Les standards concurrents du WIFI

V . STANDARDS CONCURRENTS

A . DETAIL NORMES CONCURENTES AU WIFI

1 . HOME RF

Generalités :
Lancé en Mars 1998 le Home Radio Frequency Working Group (HomeRF WG) composé de Compaq, HP, IBM, Intel et Microsoft, a développé un protocole SWAP (Shared Wireless Access Protocol) permettant le transport de la voix et des données grâce à une technique sans fil à usage domestique, pour un débit de 1,6 Mbits/s à 20 Mbits/s. Un réseau SWAP fonctionne avec trois types d'unités, un point de contrôle, une unité pour la voix (mode isochrone), une unité pour les données (mode asynchrone). Le protocole SWAP travaille aussi bien en mode peer to peer pour les échanges de données qu'en mode client serveur pour le transfert de la voix.
Les réseaux Home RF sont sécurisés par un algorithme de sécurité à clés de 58 bits.
Couche 2 :
La couche MAC utilise un protocole TDMA (Time Division Multiple Access), protocole à multiplexage temporel, pour le transport de la voix et un protocole CSMA /CA (Carrier Sense Multiple Acces/ Collision Avoidance) pour les données.
Couche 1 :
Home RF fonctionne dans la bande des 2,4 GHz en utilisant une technologie à saut de fréquences (FHSS Frequency Hope Spread Spectrum, à 50 sauts/s).

Conclusion :
Cette norme ne s'est jamais implantée en Europe, et l'apparition de 802.11b n'a fait qu'accentuer son déclin.

2 . HIPERLAN

·HIPERLAN 1

L'ETSI a développé HiperLan 1 (1996) et HiperLan 2 (1999), pour concurrencer la norme américaine 802.11. Cette norme fonctionne dans la bande de fréquence des 5,15-5,30 GHz et possède un débit de 23,5 Mbits/s pour une portée moyenne d'environ 50 mètres pour les équipements les plus puissants. L'architecture d' HiperLan 1 est de type décentralisé, il n'y a pas de notion de point d'accès, par contre un nœud peut fonctionner en pont. Caractéristiques principales d'HiperLan1 :

-Un système d'accès multiple doté de priorités appelé EY-NPMA (Elimination Yield-Non Preemptive Multiple Access). Mélange de détection de porteuse de type CSMA et de signalement actif de priorité permettant de gérer cinq niveaux de priorité. Il consiste à scruter les canaux par ordre de priorité jusqu'à trouver un canal libre pour émettre. Le niveau 2 du modèle OSI est divisée en deux sous-couches, la sous-couche CAC (Channel Access Control) qui correspond à la partie physique de la technique d'accès (gestion des problèmes liés au canal hertzien ainsi que toute la transmission et réception) et la sous-couche MAC qui correspond à la partie logique, soit la mise en forme de la trame, le routage interne, les algorithmes de confidentialité, la gestion de priorité (QoS) et l'insertion et le retrait des stations.

-Une technique de relayage de trames permettant d'étendre un réseau local dont l'extension dépasse la portée radio. Pour cela la norme distingue deux types de nœud ; des nœuds relais (forwaders) permettant de recevoir des paquets (qui ne leurs sont pas destinés) pour les relayer vers une destination finale ; et des nœuds simples (non forwaders). Pour cela la trame possède une paire d'adresse MAC traditionnelles mais aussi une autre paire, désignant les nœuds intermédiaires et faisant partie de l'encapsulation CAC (Channel Access Control).
Cette technique se base sur un algorithme permettant de construire automatiquement la topologie du réseau. L'architecture de ce réseau se développe à travers des trames de type " Hello ", permettant à un nœud de connaître son voisinage proche, et des trames de contrôle de topologie, sorte de table de routage, diffusées sur tout le réseau.

