Wireless Personal Area network

Wireless
Personal
Area
Network
Elaboré par:
Lemniai Abdelhak
Chibar Zakaria
Chabrouk Ayoub
Belhaou Khalid
Karaoui Mohamed
Encadré par:
Pr Mrabti
PLAN
• Introduction au réseau PAN
1. Bleutooth
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Définition et applications
Topologie
Communication BT
Limitations de BT
2. Zigbee
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Définition et historique
avantages et inconvénients
Architecture
Domaines d’application
3. UWB
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Introduction au UWB
Caractéristiques
Modulation et démodulation
Applications
Limitations de UWB
Conclusion
Introduction WPAN
• Un réseau personnel sans fil (ou wireless Personal Area
Network, WPAN) désigne un type de réseau informatique
restreint en terme d'équipements, généralement mis en œuvre
dans un espace d'une dizaine de mètres. D'autres appellations
pour ce type de réseau sont: réseau domestique ou réseau
individuel.
• L’objet du WPAN est de simplifier les connexions entre les
appareils électroniques en supprimant des liaisons filaires
• Ce type de réseau comporte les trois technologies suivants :
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•
•
•
Bleutooth
Zigbee
UWB (Ultra wide bande).
IR (infrarouge)
Bleutooth
Bleutooth
• Bluetooth est un standard de communication permettant l'échange
bidirectionnel de données à très courte distance et utilisant des ondes radio
situés en ISM 2,4 GHz band.
• Cette technologie a été créé en 1994.
• Il a été normalisé par l’IEEE est nommé norme 802.15
• Il adapte plusieurs révision :
• IEEE 802.15.1 définit le standard Bluetooth 1.x permettant d'obtenir un débit de 1 Mbit/sec
;
• IEEE 802.15.2 propose des recommandations pour l'utilisation de la bande de fréquence 2.4
GHz (fréquence utilisée également par le WiFi). Ce standard n'est toutefois pas encore
validé ;
• IEEE 802.15.3 est un standard en cours de développement visant à proposer du haut débit
(20 Mbit/s) avec la technologie Bluetooth ;
• IEEE 802.15.4 est un standard en cours de développement pour des applications Bluetooth
à bas débit.
Architecture du réseau BT
Réseau piconet :
• Un pico-réseau est un mini-réseau qui se crée de manière
instantanée et automatique quand plusieurs périphériques
Bluetooth sont dans un même rayon. Un picoréseau est
organisé selon une topologie en étoile : il y a un ‘maître’ et
plusieurs ‘esclaves’.
Architecture du réseau BT
• Un périphérique « maître » peut administrer jusqu'à 7
esclaves
• La communication est directe entre le « maître » et un
« esclave ». Les « esclaves » ne peuvent pas communiquer
entre eux.
Architecture du réseau BT
• Les périphériques « esclaves » peuvent avoir plusieurs
« maîtres » : les différents piconets peuvent donc être
reliés entre eux. Le réseau ainsi formé est appelé
un scatternet (littéralement « réseau dispersé »).
La communication Bluetooth
• Modèle OSI adapté au Bluetooth .
• Nous allons intéressé a la couche physique du
Bluetooth
La communication Bluetooth
• Type de modulation :
• GFSK : gaussien Frequency shift keying.
• Communique dans la bande ISM 2,4GHz
• Il occupe 83,5 MHz organisé sur 79 canaux et chaque canal a un spectre de 1 MHz
La communication Bluetooth
• Une modulation par saut de fréquence.
Les deux entités se mettent d’accord sur le rythme de saut de fréquence (les canaux).
Applications
Dans la technologie Bluetooth on trouve trois grands classe
• 1er classe : désigné au équipements de haut niveau comme le Point d’accès
Bluetooth avec
• Porté de 100m
• Puissance : 20dBm (100mW)
Pour relier des terminaux utilisent
le BT
Applications
• 2 éme Classe : pour les ordinateur et téléphone portable avec :
• porté : 10m.
• Puissance : 4 dBm.
Applications
• 3eme Calasse : pour les équipements a faible puissance comme les souries
d’ordinateur avec :
• Porté : 1m
• Puissance : 0dBw(1mW)
Les limitations de bluetooth
Même le Bluetooth est facile a utilisé et il a plusieurs application
mais il est limités par les contraintes suivant :
• Le débit est faible
• La porté est moyen voir faible souvent.
• Si on a plusieurs utilisateur BT dans la même zone on peut avoir des collusions lors de la demande de
connexion au maitre est ça due au saut de fréquence.
Zigbee
Petite histoire
En 1998, le protocole ZigBee nait comme base d'inspiration la technologie
Bluetooth, En 2003, la norme IEEE 802.15.4 est annoncé.
