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Le WiFi
Le Wi-
Qu'est-ce que le Wi-Fi ?
Le Wi-Fi est une technologie qui permet de relier sans fil plusieurs appareils informatiques (ordinateurs, routeur, décodeur Internet, etc...) au sein d'un réseau informatique. Cette technologie est régie par le groupe de normes IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11).
Le nom Wi-Fi
Le terme Wi-Fi est largement connu pour être la contraction de Wireless Fidelity. Le mot Wi-Fi avec un W et un F majuscules, signifie la compatibilité avec les spécifications d'interopérabilité 802.11 de la WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance). Cette technologie est représentée par un logo déposé, que vous voyez ci-dessus.
Introduction
La norme IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11) est un standard international décrivant les caractéristiques d'un réseau local sans fil (WLAN). La marque déposée "Wi-Fi" correspond initialement au nom donné à la certification délivrée par la WECA, organisme ayant pour mission de spécifier l'interopérabilité entre les matériels répondant à la norme 802.11 et de vendre le label "Wi-Fi" aux matériels répondant à leurs spécifications.
Grâce au Wi-Fi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit : de 11 Mbit/s théoriques ou 6 Mbit/s réels en 802.11b à 54 Mbit/s théoriques ou environ 25 Mbit/s réels en 802.11a ou 802.11g et 600 Mbit/s théoriques pour le 802.11n ; sur un rayon de plusieurs dizaines de mètre en intérieur. Dans un environnement ouvert, la portée peut atteindre plusieurs centaines de mètres, voire, dans des conditions optimales, plusieurs dizaines de kilomètres (pour la variante WiMax ou avec des antennes directionnelles).
Ainsi, des fournisseurs d'accès à Internet commencent à irriguer des zones à forte concentration d'utilisateurs (gares, aéroports, hôtels, trains ...) avec des réseaux sans fil connectés à Internet. Ces zones ou points d'accès sont appelés bornes Wi-Fi ou points d'accès Wi-Fi et en anglais "hot spots".
Technique
Disponibilité
Structure (couches du protocole)
Modes de mise en réseau
Les différentes normes Wi-Fi
1. Disponibilité
En pratique, pour un usage informatique d'un réseau Wi-Fi, il est nécessaire de disposer au minimum de deux équipements Wi-Fi, par exemple un ordinateur et un routeur Wi-Fi. L'ordinateur doit être équipé d'une carte Wi-fi, qui contient une antenne et de pilotes qui permettent de faire fonctionner cette carte. Les types, nombres, débit et distances entre les équipements varient en fonction de détails techniques.
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2. Structure (couches du protocole)
La norme 802.11 s'attache à définir les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans fil utilisant des ondes électromagnétiques, c'est-à-dire :
la couche physique (notée parfois couche PHY) proposant trois types de codage de l'information
la couche liaison de données, constituée de deux sous-couches : le contrôle de la liaison logique (Logical Link Control ou LLC) et le contrôle d'accès au support (Media Access Control ou MAC)
La couche physique définit la modulation des ondes radioélectriques et les caractéristiques de la signalisation pour la transmission de données, tandis que la couche liaison de donnée définit l'interface entre le bus de la machine et la couche physique, notamment une méthode d'accès proche de celle utilisée dans le standard Ethernet et les règles de communication entre les différentes stations. La norme 802.11 propose donc en réalité trois couches (une couche physique PHY et deux sous-couches relatives à la couche liaison de donnée du modèle OSI), définissant des modes de transmission alternatifs. Il est possible d’utiliser n’importe quel protocole de transport sur un réseau 802.11 au même titre que sur un réseau Ethernet.
