiMax
Le "R-WAN" (Radio Wide Area Network)
vient compléter le R-LAN (Wi-Fi).
frati@nyx.unice.fr

109. Positionnement

110. WiMax - World Interoperability for Microwave
Access
 norme 802.16a
 annoncée comme complémentaire de la norme
Wi-Fi (Intel, Fujitsu et Nokia)
 baptisée WiMAX (World Interoperability for
Microwave Access) par Intel
 développée par le consortium Wimax Forum
 une nouvelle forme de ce qu'on a appelé en
France la "boucle locale radio" (BLR)
 en plaçant une antenne parabolique sur le toit
d'un bâtiment, permet de transmettre par voie
hertzienne de la voix et des données à haut
débit pour l'accès à l'internet et la téléphonie

111. WiMax – en chiffres
 35 fois plus rapide qu'ADSL... et sans fil
 et près de 1,54 fois de plus que la norme
802.11g (54 Mb/s théoriques)
 débit théorique de 70Mb/s (ou 8,75 Mo/s)
sur un rayon de 45 kilomètres
 bande hertzienne comprise entre 10 et 66GHz
 la largeur des canaux retenue pour l'Europe (28
MHz) autorise un débit de 132 Mbit/s
 …

112. WiMax – son utilisation
présentie
 les liaisons fixes de point à point
 Wireless Metropolitan Area Networking (WMAN)
 Wireless backhaul
 gérer directement le "dernier kilomètre“,
souvent qualifié de “Wireless Local Loop”
 permet aussi de couvrir les zones difficiles
d´accès et les “zones blanches”

113. Etude de réalisations

114. Qualité de Service
 Voice capability is extremely important, especially in
underserved international markets. For this reason
the IEEE 802.16a standard includes Quality of
Service features that enable services including voice
and video that require a low-latency network. The
grant/request characteristics of the 802.16 Media
Access Controller (MAC) enables an operator to
simultaneously provide premium guaranteed levels
of service to businesses, such as T1-level service,
and high-volume “best-effort” service to homes,
similar to cable-level service, all within the same base
station service area cell.

115. L’avenir au nomadisme ?
 Initialement : liaisons fixes de point à point
 Roaming (passage automatique d'une antenne à une
autre) : non supporté actuellement mais le Wimax
devrait évoluer vers la mobilité
 IEEE 802.16e : extension du 802.16a
 annonce de “nomadic capabilities”
 Le Wimax devient alors complémentaire du Wi-Fi ou
de la 3G pour les réseaux mobiles.
Après la technologie Centrino adaptée au Wi-Fi, Intel sort
une puce WiMAX (“Rosedale” présentée à l’IDF de San
Francisco en 09/2004)

116. le nouveau standard 802.16-
2004
 Technologie Wimax normalisée en juin
dernier (802.16-2004)
 Mais le spectre radio retenu est une denrée
rare en France : bande de fréquence entre
3,4 et 3,8 GHz
 L'ART va réguler l'attribution des licences
Wimax
 Contrairement à la version précédente
802.16a, 802.16-2004 intègre un premier
niveau de sécurité au niveau des
transmissions. Il utilise l'algorithme de
chiffrement AES.

117. Webographie
 IEEE 802.11n by Haroun Ferhat and David Grégoire
 802.11n: The Future of Wireless Technology by Kevin
Albers
 CWNP Video
 “Adaptive Subcarrier Nulling:
Enabling Partial Spectrum Sharing
in Wireless LANs” - University of Michigan
 http://www.indexel.net/1_20_3546___/WiMAX___
35_fois_plus_rapide_qu_ADSL..._et_sans_fil.htm
 http://reseaucitoyen.be/index.php?WiMax&printabl
e
 http://www.zdnet.fr/actualites/technologie/

118. Bibliographie
 Bluetooth Core Specification, Bluetooth Profiles
Specification, http://www.bluetooth.com/dev/wpapers.asp
 Bluetooth Primer, Aman Kansal
 http://www.bluetooth.com
 http://www.palowireless.com
 http://www.softtooth.com
 http://www.digianswer.com/bluetooth
 http://www.wirelessdevnet.com
 http://www.anywhereyougo.com
 Renaud Bonnet, Les profiles Bluetooth, Décision Micro,
24/12/2002 : http://www.01net.com/article/199493.html
 http://www.certa.ssi.gouv.fr/site/CERTA-2007-INF-
003/#SECTION00042000000000000000

119. Webographie
 Special Interest Group (SIG) :
Ericsson, IBM, Intel, Nokia, et
Toshiba, adopté par 3000
entreprises
 Version 1.1 disponible gratuitement à :
http://www.bluetooth.com
 IEEE 802.15.1 : standardisation des
couches PHY et MAC (liaison physique et
contrôle d’accès)

120. Bibliographie
 http://www.zigbee.org/en/index.asp
 http://enews.techniques-
ingenieur.fr/xg/newsletter/technoflas
h11/electronique-informatique-
telecoms/interview-thierry-val--
zigbee-entre-bluetooth-et-
wifi/195.html?xtor=EPR-10