Réseaux Domestiques & Personnels

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Réseaux Domestiques & Personnels
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IEEE 802.11a,b,g
BlueTooth
HyperLan
DECT
Home Radio Frequency Working Group (HomeRF)
Home Phoneline Network Alliance (HomePNA)
Home-Plug Powerline Alliance (HomePlug)
X10
The Infrared Data Association (IrDA)
Universal Plug and Play
CEBus (Consumer Electronics Bus)
LonWorks
Cable Television Laboratories, Inc.(CableLabs)
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Fabrice Blache & Jack Ballesteros
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Sommaire
• Introduction
–
–
–
–
• RF
Domotique
Les applications
Les medias
Rappel OSI/ Gestion de
réseaux
–
–
–
–
Batibus
EIB
EHS
Echelon
– CeBus
– UPnP
DECT
Bluetooth
802.11x
HyperLan
• IR
• Les réseaux domotiques • Divers Protocoles
–
–
–
–
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• Conclusion
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Domotique
Définition:
• n. f. Mise en œuvre de la robotique, de l'informatique, de
l'intelligence artificielle et des télécommunications pour des
usages domestiques (du latin domus, " maison ", le suffixe tique rattachant ce mot aux technologies avancées, telle
l'informatique).
• Parmi les principales fonctions assurées, on trouve notamment
la gestion technique, l'information et la communication, la
maîtrise du confort et de l'énergie, la sécurité et l'assistance.
Les évolutions en cours visent à intégrer, lors de la construction
des nouvelles habitations, des capteurs et un câblage
permettant le transport de l'énergie électrique, des données, de
la voix et de l'image.
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Applications Classiques
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Surveillance effraction (anti-intrusion)
contrôle d'accès
Simulation de présence
Surveillance de tous les risques majeurs
Gestion du chauffage et de la climatisation
Gestion du délestage et tarification EDF
Gestion de tous les automatismes
Gestion à distance de votre habitation
Retransmission de toutes les alarmes à
distance (télésurveillance)
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Les Médias
• Les médias “fermés”:
– câble: coaxial, Paire torsadées,…
– Fibre optique
• Les médias “ouverts”:
– Courant porteur
– Infra-rouge
– Radio Fréquence
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Les Médias (2)
Type
Média
Coaxial
Fermé TP
Fibre
CPL
Ouvert IR
RF
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Installation
Coût
Portée
Débit
Perturbations




























/ 

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Modèle OSI
• La gestion de réseau n’est pas
définie par les couches OSI.
Elle permet de d’attribuer les
adresses Physiques des points
de communication, ou de
relier logiquement les points
de communications entreeux…
• On distingue 3 type
principaux: easy, system et
Plug & Play
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• Créé en 1989 Merlin Gerin, AIRELEC, EDF…
• Support de communication entre les
éléments de contrôles d’un bâtiment
(chauffage, climatisation, éclairage,
fermeture, intrusion, détection d’incendie,
alarmes…)
• Caractéristiques :
– Débit : 4,8Kbit/s
– Médium : bifilaire (Paire Torsadée)
– Topologie : indifférent
– Nombre d’adresses
: 240
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• Les premières études destinées au développement
du système EIB ont été réalisées en 1987 par
différents fabricants travaillant en collaboration.
• Fondée en 1990, l'association EIBA (European
Installation Bus Association) a pour objectif le
développement et la promotion du système. Son
siège est à Bruxelles.
• Les premiers produits ont été disponibles dès 1992,
date à laquelle les premiers projets ont été réalisés.
• Caractéristiques :
– Médium : bifilaire, Débit : 9,6 bits/s, Topologie : en ligne,
Nombres d’adresses: 64 par lignes sur 12 lignes soit 768
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EIB en l'an 2001:bref aperçu
• plus de 110 entreprises membres de
l'association EIBA
• près de 4 500 groupes de produits certifiés
• environ 11 000 licences ETS vendues
• 15 organisations nationales EIBA
• plus de 70 centres de formation certifiés
• plus de 100 000 projets EIB dans le monde
entier
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About the European Home Systems Specification
The European Home Systems (EHS) Specification defines the way electronic
and electric devices in and around a home can interact and communicate with
each other. Major European white goods, brown goods and telecommunication
industries developed (starting in 1987) and validated EHS specification under
the European programmes EUREKA and ESPRIT. EHS is further developed by
EHSA's Standards Control Committee, involving also major European electrical
utilities and semiconductor companies.