·HIPERLAN 2

Fondé en 1999 par différentes sociétés (Bosch, Dell, Ericsson…) l'H2GF (Hiperlan 2 Global Forum) soutient le projet HiperLan 2.
Cette norme est en concurrence directe avec 802.11a, elle fonctionne sur la bande des 5GHz en modulation OFDM (voir norme 802.11) avec un débit de 54Mbits/s. Son architecture est de type centralisé avec un mode appelé réseau d'accès ressemblant au mode infrastructure Wi-Fi, où chaque terminal se rattache à un point d'accès. Et une architecture de type Ad-Hoc mais où une station appelée Central Controler (CC) devient le point d'accès.

Par-dessus cette architecture Hiperlan2 fonctionne suivant deux modes :
-mode centralisé : tous les paquets passent par le point d'accès.
-mode direct : deux terminaux peuvent communiquer directement sans passer par un PA ou un CC.

Fonctionnalités :
-Haut débit : la couche physique peut transmettre et recevoir des données à 54 Mbits/s grâce à la modulation OFMD.

-Mode orienté connexion : avant chaque envoi, une connexion est établie entre les stations et l'AP (point d'accès). Les communications point-à-point sont bidirectionnelles et les communications point-à-multipoint sont unidirectionnelles. Un canal de broadcast permet de joindre toutes les stations en même temps.

-QoS : du fait que les communications sont en mode connectée, la QoS est facilement implémentable. La QoS et le haut débit offrent la possibilité de faire transiter tous types de données, de la vidéo aux données.

-Allocation automatique de fréquence : les canaux radio utilisés sont automatiquement choisis par le point d'accès en fonction des interférences dans l'environnement et des fréquences utilisées par les autres cellules radio qui l'entourent.

-Sécurité : la norme supporte l'authentification et le chiffrement des données.

-Mobilité : le terminal reçoit ces données du point d'accès le mieux situé par rapport à lui, c'est-à-dire dont le signal radio est le plus intelligible. Le changement de cellule (roaming) se fait automatiquement.
-Indépendance vis-à-vis du réseau : la pile de protocole Hiperlan 2 est flexible et s'adapte facilement à tout type de réseaux et d'applications.

- Economie de batterie : la norme définit des états de puissance minimale et un mode veille.

L'architecture générale est composée de trois couches :
· CL : Convergence Layer (couche de convergence). Elle permet d'interfacer différents types de réseaux classiques (à cellules types ATM ; à paquets type Ethernet, TCP/IP ; ou UMTS) en adaptant des services demandés par les couches hautes aux services proposés par la couche DLC.
· DLC : Data Link Control (couche contrôle liaison de données): une première sous-couche est divisée en deux parties.
-RLC (Radio Link Control) : protocole gérant tous les aspects de contrôle des connexions aux travers de trois sous groupes. ACF gère les associations et désassociations ainsi que le chiffrement ; RRC permet la sélection automatique des fréquences et de la meilleure puissance et gère le handover ; DCC s'occupe du contrôle des connexions.
-EC (contrôle d'erreurs) : permet de contrôler les données et ainsi d'augmenter la fiabilité de la connexion.

Conclusion :
Malgré une conception élaborée et des fonctionnalités supérieures au Wi-fi les normes HiperLan ne sont pas commercialisées. La norme HiperLan 1 ne dépassera pas le stade de prototype. Quant à HiperLan 2, sa conception est en concurrence directe avec 802.11a et a peu de chance de se développer un jour.

