Les réseaux locaux sans fil

Les réseaux informatiques ont été créés pour permettre la communication entre plusieurs systèmes de conceptions et de fabrications pouvant être totalement différents.

Afin d'arriver à ce résultat, plusieurs organismes internationaux ont dû instaurer des règles de communication : les protocoles. Une fois ces protocoles établis, la mise en pratique a été rendue possible.

A l'origine destinés aux entreprises ou administration, les architectures et protocoles réseaux ont connu maintes améliorations et simplifications allant de l'utilisation de la fibre optique pour assurer des débits élevés sur de grandes distances, à la norme RJ45 permettant de simplifier la connexion du réseau.

En ce début de 21ème siècle, les réseaux locaux informatiques connaissent deux évolutions importantes. D'une part, l'utilisation courante du réseau local chez les particuliers, dûe en grande partie à Internet et, d'autre part, l'arrivée en masse des ordinateurs et autres matériels mobiles.

Pour cela il faut trouver une technologie permettant de simplifier le câblage du réseau chez un particulier et de préserver la mobilité des produits portables. Un seul principe permet de concilier les deux, le sans fil.

Toutefois autant la solution peut de prime abord paraître simple, autant elle est complexe à mettre en place pour plusieurs raisons. Il faut tout d'abord développer une technologie proposant le plus d'avantages possibles comme une longue portée, le franchissement d'obstacles (murs) et surtout un prix bas. Une fois cette technologie trouvée, il faut l'adapter aux normes en vigueur sur tous les continents. Ainsi, si plusieurs normes sont d'ores et déjà disponibles et utilisées, aucune d'entre elles n'a réussi à prendre le dessus sur les autres et s'affirmer comme nouveau standard.

L'IrDA, plus communément appelé infrarouge, est actuellement la technologie de transmission sans fil la plus répandue. Malgré un coût très bas, l'IrDA présente deux inconvénients majeurs : un temps de réaction très lent et l'obligation de maintenir l'émetteur dans le faisceau de réception sans obstacle en chemin.

De ce fait, une seule technologie semble faire l'unanimité chez les différents fabricants : la transmission par ondes radio, qui ne possède pas les inconvénients rencontrés avec la transmission infrarouge et dont les coûts de production ne cessent de baisser. Deux normes utilisant la technologie de transmission par ondes radio ont déjà pris un ascendant sur le marché, l'IEEE802.1 et le très médiatique Bluetooth. A côté de ces deux favoris, d'autres normes moins connues, comme le HomeRF ou l'HiperLAN/2, peuvent prétendre à une standardisation future de par leur caractéristiques séduisantes.

Avant de parler plus en détails de ces différentes normes, nous allons aborder les principaux modes de fonctionnement des réseaux sans fil à fréquence radio avec leurs avantages et inconvénients.

Le réseau en mode ad hoc

Le réseau ad hoc est la méthode la plus simple à mettre en oeuvre pour un réseau sans fil. Il est créé par une réunion de stations mobiles ou statiques ne possédant pas d'architecture préexistante. Le routage entre les différents points du réseaux est donc dynamique.

Si cette utilisation a le mérite d'être facile et de gagner en mobilité, chaque point du réseau (appelé aussi noeud) ne peut échanger de données avec un autre que si ils sont à portée de réception l'un de l'autre. On peut prendre comme exemple de réseau ad hoc, deux utilisateurs de PDA s'échangeant des données par infrarouge.

Dans le cas, plus compliqué, où une machine voudrait communiquer avec une autre se trouvant hors de portée, chaque noeud du réseau peut alors servir de routeur. Dans l'exemple ci-dessous, la machine A dont la portée est schématisée par le cercle bleu, veut communiquer avec la machine C se trouvant hors de son champ de réception. Pour aboutir, la connexion réseau va donc utiliser la machine B se trouvant à la fois à portée de réception des machines A et C.


Ce principe de fonctionnement pose toutefois des problèmes de routage qu'un groupe de l'IETF (IP MANET Mobile Ad hoc NETwork) essaie de résoudre en évaluant plusieurs protocoles afin de parvenir à une standardisation. Ces protocoles agissent de deux manières différentes, il y a les protocoles proactifs, et les protocoles réactifs.