EHS Network Characteristics
The EHS specification - EHS 1.3 - covers several medium types to transport
control data, power and information, all sharing the Logical Link Control (LLC)
sub-layer.
For the moment, mostly supported medium types are Power Line Carrier (230
Vac + data, 2,4 kbps, CSMA/ack, topology free) and Low Speed Twisted Pair
(15 VDC, 48 kbps, CSMA/CA, topology free).
Ehs constitutes a fully integrated control network, built from one or more network
sections, each using a single medium, linked together by means of routers.
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•
Konnex Association is the logical consequence of the merging
between 3 Associations; BCI, EIBA and EHSA into one single
Association.
Konnex Association is founded in May 1999 by 9 companies coming
from at least one of the associations mentioned.
The aim of Konnex Association is to promote its One-Single-Standard
called , which is built upon the technical expertise of the 3 legacy
associations
At the moment Konnex Association represents more than 200 leading
companies world-wide, operating in the field of Electronic Systems for
Home and Building.
These companies coming from different application fields:
– Manufactures of electrical, electronic and HVAC equipment, Manufactures
of White Goods and Home entertainment, Facility management companies,
Energy suppliers, Telecom providers, Service providers Electrical / HVAC
Installers, System integrators and other interested parties
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•
•
En Juillet 2000, Schneider Electric et Thomson annoncèrent leur
décision de créer un partenariat pour développer des produits et
solutions basés sur la Technologie Courants Porteurs.
Finalement, l'accord autour de la société commune Easyplug a été
signé le 12 Mars 2001, bénéficiant de l'expérience de ses deux
partenaires dans l'Electronique Grand Public, la Distribution
Electrique et les Automatismes.
Grâce à cela, Easyplug est aujourd'hui le leader des solutions pour le
home networking . Nous proposons des produits performants et
compétitifs,et/ou des modules de communication sans équivalent sur le
marché.
•
La Division Produits d'Easyplug vise les applications de communication sur les marchés résidentiels et professionnels (réseaux
LAN, systèmes audio et vidéo, accès Internet, TV interactive, domotique, etc.). Le volume de ventes de solutions CPL sur ces
marchés est estimé à plus d'1Milliard d'Euros en 2003/2004. Easyplug a réalisé un CA de 21 M d'Euros en 2001, et prévoit
d'atteindre 200 Millions d'Euros en 2005.
•
La Division Semiconducteurs d'Easyplug représentée sur le marché par sa marque Inari, vise les marchés des
composants de communication sur courants porteurs moyen et bas débit, pour des applications comme l'audio ou la
vidéo numériques, les jeux ou le contrôle d'équipements. La Division Semiconducteurs d'Easyplug prévoit un CA de
1,8 Millions de US$ en 2003, et prévoit d'atteindre 10 Millions d'Euros en 2005.
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LonWorks
LonWorks par la société Echelon est une
plate forme de contrôles qui permet
l’usage mixte sur:
– courants porteur
– la paire torsadée
• LonWorks est un protocole
• Contrôle jusqu’à 32 000 équipements
• Débit 10Mbits/s sur paire torsadée
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Echelon: quelques définitions
• LON abréviation de Local Operating Network.
• LonTalk protocole de communication embarqué dans le
NEURON (firmware).
• LonWorks technologie utilisant le NEURON et les composants
Echelon.
• LNS (LonWorks Network Services) logiciel pour créer,
développer des applications particulières, installer, maintenir et
étendre des réseaux LonWorks.
• LonMaker for Windows un logiciel essentiel pour créer,
installer et étendre des réseaux LonWorks.