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3. Modes de mise en réseau
a. Le mode Infrastructure
Le mode infrastructure est un mode de fonctionnement qui permet de connecter les ordinateurs équipés d'une carte Wi-Fi entre eux via un ou plusieurs points d'accès qui agissent comme des concentrateurs. Autrefois, ce mode était essentiellement utilisé en entreprise. Dans ce cas la mise en place d'un tel réseau oblige de poser à intervalle régulier des bornes dans la zone qui doit être couverte par le réseau. Les bornes, ainsi que les machines, doivent être configurées avec le même nom de réseau (SSID : Service Set IDentifier) afin de pouvoir communiquer. L'avantage de ce mode, en entreprise, est de garantir un passage obligé par le PA, il est donc possible de vérifier qui accède au réseau. En revanche, le réseau ne peut pas s'agrandir, hormis en posant de nouvelles bornes. Actuellement les FAI, les boutiques spécialisées et les grandes surfaces fournissent aux particuliers des routeurs sans fil qui fonctionnent en mode Infrastructure, tout en étant très faciles à configurer.
b. Le mode Ad Hoc
Le mode Ad Hoc et un mode de fonctionnement qui permet de connecter directement les ordinateurs équipés d'une carte Wi-Fi, sans utiliser un matériel tiers tel qu'un point d'accès. Ce mode est idéal pour interconnecter rapidement des machines entre elles sans matériel supplémentaire. La mise en place d'un tel réseau se borne à configurer les machines en mode Ad Hoc (au lieu du mode Infrastructure), la sélection d'un canal (fréquence), d'un nom de réseau (SSID) communs à tous et si nécessaire d'une clé de cryptage. L'avantage de ce mode est de s'affranchir de matériels tiers, c'est-à-dire de pouvoir fonctionner en l'absence de points d'accès. Des protocoles de routage dynamique rendent envisageable l'utilisation de réseaux maillés autonomes dans lesquels la portée ne se limite pas à ses voisins.
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4. Les différentes normes Wi-Fi
La norme IEEE 802.11 est en réalité la norme initiale offrant des débits de 1 ou 2 Mbit/s. Des révisions ont été apportées à la norme originale afin d'améliorer le débit (c'est le cas des normes 802.11a, 802.11b, 802.11g et 802.11n appelées normes 802.11 physiques) ou de spécifier des détails de sécurité ou d'interopérabilité.
Voici un tableau présentant les différentes révisions de la norme 802.11 et leur signification :
802.11a 802.11b 802.11c 802.11d
802.11e 802.11f 802.11g 802.11h
802.11i 802.11IR 802.11n 802.11s
Norme |
Nom |
Description |
| Wi-Fi 5 |
La norme 802.11a (baptisée Wi-Fi 5) permet d’obtenir un haut débit (dans un rayon de 10 mètres : 54 Mbit/s théoriques, 27 Mbit/s réels). La norme 802.11a spécifie 52 canaux de sous-porteuses radio dans la bande de fréquences des 5 GHz (bande U-NII = Unlicensed - National Information Infrastructure), huit combinaisons, non superposées sont utilisables pour le canal principal. |
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| Wi-Fi |
La norme 802.11b est la norme la plus répandue en base installée actuellement. Elle propose un débit théorique de 11 Mbit/s (6 Mbit/s réels) avec une portée pouvant aller jusqu’à 300 mètres (en théorie) dans un environnement dégagé. La plage de fréquences utilisée est la bande des 2,4 GHz (Bande ISM = Industrial Scientific Medical) avec, en France, 13 canaux radio disponibles dont 3 au maximum non superposés (1 - 6 - 11,1 - 7 - 13, ...). |
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| Pontage 802.11 vers 802.1d |
La norme 802.11c n’a pas d’intérêt pour le grand public. Il s’agit uniquement d’une modification de la norme 802.1d afin de pouvoir établir un pont avec les trames 802.11 (niveau liaison de données). |
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| Internationalisation |
La norme 802.11d est un supplément à la norme 802.11 dont le but est de permettre une utilisation internationale des réseaux locaux 802.11. Elle consiste à permettre aux différents équipements d’échanger des informations sur les plages de fréquences et les puissances autorisées dans le pays d’origine du matériel. |
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| Amélioration de qualité de service |