3 . BLUETOOTH

La norme Bluetooth a été mise en place par le groupe de travail, Bluetooth SIG (Special Interest Group). Formé au départ de grands constructeurs informatiques comme Nokia, Ericsson, IBM ou Intel, il s'est élargi aujourd'hui à plus de 2500 sociétés. En parallèle l'institut américain IEEE produit des spécifications et des développements de la norme Bluetooth à travers un groupe de travail : l'IEEE 802.15. Ce groupe est divisé en quatre groupes distincts : 802.15.1 (fait le lien entre Bluetooth et 802) ; 802.15.2 (coexistence entre WPAN et WLAN) ; 802.15.3 (WPAN haut débit =20 Mbits/s) ; 802.15.4 (WPAN a bas débit =200 Kbits/s).
Cette norme n'est pas, a proprement parlé, en concurrence avec le wifi, car elle ne vise que des réseaux à courte portée de type WPAN avec des débits moyens et à bas coût. Cette technologie fonctionne sur la bande ISM des 2,4 GHz avec une technique de saut de fréquence rapide (FHSS Frequency Hope Spread Spectrum, que je décrirais plus loin, à 1600 sauts/s) et une modulation de phase GFSK.

Remarque : le nombre de canaux est limité à 23 en France, Espagne et Japon, au lieu de 79 comme aux Etats-Unis (en cas de problème de compatibilité il faut mettre le dispositif français en maître par rapport à l'américain).

La norme définit trois classes d'appareils en fonction de la puissance d'émission :
Classe de puissance Puissance de sortie maximum Portée Contrôle de la puissance
1 100mW (20dBm) 100 m* Obligatoire entre 4 dBm et Pmax
2** 2.5mW (4dBm) Non Définie Optionnel
3 1 mW (0dBm) 10 m * Optionnel
* il faut savoir que ces distances sont des distances mesurées en champ libre c'est à dire sans obstacle entre l'émetteur et le récepteur. En espace perturbé (par des murs par exemple), les portées sont plus faibles (100m devient environ 30 à 40 mètres et 10 m peut devenir 4m).
** cette classe est très peu, voir pas du tout, utilisée pour l'instant.

Architecture
L'architecture est de type centralisée : une cellule élémentaire Bluetooth comporte plus de huit nœuds, avec une station maître et des stations esclaves. La station maître distribuant les droits d'accès à ses stations esclaves. Deux types d'architecture ont été définis : piconet et scatternet.
· Piconet : l'architecture la plus simple, un nœud maître peut gérer sept nœuds esclaves (8 unités au maximum,3 communications phonie au maximum,7 communications de données au maximum). Toutes les communications passent par la station maître et se font avec la même séquence de sauts de fréquence.
· Scatternet : architecture permettant l'association de plusieurs piconets.Une station esclave peut être associée à deux piconets, de même qu'un nœud esclave peut devenir nœud maître d'un autre piconet.
Fonctionnement
Ces piconets sont établis dynamiquement et automatiquement alors que les dispositifs de Bluetooth entrent et quittent la zone de portée radio, les utilisateurs n'ayant pas à se soucier de contingences matérielles.La transmission se fait sur un schéma prédécoupé ou " slotté ", chaque time slot a une durée de 625µs. Le maître transmettra sur des time slots égaux, commençant au début du time slot, et l'esclave répondant sur les time slot impaires. C'est ainsi que le " full duplex " est réalisé par Bluetooth. Chaque paquet est transmis sur un saut de fréquences. Ceci signifie que la fréquence restera la même pour chaque paquet. En regardant de plus près, les 1600 saut seconde, signifie effectivement que chaque " hop " est en activité pour 625 µs (1/1600). Par contre, si le paquet est trop grand, la transmission peut s'étendre sur une durée maximum de cinq slots. Ceci pour empêcher la perte d'information du paquet en changeant de fréquence.
Un équipement Bluetooth fonctionne en mode émission et réception alternée, ou TDD (Time Division Duplex). Le maître dirige les esclaves par un polling.

Types de communications :
Au sein d'un piconet il peut coexister plusieurs types de communications :

·Canal de données asynchrone de deux types :
-un lien symétrique de 432.6Kbits/s
-un lien asymétrique d'un débit maximum de 721 kb/s dans n'importe quel sens avec un débit de 57.6 kb/s pour la voie retour.