• i.LON1000 Un produit fabriqué par Echelon permettant de
router des messages entre équipements LonWorks au moyen
des protocoles TCP/IP.
• LonPoint Modules díentrées/sorties fabriqués par Echelon avec
fonctions intégrées pour capteurs, actionneurs, régulateurs en
local ou à distance.
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DECT
Digital Enhanced Cordless Teleommunications
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•
•
•
Standardisé en 1993 (ETSI)
Utilisé pour la téléphonie sans fil
Débit 128 kbit/s, bande 1880-1900Mhz
Modulation GFSK
Rayon max.des cellules 3 km avec
mobilité max. de 20 Km/h
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DECT
• Service Offert par DECT
– Communications dans des environnements
microcellulaires et picocellulaire (zone urbaines)
– Transfert de la voix –32kbps) et des données
(jusqu’à 11*32kbps) et service à commutation de
paquets en mode non connecté
– Télépoint (radio-paiement dans aéroports et
centres commerciaux)
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DECT couche physique
• 10 Fréquences, bande 1880-1990 Mhz
– chaque fréq. comporte 24 intervalles de temps
• 12 premiers utilisé dans le sens descendant
• 12 suivants utilisé dans le sens montant
– Une trame temporelle dure 10 ms et compte 420 bits
» 32 bits de synchronisation
» 388 bits pour les info. De signalisation et le trafic utilisateur
Trame temporelle
Lien descendant
0
1
11
Synchronisation
32
Lien montant
12
14
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données
388
416.7µs
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DECT couche 2 & 3
• 2 type de niveau 2
– Plan de commande
– Données de l’utilisateur
• Relayage de trames
• Commutation de trames
• Couche 3 très proche du RNIS
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Différents réseaux en RF
• PAN/HAN (Personal Area Network/Home Area Network)
– Portée de quelques mètres autour de l’usager
– Réseaux qui se déplacent avec l’usager mais sans station
relais
– Ex: Bluetooth (1Mbps), IrDA (4 Mbps)
– Normalisation IEEE P802.15
• HAN/LAN
– Réseaux couvrant une localisation fixe par l’utilisation de
stations relais
– Unr portée de 50m à débit max jusqu’à qql centaines de
mètres à débit réduit
– Ex: IEEE 802.11, HyperLan, HomeRF, AirPort, DECT,…
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La réglementation française
pour la bande des 2,4GHz
 A l’intérieur des bâtiments
 Aucune demande d’autorisation
 Bande 2,4465 – 2,4835 GHz, puissance 100 mW
 Bande 2,400 – 2,4835 GHz, puissance 10 mW
 A l’extérieur des bâtiments sur un domaine privée
 Demande d’autorisation obligatoire auprès de
l’ART
 Bande 2,4465 – 2,4835 GHz, puissance 100 mW
 A l’extérieur des bâtiments sur le domaine public
 Utilisation interdite
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Bluetooth
• Lancé en 1994 par Ericsson
• Bluetooth est nom d'une spécification pour une
liaison radio à courte distance de faible puissance et
à faible coût
• Les spécifications de Bluetooth sont ouvertes et
libres de droit
• Bluetooth utilise la bande des 2,4 GHz
• 1 maitre et 7 esclave par PicoNet (10max)
• Les équipements utilisant Bluetooth peuvent
échanger des données à une vitesse qui peut aller
jusqu'à 721Kbs/s et jusqu'à 10 m de distance.
• Bluetooth 2.0 pourra atteindre 10Mo/s
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Les usages courants de
Bluetooth
Synchronisation automatique
Conférence interactive
Envoi d'un message
sur le réseau GSM
Kit main libre pour
voiture
Pont Internet
Envoi de cartes
postales
instantanées
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PC de bureau
sans fil
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Technologies de modulation
• FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum
Méthode de codage découpant les trames envoyées sur des
fréquences différentes avec des sauts de fréquence aléatoires
• DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
Méthode de codage séquentiel, chaque bit est découpé et
redondant en utilisant toute la bande
• OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
L'idée de base de l'OFDM réside dans le fait de répartir un train
binaire haut-débit en une multitude de trains (ou canaux),
lesquels étant modulés à bas-débits. Chacun de ces souscanaux est modulé par une fréquence différente, l'espacement
entre chaque fréquence restant constant. Ces fréquences
constituent une base orthogonale : le spectre du signal OFDM
présente une occupation optimale de la bande allouée.