ZigBee: Zig comme zigzag,Bee comme abeille
Chaque objet émet un ensemble d’information à un objet proche ……
qui le transfert à son tour à un objet proche jusqu’au l’objet final,
Définition
Le protocole Zigbee est un protocole de haut niveau basé sur la norme IEEE 802.15.4
et conçu par la ZigBee Alliance .
Le protocole 802.15.4 utilisé par ZigBee définit 3 bandes de fréquences utilisables :
Avantages/incovénients
Avantages:
Son autonomie importante,
sa faible consommation
et son faible coût
 Ses principaux atouts pour l'utilisation en monde embarqué
Inconvénients :
la vitesse de transfert limitée (quatre fois inférieure à celle du Bluetooth).
la portée (inférieure à celle du wifi).
Les deux points noirs de la technologie Zigbee
Topologie réseau
Le protocole ZigBee, lui, peut utiliser ces trois topologies réseau :
on parle de réseau
• en étoile (Star) ou centralisé,
• en arbre (Cluster Tree Mesh) ou décentralisé,
• maillé (Traditional Mesh) ou distribué
Topologie réseau
 PAN Coordinator ( Maître) : un seul coordinateur existe au sein d'un réseau ZigBee.
Son role est de stocker l'information sur le réseau et de déterminer le chemin optimal
entre deux p oints du réseau
 FFD(Routeur, Répéteur): ce noeud transmet l'information entre les diférents noeuds.
Il peut être un routeur ou un répéteur.
 RFD(Terminal): ce noeud correspond au terminal en périphérie du réseau ayant la
possibilité de communiquer avec son noeud-parent
Modèle en couche de Zigbee
 Physique (PHY) : fréquence radio de l'émetteur-récepteur
(2.4GHz, 868MHz ou 915 MHz) et mécanisme de contrôle
de bas niveau
 Liaison (MAC): accès au canal physique par l'intermédiaire
de l'adresse MAC
 Réseau (NWK): reconnaissance automatique du réseau
ZigBee et création des connexions entre les noeuds du
réseau
 Application (APL) : 3 sous-couches
• Support applicatif (APS):
définition de la trame des paquets de données,
gestion de la sécurité et maintenance des tables de
routage.
• Environnement applicatif (AF):
fourniture de la sémantique (type et format)
de KVP MSG
• Périphérique ZigBee (ZDO):
découverte de systèmes et services et gestion
du routage, de la sécurité et du noeud
Le protocole AODV
Le protocole ZigBee s'appuie sur le protocole de routage AODV. Il établira
un chemin vers une destination en s'appuyant seulement sur la demande de la source. En
d'autres termes, la route créée est maintenue tant qu'une activité est présente ; dans le cas
contraire, le réseau reste silencieux et la route n'est plus maintenue. ce type de routage
permet une économie d'énergie importante.
Comme les équipements ZigBee restent silencieux 97% du temps, le réseau devient actif
seulement lorsqu'un équipement envoie une requête à l'ensemble des noeuds. Le relai de
cette requête entre les diérents noeuds crée alors une explosion de routes possibles depuis
le noeud demandeur. De toutes ces routes, le protocole de routage AODV détermine le
chemin optimal en fonction de l'identiant de la dernière requête pour utiliser le dernier
chemin utilisé.
Comparaison entre les technologies
Domaines d’applications
Exemple d’application :
La gestion d’énergie avec ZigBee
U W B
Ultra
Wide
Bande
Introduction au UWB
Connue depuis 30 ans et souvent associée à la technologie des radars,
Elle permet des échanges à haut débit à courte distance dans une large gamme de
fréquences avec des niveaux de puissance très réduits. Son domaine d’emploi reste à
préciser.
Caractéristiques
Débit moyen (1 Mbps obligatoire, jusque 100Mbps jusqu’à 2Gbps
(IEEE 802.15.4a))
Transmission sur de courtes distances (<30m)
Précision en localisation : élevée (<50cm)
Consommation : faible (30mW)
Bonne résistance aux multi-trajets
Des coûts faible à élevé sont possibles.
Bandes d’exploitation
Au Japon, les fréquences de l’UWB ne sont pas définies. Aux Etats-Unis, la
FCC a réservé des bandes de fréquences entre 3,1 et 10,6 GHz pour l’usage des
équipements UWB. Par contre en Europe, la puissance est limitée et les fréquences
sont réduites à la bande comprise entre 6 et 10 GHz.
Modulations et démodulation
Il s’agit d’impulsions très courtes en monobande (centaines de picoseconde) ou plus
longues (2,5 nanosecondes) en multibandes à porteuse unique en multibandes à porteuses multiples.