·Canal de phonies synchrones et simultanées :
-un lien de 64Kbit/s synchrone.

·un lien comportant simultanément des données asynchrones et de la phonie synchrone.

Types de liens :

·SCO (Synchronous Connection Oriented) : utilisé pour une communication en mode circuit, avec des propriétés de QOS (Quality Of Service) et pour les réservations de slots à intervalles réguliers.


·ACL (Asynchronous Connection Less): utilisé pour une communication asynchrone. La liaison ACL est envoyée entre les slots assignés pour les données SCO. Ceci permet au maître de communiquer avec n'importe quel dispositif pendant ce temps. Le maître emploie alors une liaison en commutation de paquets pour communiquer avec tous les dispositifs dans le piconet.

Paquets :

Code d'accès72 bits En-tête54 bits Données0-2745 bits

Code d'accès : permet la synchronisation entre les composants Bluetooth.

En-tête :
@MAC3 bits Type4 bits Flux1 bit DT*1 bit SN**1 bit HEC (Head Error Control)8 bits
*DT:demande de transmission
**SN:sequence number
Type : indique le type de paquets, il existe 16 types de paquets définis dans trois groupes : paquets de contrôle ; paquets de données asynchrones, DM (Data Medium), DH (Data High) ; paquets de données synchrones, DV (Data Voice), HV (High quality Voice).

Conclusion :
Bluetooth et wifi ne sont pas en concurrence directe. Ces deux technologies ont en fait des utilisations vraiment différentes et pourraient toutes les deux apporter quelque chose au marché du sans fil. Le seul obstacle principal est qu'elles fonctionnent dans la même bande de fréquence. Les interférences se produisent quand Bluetooth et 802.11 transmettent en même temps. Bluetooth n'utilisant pas de détection de porteuse, ceci cause une destruction des bits d'informations (collisions), nécessitant au système de retransmettre les paquets entiers de données. Le bluetooth SIG et le groupe de travail 802.15 se chargent de définir des solutions (plutôt soft que matérielles) pour faire coexister ces deux technologies. D'autres parts l'avenir de Bluetooth dans son créneau " faible débit, courte portée " ne semble plus aussi assuré. De nouveaux constructeurs développent des technologies concurrentes :

4 . 802.15.3

Ce nouveau standard de l'IEEE publié en Août 2003 par le groupe de travail 802.15, a été conçu pour le transfert de fichier audio ou vidéo nécessitant des hauts débits. Ce standard définit un débit de 55Mbits/s sur une portée de 100 mètres, diffusé sur la fréquence des 2,4GHz et garantit sans interférences avec les normes de types 802.11x, 802.15x et Bluetooth.
De plus il inclut le protocole TDMA permettant de gérer des connexions simultanées et l'algorithme de cryptage AES pour un niveau de sécurité élevé.

5 . 802.15.3a (UWB: Ultra Wide Band)

Dernière norme en cours de préparation tirée d'une technologie militaire utilisée dans le domaine des radars GPR (Ground Penetring Radar) capables de détecter des éléments au travers de toutes sortes de matières (eau, terre, béton...). Contrairement à la technologie sans fil classique qui envoie un signal sur une largeur de bande étroite, l'UWB envoie des millions de signaux courts de faible puissance sur un spectre de fréquences ultralarge. Les principaux avantages sont : débit très importants (110 à 480 Mbits/s), une faible consommation, pas de contrainte de topologie (les ondes traversent les murs), difficultés d'interception des ondes (temps de transmission court et changement de fréquences).
Par contre, comme UWB utilise un spectre très large de fréquences, les organismes de réglementation craignent une perturbation des canaux de communication existants. Aux Etats- Unis, après trois ans de test, la FCC a donné son accord pour la vente de systèmes UWB pour certaines applications dont la transmission sans fil à l'intérieur des bâtiments.
De nombreux constructeurs voient dans cette technologie, le remplaçant à toutes les autres.