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Technologies de modulation
(2)
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802.11 a,b,g
• 802.11b normalisé en 1997
• 802.11b promu également sous le label Wi-Fi
(Wireless Fidelity)
• Technologie radio:DSSS(b), OFDM(a,g)
• 100 mètre de portée en extérieur et 50m en
intérieur
IEEE802.11
First Std
1997
2 Mbits/s
2,4 GHz
IEEE802.11b
HR (High rate)
1999
11 Mbits/s
2,4 GHz
IEEE802.11a
2001
54 Mbits/s
5 GHz
Modulation et codage CCK(b), DSSS(b), OFDM(a), FHSS(a)
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802.11
La portée et les débits
Le débit WLAN dépend de
plusieurs facteurs:
• le nombre d’utilisateurs,
• la portée des microcellules,
• les interférences,
• la propagation sur de
multiples chemins
(multipath),
• le support des standards,
• le type de matériel
• les protocoles
supplémentaires, les
règles d'accès.
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Technologie 802.11
Toutes les applications réseau, tous les
systèmes d’exploitation réseaux et
tous les protocoles réseaux, dont
TCP/IP et Novell NetWare,
fonctionneront aussi simplement sur
un réseau 802.11 que sur Ethernet
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La couche physique 802.11
• A l’origine 3 couches
physiques: 2 techniques radio
et une IR.
• Aujourd’hui seule la technique
DSSS à été retenue
• Pour supporter les
environnements plus bruyants
et étendre la portée des
équipements, les WLAN
802.11HR utilisent la variation
dynamique du débit (dynamic
rate shifting)
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La couche de liaison de données
2 sous couches
• Le contrôle de la liaison logique (LLC) est la
même que tous les autres LAN 802.
• La couche MAC est très proche de 802.3
– Détection des collisions impossible
– Utilisation de CSMA/CA -> accusé de réception
systématique
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Architecture 802.11
•
2 types d’équipements
–
–
•
2 modes
–
–
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Une station sans fil en général un PC
Un point d’accès (AP) qui joue le rôle de
pont entre le réseau filaire et le réseau
sans fil
Un mode infrastructure
Mode ad hoc
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Évolutions du 802.11
• 802.11 - Standard d’origine
• 802.11x - Amendements
–
–
–
–
–
–
802.11b - Vitesse de 11 Mbits/s (bande ISM)
802.11a - Vitesse de 54 Mbits/s (bande UN-II)
802.11g - Vitesse de 20 Mbits/s (bande ISM)
802.11e - Qualité de service
802.11i - Amélioration de la sécurité
802.11f - Roaming
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HiperLan 1 et 2
• Standard européen de l’ETSI initié en 1992
(HIgh PErformance Radio LAN)
• Débit max:
– v1: 23,5Mbps dans la bande des 5Ghz
– v2: 35Mbps (54Mbit/s couche physique)
• Portée 100 mètres
• Utilise la couche physique de 802.11 (OFDM)
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HomeRF (Home Radio Frequency)
•
•
•
•
•
Né en 1998 dérivé du standard 802.11
Débit max 1,6 Mbps, bande 2,4GHz
Portée 100m
127 éléments connectables
HomeRF est basé sur DECT pour faire
transiter de la voix sur le réseau et sur
la norme IEEE 802.11b pour la
transmission des données.
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Comparatif RF
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IrDA The Infrared Data Association
•
•
Fondée en 1993
C'est un protocole de transfert de données par
infrarouge
Le protocole IrDA est fait pour le transfert des
données, en utilisant la lumière infrarouge. La
vitesse de transfert requise est élevée et doit être
faite de manière bi-directionnelle et en mode
connecté.