Ces impulsions sont émises au rythme d’un à 100 millions de fois par seconde, les rythmes faibles
étant réservés aux radars et à l’imagerie alors que les rythmes élevés (1 à 2 milliards par seconde) sont
ceux des systèmes de communications à haut débit (pour des Gbit/s à courte distance). Les
informations peuvent aussi moduler la polarité des impulsions, ou moduler des impulsions de façon
orthogonale, etc. La technologie UWB permet de détecter le temps de parcours direct des
informations entre émetteurs et récepteurs, ce qui permet d’ajuster les paramètres de transmission
en vue d’obtenir la meilleure synchronisation possible et de réduire le plus possible l’effet des
interférences.
En UWB, l’émission des signaux utiles est effectuée à un niveau inférieur au niveau de
bruit radioélectrique ambiant (- 41 dB/MHz), ce qui limite la portée à une dizaine de mètres et
présente l’avantage de ne pas recevoir de signaux multiples réfléchis par les obstacles de propagation
rencontrés.
Applications
• Systèmes d'imagerie radar : Cette catégorie comprend les systèmes d'imagerie par radar à pénétration
du sol, d'imagerie de l'intérieur des murs et à travers les murs, d'imagerie médicale, d'imagerie pour la
construction et, les réparations à domicile, d'imagerie pour l'exploitation minière et d'imagerie de
surveillance. Le signal UWB peut pénétrer dans le sol ou pénétrer dans un mur et même le traverser
pour permettre de détecter ce qu'il cache. Il permet aussi de mesurer les distances avec précision. Le
même principe s'applique pour le corps humain. Par conséquent, les principaux utilisateurs des
systèmes appartenant à cette catégorie seraient des spécialistes dans les domaines de l'application de
la loi, de la recherche et du sauvetage, de la construction et de l'exploitation minière, ainsi que de la
géologie et de la médecine. Les systèmes d'imagerie radar sont exploités à des intervalles espacés et
on prévoit qu'ils n'auront qu'une faible prolifération, étant donné la nature de leur utilisation. Ces
systèmes auraient un créneau de marché à distribution limitée.
• Systèmes radar de véhicule : Cette catégorie comprend les radars d'avertissement de collision, les
systèmes améliorés d'activation des coussins gonflables, les capteurs de perturbation de champ, etc.
Les systèmes radar de véhicule peuvent déterminer la distance entre des objets et un véhicule, ou ils
peuvent être intégrés au système de navigation du véhicule. Certains dispositifs radar de véhicule
installés sur des voitures de luxe ont fait leur apparition dans des salons de l'automobile. Si
l'installation de ces dispositifs devenait obligatoire sur tous les véhicules, on pourrait s'attendre à la
prolifération des systèmes radar de véhicule. Les systèmes de cette catégorie sont surtout utilisés par
des personnes en déplacement et à l'extérieur, ce qui pourrait accroître le risque de brouillage d'autres
services.
• Systèmes de communication : Cette catégorie comprend les systèmes de communication à courte
distance, notamment les réseaux personnels sans fil et les systèmes de mesure. On prévoit que cette
catégorie présentera la plus grande prolifération en raison de possibilité d'utilisation massive des
dispositifs UWB dans les immeubles à bureaux, les salles de réunion et de conférence et les endroits
publics (p. ex. aéroports, centres commerciaux).
Limitations
L'introduction des systèmes de radiocommunication UWB suscite des préoccupations ayant trait
notamment aux aspects suivants :
• Détermination des fréquences appropriées : les émissions UWB couvrent une très large bande de
fréquences. Une des difficultés consiste à trouver des fréquences appropriées et une façon
d'introduire les applications UWB sans causer de brouillage préjudiciable aux systèmes de
radiocommunication autorisés.
• Répercussion globale : Même si la plupart des systèmes UWB fonctionnaient à très faible puissance,
les nombreuses applications UWB potentielles pourraient mener à une utilisation massive dans
certains milieux. On se préoccupe au sujet de la prolifération potentielle des systèmes UWB et de leur
répercussion globale sur le bruit de fond radioélectrique (RF) et sur les services de
radiocommunication
• Sensibilité des systèmes UWB au brouillage : Les systèmes UWB sont exploités à des niveaux de
puissance très faibles et ils comprennent des filtres d'entrée à large bande. En raison des puissances
d'émission relativement élevées des systèmes de radiocommunication classiques, l'exploitation de
certaines applications UWB pourrait être impossible.
Conclusion
les trois technologies :
Bleutooth
Zigbee
UWB (Ultra wide bande).
que nous avons traité constituent un réseau personnel sans fil ou
WPAN qui désigne un type de réseau informatique restreint en terme
d'équipements, généralement mis en œuvre dans un espace en
maximum d'une dizaine de mètres. Dont l’objet est de simplifier les
connexions entre les appareils électroniques en supprimant des liaisons
filaires, mais ça reste encore limlité en nombre d’utilisations et aussi en
distance de manipulation; pour cela nous allons voir un autre type de
réseaux qui sont WLAN.
Alors qui ce qu'on entend par les réseaux:
WLAN