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Réseaux Sans Fil et Mobiles SRIV

Réseaux locaux sans fil

WiFi

Isabelle Guérin Lassous Isabelle.Guerin-Lassous@ens-lyon.fr

http://perso.ens-lyon.fr/isabelle.guerin-lassous

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WiFi avancé

•  Aller plus loin que la 1ère présentation de F. Dupont sur le niveau 2

•  IEEE 802.11-2012 –  Dernier standard

•  2793 pages...

–  Reprend la dernière révision du standard de 2007

–  Intègre de nouveaux amendements •  k/r/y/w/n/p/z/v/u/s

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Accès au médium radio

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Accès au médium radio Ce que vous savez déjà !

•  2 modes –  DCF et PCF –  Communication sur un canal

•  DCF –  CSMA/CA –  DIFS, backoff, CW, ACK, BEB –  RTS/CTS –  Fragmentation

•  Zone de détection de porteuse •  Zone de communication

–  Impactée par quels paramètres ?

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MAC DCF – mode diffusion locale

•  Mode broadcast •  Même principe •  Mais pas d’ACK •  Quels paquets sont envoyés en mode

diffusion locale ?

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MAC DCF - EIFS •  En-tête MAC

–  Champ de contrôle •  CRC sur 32 bits

•  Défini comme tel dans le standard –  « L’EIFS doit être utilisé par la DCF à chaque

fois que la couche PHY indique à la couche MAC qu’une transmission a commencé et qu’elle ne résulte pas en une réception correcte de la trame MAC avec une valeur CRC correcte »

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MAC DCF – EIFS

Backoff restant

Source 2

Destination 1

Destination 2

EIFS

Source 1 DIFS

DIFS

DIFS data

data

ACK

SIFS

Medium occupé

Source 1 Destination 1 Source 2 Destination 2

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Paramètres de 802.11b

•  DIFS –  50 micros

•  SIFS –  10 micros

•  CW –  0 – 31 slots

•  Slot –  20 micros

•  En-tête physique –  1 Mb/s (192 micros – en-tête long) ou 1-2 Mb/s (96 micros –en-

tête court)

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Paramètres de 802.11a

•  DIFS –  34 micros

•  SIFS –  16 micros

•  CW –  0 – 15 slots

•  Slot –  9 micros

•  En-tête physique –  20 micros

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802.11g •  Différentes couches physiques •  Modes obligatoires

•  ERP-DSSS/CCK – intrinsèquement compatible avec 802.11b •  ERP-OFDM •  Certains débits physiques obligatoires (1-11 et 6, 12 et 24 Mb/s)

•  Modes optionnels •  DSSS-OFDM

•  Préambule et en-tête physique DSSS + données OFDM •  ERP-PBCC

•  22 et 33 Mb/s – pas vraiment implanté dans les cartes

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Interopérabilité b/g •  DSSS-OFDM •  ERP-OFDM – mécanisme de protection

•  RTS/CTS •  Toutes les stations doivent détecter les RTS et CTS

•  Envoyés avec un débit de aBasicSetRate •  Modulation DSSS

•  CTS-to-self •  La source s'envoie un paquet CTS

•  Avec un débit de aBasicSetRate •  Utilisé aussi par 802.11n

•  AP indique à toutes ses stations si un mécanisme de protection doit être utilisé •  Via ses beacons

802.11g : réception d’un paquet

1.  Est-ce que le préambule est en OFDM ? •  Si oui tout décoder en OFDM

2.  Si non, démodulation du préambule en DSSS

•  Récupérer le champ SIGNAL pour récupérer la modulation à utiliser pour la suite du paquet

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Paramètres de 802.11g •  DIFS

–  50 ou 28 micros

•  SIFS –  10 micros

•  CW initiale –  31 ou 15 slots

•  Slot –  20 ou 9 micros

•  Dépend du mode utilisé et des mécanismes de protection

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802.11e •  Introduction de la qualité de service

–  2005 –  Différenciation de service introduite dans 802.11

•  Pour le transport de la ToIP et d'applications audio/vidéo

•  Hybrid Coordination Function –  HCF Control Channel Access –  EDCA

•  Enhanced Distributed Coordination Access

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EDCA

l  Classes de trafic –  Différentes probabilités d’accès au médium

l  Compatible avec DCF l  Caractéristiques

–  4 catégories de trafic (TC) / station •  802.1p – 802.1Q (cf cours QSM)

–  DIFS → AIFS(TC) (Arbitration InterFrame Space)

l  AIFS ≥ DIFS

–  CWmin → CWmin(TC) (optionnel pour max)

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Station 802.11e

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Opportunité de transmission •  On gagne un temps de transmission

–  Et non plus un accès au médium •  802.11a/b/g

–  Possibilité de transmettre plusieurs paquets consécutifs

•  Séparées par SIFS •  Opportunité de transmission = 0

–  Un seul paquet peut être envoyé

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Suggestions de paramètres pour 802.11e

Catégorie d’accès AIFS (µs) CWmin CWmax TXOP (µs)

Background 150 15 1023 0

Best Effort 70 15 1023 0

Vidéo 50 7 15 3008

Voix 50 3 7 1504

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Aucun acquittement

l  Communication point-à-point sans ACK l  Fiabilité traitée par d'autres couches

l  Envisagé dans 802.11e

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Bloc d'acquittements

•  TXOP dans 802.11e –  Envoi de trames consécutives

–  Chaque trame acquittée –  Un seul ACK possible sur les trames

consécutives

•  Une station indique si elle peut gérer les blocs d'ACKs

–  Dans la trame d'association par ex.