Les protocoles proactifs permettent de stocker toutes les routes identifiées dans une table de routage transmise à tous les systèmes du réseau. Le principal avantage est que les routes sont immédiatement disponibles mais le trafic généré pour le contrôle et la mise à jour de la table de routage peut être important et partiellement inutile.

Les protocoles réactifs ne créent pas de table de routage et réagissent à la demande en diffusion de requêtes, le trafic de contrôle est donc supprimé mais le coût en bande passante est important et la mise en place des routes nécessitent un délai avant chaque ouverture.

Aussi séduisants soient-ils, les réseaux ad hoc présentent comme inconvénients majeurs : l'absence d'isolation des liens, des propagations versatiles et des zones d'interférences étendues.

Le réseau en mode cellulaire

Les réseaux locaux utilisant une architecture cellulaire sont contrôlés par des stations de base appelées point d'accès, gérant l'ensemble des communications au sein d'une même zone géographique. C'est le même principe de fonctionnement que les téléphones GSM.

Les réseaux de petite dimension pourront se contenter d'une seule cellule tandis que les grandes installations en comprendront plusieurs. Les points d'accès de chaque cellule étant interconnectés par un système de distribution (backbone) en Ethernet ou même sans fil. La circulation d'un système (par exemple ordinateur portable) d'une cellule à une autre est rendue possible grâce au roaming qui permet de ne pas fermer la connexion, la transition sera dans ce cas opérée entre la transmission de deux paquets.


Le principal avantage de l'utilisation du réseau cellulaire et d'utiliser un minimum de fréquences, la même fréquence pouvant être utilisée par plusieurs systèmes à condition qu'ils soient chacun dans une cellule différente.

Demain nous aborderons les principales normes utilisées par les fabricants pour les réseaux sans fil.Dans cette deuxième partie de notre dossier sur les réseaux sans fil, nous allons passer en revue les principales technologies utilisées par les fabricants et ayant le plus de chance de s'imposer et nous terminerons par un tour d'horizon des autres technologies disponibles.

Le Bluetooth

L'origine du nom Bluetooth vient du roi Harald Blaatand, un danois qui vécu de 910 à 986, et qui avait réussi à unifier les royaumes du Danemark, de la Norvège et des Vikings. Blaatand signifiant dent bleue.
Norme définie par l'IEEE 802.15.1 et dont le groupe d'intérêt est le SIG (Bluetooth Special Interest Group), le Bluetooth a pour objectif d'unir l'ensemble des constructeurs autour de cette norme sans fil. Le SIG a été initié par le suédois Ericsson, très vite rejoint par, entre autres, , , Intel, Microsoft, Nokia, Toshiba...

L'ensemble de la technologie Bluetooth est intégré dans une puce qui coûte dans les environs de 20$, Intel envisageant une rapide baisse de ce prix à 5$. Cette baisse des tarifs étant nécessaire pour imposer la technologie auprès des fabricants de produits finaux pour ensuite imposer la norme auprès du consommateur.

La norme Bluetooth 1.0 s'appuie sur une transmission radio utilisant la bande de fréquence 2,45GHz. Son principe de fonctionnement est en mode point to multipoint, c'est-à-dire qu'un système maître peut communiquer avec plusieurs systèmes esclaves contrairement aux transmissions infrarouges qui ne permettent que la transmission de point à point. L'avantage pour la téléphonie mobile et les PDA se fait tout de suite ressentir.
Les systèmes d'un réseau Bluetooth sont regroupées en sous réseaux appelés picoréseaux. Dans chaque picoréseau un système maître peut accueillir jusqu'à 7 systèmes esclaves soit un maximum de 8 appareils actifs. Ce réseau peut être agrandi en faisant communiquer jusqu'à 10 picoréseaux soit 72 systèmes actifs.
Ceux d'entre vous qui ont suivi me demanderont pourquoi 72 systèmes et non 80 ?
Tout simplement car dans chaque picoréseau, un appareil devra être à la fois maître de son picoréseau et esclave d'un autre afin d'assurer la liaison entre les picoréseaux.