La norme 802.11e vise à donner des possibilités en matière de qualité de service au niveau de la couche liaison de données. Ainsi, cette norme a pour but de définir les besoins des différents paquets en termes de bande passante et de délai de transmission de manière à permettre, notamment, une meilleure transmission de la voix et de la vidéo. |
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| Itinérance |
La norme 802.11f est une recommandation à l’intention des vendeurs de points d’accès pour une meilleure interopérabilité des produits. |
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| La norme 802.11g est la plus répandue dans le commerce actuellement. Elle offre un haut débit (54 Mbit/s théoriques, 25 Mbit/s réels) sur la bande de fréquences des 2,4 GHz. La norme 802.11g a une compatibilité ascendante avec la norme 802.11b, ce qui signifie que des matériels conformes à la norme 802.11g peuvent fonctionner en 802.11b. Cette aptitude permet aux nouveaux équipements de proposer le 802.11g tout en restant compatibles avec les réseaux existants qui sont souvent encore en 802.11b. Le principe est le même que celui de la norme 802.11a puisqu'on utilise ici 52 canaux de sous-porteuses radio mais cette fois dans la bande de fréquences des 2,4 GHz. Ces sous-porteuses permettent une modulation OFDM autorisant de plus haut débit que les modulations classiques BPSk, QPSK ou QAM utilisé par la norme 802.11g. |
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| La norme 802.11h vise à rapprocher la norme 802.11 du standard Européen (Hiperlan 2, d’où le h de 802.11h) et être en conformité avec la réglementation européenne en matière de fréquences et d’économie d’énergie. |
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| La norme 802.11i a pour but d’améliorer la sécurité des transmissions (gestion et distribution des clés, chiffrement et authentification). Cette norme s’appuie sur l’AES (Advanced Encryption Standard) et propose un chiffrement des communications pour les transmissions utilisant les standards 802.11a, 802.11b et 802.11g. |
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| La norme 802.11IR a été élaborée de manière à utiliser des signaux infrarouges. Cette norme est désormais dépassée techniquement. |
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| La norme 802.11j est à la réglementation japonaise ce que le 802.11h est à la réglementation européenne. |
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| WWiSE (World Wide Spectrum Efficiency) |
La norme 802.11n est disponible depuis le 11 septembre 2009. Le débit théorique atteint les 300 Mbit/s (débit réel de 100 Mbit/s dans un rayon de 100 mètres) grâce aux technologies MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) et OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). En avril2006, des périphériques à la norme 802.11n commencent à apparaître basés sur le Draft 1.0 (brouillon 1.0) ; le Draft 2.0 est sorti en mars 2007, les périphériques basés sur ce brouillon seraient compatibles avec la version finale du standard. Des équipements qualifiés de «pré-N» sont disponibles depuis 2006 : ce sont des équipements qui mettent en œuvre une technique MIMO d'une façon propriétaire, sans rapport avec la norme 802.11n. |
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| Réseau Mesh |
La norme 802.11s est actuellement en cours d’élaboration. Le débit théorique atteint aujourd’hui 10 à 20 Mbit/s. Elle vise à implémenter la mobilité sur les réseaux de type Ad-Hoc. Tout point qui reçoit le signal est capable de le retransmettre. Elle constitue ainsi une toile au-dessus du réseau existant. Un des protocoles utilisé pour mettre en œuvre son routage est OLSR. |
Applications et usages du Wi-Fi
Une telle technologie peut ouvrir les portes à une infinité d'applications pratiques. Elle peut être utilisée avec de l'IPv4 ou IPv6, et permet le développement de nouveaux algorithmes distribués. Cependant, l'accès sans fil à Internet est aujourd'hui l'utilisation la plus courante du Wi-Fi. Cet accès est utilisable de façon fixe, mais parfois également en situation de mobilité (exemple : hotspot disponible dans les trains Thalys). En parallèle des accès classiques de type hotspot, le Wi-Fi peut être utilisé pour la technologie de dernier kilomètre dans les zones rurales, couplé à des technologies de collecte de type satellite, fibre optique, Wimax ou liaison louée.