Transmet des données tous azimuts (360°) à 1 ou
2 Mbits/s sur des distances supérieures à 10m
Vitesse
•
•
•
–
–
–
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115 kbits/s en 1994
4 Mbits (IrDA 1.1) en 1995
16 Mbits/s en 1999
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IrDA
OBEX™
IrTran-P
LM-IAS
IrLan IrCom
IrMC
Tiny TP (Tiny Transport Protocol)
MUX - IrLMP (Ir Link Mgmt)
IrLAP (Ir Link Access Protocol)
Async
Serial-IR
Sync
Serial-IR
Sync
4PPM
9600-115.2kb/s
1.152Mb/s
4Mb/s
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Irda
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Home-Plug Powerline Alliance
(HomePlug)
•
•
•
•
Avril 97
Débit 14 Mbit/s
Repose sur un plate-forme Windows
Exploite les câbles électriques
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Home Phoneline Network Alliance
(HomePNA)
• Juin 98
• Utilise le réseau téléphonique
• HomePNA 2.0 autorise 10Mbit/s
• 25 équipements
• Distance max 300 m
• Futur: 50 à
100Mbit/s
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Universal Plug-and-Play
• Développement entamé en 1992
• Réponse de Microsoft à Sun fait en 1999
• Simplifier le tâche des développeurs de
logiciels applicatifs pour les nouveaux
équipements, en automatisant le création des
modules d’interfaces
• UPnP s’appuiera obligatoirement sur
Windows (JINI sur aucun OS en particulier)
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CEBus
• Développée par L’Electronique Industries Association
EIA
• Protocole permettant l’interconnexion et
l’intéropération des produit de la maison
• Utilise un langage de modélisation et de
communication appelé CAL (Common Application
language)
• Cinq supports différents de communication
–
–
–
–
–
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Les courant porteurs
La radio
L’infrarouge
Les paires torsadées
Le câble coaxial
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CEBus
• Un débit minimum de 7 kbits/s peut être
garanti
• Home Plug and Play marque déposée
par CEBus
• HomePnP est indépendant du protocole
de communication
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Cable Television Laboratories,
Inc.(CableLabs)
• Fondée en 1988
• L'objectif de CableLabs est de définir
une interface ouverte pour que
n'importe quelle entreprise puisse
fabriquer des produits et pour
encourager une adoption large et
uniforme dans toute l'industrie.
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CableLabs définit CableHome
• CableHome
– Développe les caractéristiques d'interface nécessaires pour
prolonger les services du câble de haute qualité aux
dispositifs de réseau dans la maison. Rendre les produits
interopérables…
– Un opérateur de câble peut contrôler, diagnostiquer/réparer,
et dispositifs de CableHome établis selon les spécifications
de CableHome
• Autres travaux de CableLabs
– Câble Modem/DOCSIS
• Définit des conditions d'interface pour des modems câblés impliqués dans la
distribution élevée de données de vitesse au-dessus d’un de système de réseaux
de télévision par câble.