Le débit autorisé par la norme Bluetooth est de 1 Mbps, cette vitesse variant suivant le protocole. Dans le cas d'un échange bidirectionnel des données (liaison synchrone) le transfert des données théorique s'effectuera à 432 Kbps dans les deux sens tandis que lors d'une liaison asynchrone, le débit théorique sera de 720 Kbps dans un sens et de 57,6 Kbps dans l'autre. A savoir que le débit effectif est toujours bien en deçà du débit théorique.
Ces limitations ne permettent pas une utilisation pour les réseaux de PC à PC. Toutefois elle sera très utile dans le transfert de fichiers à partir d'un PDA ou bien de tout périphériques vers un téléphone portable pour transférer un fichier via Internet. Sony possède déjà à son catalogue un Caméscope Numérique utilisant la transmission Bluetooth pour transmettre des fichiers vidéos sur Internet à l'aide de son téléphone portable et Hewlett-Packard de son côté propose une imprimante utilisant également la technologie Bluetooth permettant par exemple d'imprimer une photo directement depuis son appareil photo numérique sans connexion filaire.
Outre son débit limité, l'autre inconvénient de cette technologie est sa portée. Si la portée théorique affichée par les constructeurs est de 50 mètres, la portée effective n'est en réalité que de 10 mètres, limitant donc bien son utilisation dans des micro réseaux. Cette portée peut être étendue à 100 mètres si le signal est amplifiée, mais cette opération augmentant sensiblement le coût final.
Mais le Bluetooth peut provoquer également d'autres inconvénients bien plus embêtants. En effet il peut arriver que deux appareils produits par des fabricants différents ne puissent communiquer entre eux. Ce problème d'incompatibilité sera cependant résolu avec la norme Bluetooth 1.1 avec une mise à jour du firmware obligatoire pour les appareils en version 1.0 ou 1.0b.

La norme Bluetooth 2 encore en cours de développement devrait résoudre une grande partie de ces inconvénients puisque cette technologie permettra un transfert théorique de 10 Mbps avec une portée de 100 mètres.

Côté sécurité, l'encodage se fait à l'aide d'une clef 128 bits et la puce Bluetooth change de fréquence environ 1600 fois par seconde sur une plage contenant 79 fréquences espacées de 1 MHz.

L'IEEE 802.11

L'IEEE 802.11 est une norme finalisée en 1998. L'IEEE 802.11b, créée en 1999 est également appelée Wi-Fi. C'est la déclinaison la plus utilisée actuellement dans le milieu informatique.

Comme la technologie Bluetooth, l'IEEE 802.11b utilise la technologie radio dans une gamme de fréquence de 2,4GHz par contre la portée théorique est de 100 mètres en extérieur (50 mètres en intérieur) ce qui est représente déjà un avantage conséquent par rapport au Bluetooth.

Un réseau IEEE 802.11b fonctionne aussi bien en mode cellulaire où chaque cellule est contrôlée par un point d'accès qu'en mode ad hoc où les stations communiquent entre elles sans point d'accès. Son architecture est donc bien adaptée à l'utilisation pour un réseau local de petite ou grande envergure, raison pour laquelle la plupart des constructeurs proposent toute une gamme de produits réseaux allant de la carte réseau PCI au routeur utilisant cette norme. Son succès commercial dans les réseaux d'entreprise outre-atlantique a permis une baisse assez sensible des composants et donc une ouverture au marché grand public. L'intégration des pilotes IEEE 802.11b dans Windows XP tend d'ailleurs à imposer cette norme comme le standard du réseau local sans fil.

L'un des points qui pourrait permettre à l'IEEE 802.11b de s'imposer est son débit de 11Mbps égal à celui d'un réseau de type Ethernet, sans parler de l'IEEE 802.11a avec son débit de 54 Mbps dont la disponibilité prévue pour mi-2002 vient d'être repoussée en Europe pour des raisons de plages de fréquence ne respectant pas les normes en vigueur sur notre continent.