Des téléphones Wi-Fi (GSM, DECT, PDA) utilisant la technologie VoIP commencent à apparaître.
Les antennes Wi-Fi
a. Antennes omnidirectionnelles
Pour ce type d'antenne existent :
- le dipôle ressemblant à un stylo et qui est l’antenne tige basique (¼ d’onde) la plus rencontrée. Elle est omnidirectionnelle, 0 dB de gain, et est dédiée à la desserte de proximité. Elle équipe aussi la numérique Wi-Fi 2,4 GHz (conforme CE) permettant une PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente) maximale autorisée de 100 mW, 20 dBm (D standard indicatif = 500 m à vue).
- L’antenne colinéaire souvent installée sur le toit. Elle est omnidirectionnelle, son gain, 7 à 15 dBi, est lié à sa dimension verticale pouvant atteindre 2 m.
Ces deux premières descriptions, fonctionnant en polarisation V, peuvent être considérées comme des antennes station d’accueil ou de base puisque compatibles avec un environnement 360°.
b. Antennes directionnelles
- L’antenne panneau peut être intérieurement un réseau d’antenne quad ou d’antenne patch, ou un réseau de dipôles. Le gain commence vers 8(8 × 8pour atteindre 21(45 × 45 × 4,5C’est l’antenne qui présente le meilleur rapport gain/encombrement et aussi le meilleur rendement, qui tourne autour de 85 à 90Au-delà de ce gain maximum, elle n’est plus fabriquée, car surgissent les problèmes de couplage (pertes) entre étages des dipôles et il faudrait en plus envisager le doublement de la surface. Le volume d’une antenne panneau est minimal.
- L’antenne type parabole pleine ou ajourée (grille). Son intérêt d’emploi se situe dans la recherche du gain obtenu à partir d’un diamètre théorique d’approche suivant :
18 dBi = 46 cm ; 19 dBi = 52 cm ; 20 dBi = 58cm ; 21 dBi = 65 cm ; 22 dBi = 73 cm ; 23 dBi = 82 cm ; 24 dBi = 92 cm ; 25 dBi = 103 cm ; 26 dBi = 115 cm ; 27 dBi = 130 cm ; 28 dBi = 145 cm ; 29 dBi = 163 cm ; 30 dBi = 183 cm.
Le rendement de la parabole est moyen, 45~55%. Le volume de l’antenne, qui tient compte de la longueur du bracon, donc de la , est significatif. Une parabole satellite (exemple TPS/CS sans tête 11-12 GHz) est exploitable en Wi-Fi, à condition de prévoir une source adaptée : cornet, patch ou quad mono ou double, etc.
- L’antenne à fentes fournit un diagramme sectoriel.
c. Choix d’antenne
- Les antennes à gain directionnelles ou omnidirectionnelles sont destinées à la «longue portée», possible, quelques kilomètres.
- Les antennes panneaux et paraboliques sont uniquement directionnelles, c’est-à-dire qu’elles favorisent une direction privilégiée (plus ou moins ouverte) au détriment d’autres non souhaitées.
On retient que les antennes panneaux sont souvent préférées (voire préférables) lorsque le bilan de liaison est favorable, mais, dès que le système doit être plus performant, les paraboles deviennent nécessaires. Le point d’équilibre, à 21 dBi se fait avec d’un côté un panneau carré de 45 cm et de l’autre une parabole d = 65 cm.
En conclusion, en directionnel, ou point à point, il est plus intéressant de s’équiper d’abord d’un panneau, puis, si les circonstances l’exigent, d’une parabole.
Les antennes Wi-Fi sont généralement dotées de connecteurs SMA, RP-SMA ou N selon le constructeur. Cependant, les antennes à gain (exprimé en dBi ou en dBd) employées à l’émission (réception libre) doivent respecter la réglementation PIRE (Puissance Isotope Rayonné Equivalente).