– PacketCable, VOD Metadata, SM, OpenCable
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48
Comparatif
norme
état
802.11b (WiFi) approuvée IEEE en 2001
NB AP Portée
35 environ
45m
802.11a (Wifi5) approuvée IEEE en 1999
802.11g
projet de norme IEEE adopté en
nov 2001
Bluetooth
IEEE 802.155.1 approuvé de façon 1 Maitre 10m a
7
100m avec
conditionnele en mars 2002
esclave
s 10
PicoNet
HiperLan2
Standard et prototypes en
développement
HomeRf
IrDA
DECT
HomePNA
HomePlug24/05/2016
X10
un ampli
technologie
organisme
la plupart des WLAN actuels
11 Mbti/s
bande à 2,4 GHz
basé ethernet
54 Mbit/s
bande à 5 GHz
IEEE, WECA (Wireless Ethernet
basé OFDM
Compatibility Alliance)
incompatible 802.11b ou 802.11g
54 Mbit/s
bande à 2,4 GHz
extension de 802.11b (compatibilité
arrière)
cartes et points d'accès 802.11g attendus
début 2003
1 Mbit/s
Bluetooth special interest Group
bande à 2,4 GHz
conçu comme une technologie de
remplacement du câble
54 Mbit/s
bande à 5 GHz
basé OFDM
architecture générique supportant
Ethernet, IEEE 1394, ATM, 3G,
gestion de la QoS par connexion
débit de 20 Mbit/s pour certaines
applications
127 100m
0,8Mo/s, 1,6Mo/s, 5Mo/s et 10Mo/s
2
1m
Asymetrique:9600B/s à 115,2Kb/s
Symetrique: 576 K0/s à 4 Mo/s
Jusqu'à 128 Kbit/s 1,9 Ghz
25 300m
10 Mbis/s Utilise le réseau téléphonique
Eletrique
Fabrice Blache14Mbit/s
& JackRéseau
Ballesteros
16x16
Réseau Eletrique
ETSI, HiperLAN Global Forum
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Encombrement du spectre
24/05/2016
Fabrice Blache & Jack Ballesteros
50
24/05/2016
Fabrice Blache & Jack Ballesteros
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Conclusion et perspectives
• Un partage des rôles
• Evolution vers le Ultra Wide Band
– Très haut débit, très faible portée (pas de
licence), spectre et débit infinis
Le Haut Débit en RF
Ouverture vers Internet via des
passerelles (OSGI,…)
Sécurité…
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Fabrice Blache & Jack Ballesteros
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Sigles et abréviations (1)
• AP: Access Point
• BPSK: Binary Phase Shift
Keying
• BSS: Basic Service Set
• CAL: Common Application
language
• CCK: Complementary Code
Keying
• CRC: Cyclic Redundancy
Check
• CSMA/CA: Carrier Sense
Multiple Access with
Collision Avoidance
24/05/2016
• CSMA/CD: Carrier Sense
Multiple Access with
Collision Detection
• CTS: Clear to Send
• DC: Distribution
Coordination Function
• DHCP :Dynamic Host
Configuration Protocol
• DS: Distribution System
• DSSS: Direct Sequence
Spread Spectrum
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Sigles et abréviations (2)
• ESS: Extended Service Set
• ETSI: European
Telecommunications
Standards Institute
• FCC: Federal
Communications
Commission (USA)
• FHSS: Frequency Hopping
Spread Spectrum
• IBSS: Independent Basic
Service Set
• IEEE: Institute of Electrical
and Electronics Engineers
24/05/2016
• IETF: Internet Engineering
Task Force
• IP: Internet Protocol
• IPSec: Internet Protocol
Security
• ISA:Integrated Services
Architecture
• ISM: Industrial, Scientific,
and Medical
• ISO: International
Organization for
Standardization
• LLC: Logical Link Control
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Sigles et abréviations (3)
• MAC: Media Access Control
• MIB: Management
Information Base
• MKK: Institut d’inspection et
de certification des
équipements radio (Japon)
• NIC: Network Interface Card
• NOS: Système d’exploitation
réseau
• PC: Jonction au point de
coordination
• PCI: Peripheral Component
Interconnect
24/05/2016
• PRNG: Générateur de
nombres pseudo-aléatoires
• QPSK: Quadrature Phase
Shift Keying
• RLR: Réseau Local
Radioélectrique
• RC4: Ron’s Code ou
Rivest’s Cipher
• RTS: Request to Send
• SNMPSimple Network
Management Protocol
• TCP/IP: Transmission
Control Protocol/Internet
Protocol
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Sigles et abréviations (4)
• WECA: Wireless Ethernet Compatibility
Alliance
• WEP: Wired Equivalent Privacy
• WI-FI: Wireless Fidelity
• WLAN: Wireless Local Area Network
• WLANA: Wireless LAN Alliance
• WPAN: Wireless Personal Area Network
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Sources
- 01 Informatique
- www.01net.com
- www.80211-Planet.com
- www.ieee.org  Organisme américain de normalisation des réseaux locaux
( institute of Electrical and Electronics Engineers)
-http://www.guill.net/
-http://www.fing.org/
-http://www.domotique-news.com/fr/
-http://www.x10.com/support/basicx10.htm
-http://www.art-telecom.fr/
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