Sur le plan de la sécurité, l'IEEE 802.11b évolue de la même manière que le Bluetooth sur une plage de 79 fréquences. Son principal défaut qui était sa clé de codage en 40 bits vient d'être contourné par avec son système Airport utilisant en sus du 40 bits, une clé de codage en 128 bits. Ce protocole de sécurité développé par le comité de 802.11 s'appelle le WEP (Wired Equivalent Privacy). Il s'agit plus précisément d'un algorythme générant des nombres pseudos aléatoires initialisé par une clé secrète dont chaque station connectée au réseau devra se servir pour s'authentifier.

Si l'on prend en compte tous les avantages proposés par la norme IEEE 802.11b qui sont la facilité de mise en oeuvre, la portée et le débit, on est en droit de penser que nous sommes là en possession de l'avenir du réseau local. Toutefois, le coût élevé de mise en place d'un réseau utilisant cette norme dans un milieu familial reste très élevé puisque que l'équipement de deux postes en réseau ad hoc coûte aujourd'hui 2000 Francs en moyennes soit 10 fois plus qu'un équipement en réseau Ethernet. Seul cet inconvénient pourrait ralentir l'implantation des réseaux IEEE 802.11b chez les particuliers.

HomeRF et HiperLAN/2

A côté de ses deux ténors qui pourraient bien s'imposer, il existe plusieurs technologies aux caractéristiques forts séduisantes mais ne faisant pas l'objet d'autant de tapage médiatique.

La première d'entre elles développée par Proxim, le HomeRF 2.0, concurrence directement les technologies Bluetooth et Wi-Fi. Cette technologie, dérivée des normes 802.11 et DECT (Digital European Cordless Telephone), utilise les fréquences de 2,4GHz et permet de relier sans fil toute la communication domestique par ondes, reliant ainsi les PC, portables, notebooks, téléphones sans fil à la norme DECT afin qu'ils puissent communiquer entre eux. A terme, le HomeRF devrait réunir dans un même réseau les ordinateurs, connexion Internet ainsi que les appareils audio/vidéo et permettre également les transmissions vocales. Sa bande passante est de 10Mbps (contre 1,6Mbps pour le HomeRF 1.0) pour une portée de 50 mètres.
Cette norme séduisante au premier abord pose cependant de graves problèmes d'interopérabilité et de failles de sécurité. Le retrait d'Intel du groupe de soutien du HomeRF et surtout la dégringolade des prix sur les produits IEEE802.11b risquent de tuer cette technologie dans l'oeuf.

De son côté l'HiperLAN 2 (HIgh Performance Radio LAN 2.0) est une norme de réseau sans fil basée sur une transmission radio à 5GHz et proposant une vitesse de transfert de 54Mbps. Il se pose donc comme le concurrent principal du tout nouveau IEEE802.11a. Son principe de fonctionnement est de type cellulaire et chaque station est donc rattachée à un point d'accès. Le mode ad hoc est encore en cours de développement.
Cette technologie est soutenue par l'H2GF (Hyperlan 2 Global Forum) qui comprend des compagnies telles que Bosch, , Ericsson, Nokia, Telia, Texas Instrument, Canon, ou encore Samsung.
Si cette technologie pourrait bien bénéficier des déboires de l'IEEE 802.11a en Europe à cause des interférences avec les transmissions satellitaires, les administrations françaises et britanniques lui préfèreraient l'IEEE 802.11h et donc pourrait bien compromettre ses chances.

Conclusion

Les seules certitudes que nous pouvons avoir sur les normes sans fil sont que seuls le Bluetooth et l'IEEE 802.11b semblent en mesure de s'imposer, le premier pour les appareils mobiles sans architecture réseau et le second pour les réseaux locaux.
Par contre en ce qui concerne les réseaux sans fil haut débit permettant de transférer des fichiers vidéos, on est encore dans le flou. L'IEEE 802.11a et l'Hiperlan/2 n'ont pas la faveur des instances européennes et l'IEEE 802.11h est encore loin d'être opérationnel. Il y a donc encore du pain sur la planche pour ces trois protagonistes.
Reste maintenant à espérer que les prix des produits réseaux sans fil baissent encore sensiblement afin que l'on puisse tous profiter des joies de ces technologies attrayantes.