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Bloc d'acquittements

IEEE 802.11-2007

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Bloc d'acquittements •  Bloc immédiat

–  Le récepteur répond tout de suite à la source •  Cf schéma précédent

•  Bloc retardé –  ACK classique –  Puis bloc d'ACKs lors d'une opportunité de transmission

suivante •  Retransmission des paquets perdus

–  Dans un nouveau bloc de trames –  Trame par trame (individuellement)

•  Mécanisme envisagé dans 802.11e et 802.11n •  Obligatoire pour 802.11n

Couche MAC dans 802.11n

•  Trames modifiées •  Enrichies de multiples champs indiquant les

capacités à faire du transfert haut débit et de la QoS

•  Reprend les notions de TXOP et de blocs d’acquittements, plus •  Un schéma d’agrégation à 2 niveaux •  Bloc d’acquittement avec agrégation

Agrégation à 2 niveaux

Wang and Wei – MNA 2012

Agrégation au niveau physique 802.11n

•  Chaque trame est délimitée •  Intégrité des données peut être vérifiée

trame par trame •  Chiffrement appliqué trame par trame •  Même adresse MAC de réception (sur le lien

sans fil) •  Pourquoi ?

•  Taille max : 65 535 octets •  Semble plutôt bien implantée

•  Traité au niveau hardware

Bloc d’acquittements sur les A-MPDU 802.11n

Wang and Wei – MNA 2012

Agrégation au niveau liaison de données 802.11n

•  Demande plus de travail que l’agrégation au niveau physique •  Tramage plus compliqué pour résulter en

une seule trame •  Traité au niveau software

•  Taille max : 7 955 octets •  Si trame en erreur, il faut retransmettre

toute la trame agrégée

RIFS – 802.11n

•  RIFS remplace le SIFS quand cela est possible •  i.e. quand il n’y a que des stations 802.11n

•  Valeurs pour RIFS •  2 µs dans les 2 bandes de fréquences •  SIFS : 10 µs (2,4 GHz) et 16 µs (5 GHz)

Clear Channel Assessment •  Mécanisme CCA •  Pour déterminer si le médium est libre ou occupé •  Approches différentes selon la version de 802.11 •  802.11b

•  Mode 1 : signal reçu a une puissance supérieure à un seuil •  Mode 2 : signal reçu est un signal 802.11b même si sa puissance est plus petite que le seuil

précédente •  Mode 3 : utilisation des deux approches

•  802.11a •  Peu spécifié •  Souvent le mode 1 de 802.11b •  Mais il peut y avoir une version OFDM du mode 2

•  802.11g •  Mode 3 de 802.11b

•  802.11n •  Mode 3 de 802b où le seuil du mode 1 est donné comme étant 20 dB au-dessus du seuil de

sensibilité minimum

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Débits physiques multiples

•  Différentes cartes •  Modulations différentes

•  Trame de contrôle souvent envoyées à bas débit •  aBasicSetRate

•  Adaptation du débit physique en fonction de la qualité de l'environnement radio •  Non spécifié dans le standard •  Ex : solution ARF

•  Anomalie de performance •  Flux avec des débits physiques élevés pénalisés

Différentes étapes avant d’utiliser un réseau WiFi

•  Opération de scanning •  Trouver

•  un réseau particulier •  n’importe quel réseau

•  Recherche passive •  Écoute des canaux pour récupérer des trames balises (si elles

existent) •  Recherche active

•  Envoi d’un message Probe Request sur les canaux à disposition

•  Stations/points d'accès répondent via un Probe Response •  Résultat

•  Liste de réseaux •  Nom, type, temps, paramètres physiques, etc.

Différentes étapes avant d’utiliser un réseau WiFi

•  Choix d’un réseau •  Et d’un AP •  Par l’utilisateur et/ou la carte •  RSSI

•  Authentification •  Système ouvert

•  Échange entre la station et l’AP •  AP récupère l’adresse MAC

•  Filtrage MAC

•  Basée sur une clé secrète partagée •  Requête d’authentification de la station (adresse MAC) •  Envoi d’un challenge par le point d'accès •  Réponse par la station •  Station acceptée ou non

Différentes étapes avant d’utiliser un réseau WiFi

•  Étape d’association •  Envoi d’une trame Association Request de la station au point d’accès

•  Si authentification correcte •  Envoi d’une trame Association Response du point d’accès

•  Données peuvent alors être envoyées •  AP annonce la station au système de distribution avec ARP

•  Station associée avec un seul AP

•  Étape de ré-association •  Station surveille les trames balises des autres APs (du même réseau) •  Si la qualité du signal est meilleur avec un autre AP

•  Station initie une ré-association

•  Étape d’authentification avec le nouvel AP •  Pré-authentification avant

•  Station envoie une requête de ré-association •  Contient l’adresse de l’ancien AP

•  Nouvel AP vérifie l’association précédente avec l’ancien AP •  Si nouvelle association OK

•  Ancien AP envoie les éventuelle trames en attente chez lui et désassocie la station

Nouveaux amendements •  802.11aa-2012

•  Amélioration de la couche MAC pour le streaming audio/vidéo robuste

•  802.11ad-2012 •  Très haut débit dans la bande des 60 GHz

•  802.11ae-2012 •  Priorité aux trames de gestion

•  802.11ac-2013 •  Très haut débit dans la bande de fréquences inférieurs à

6 GHz •  802.11af-2013

•  Opérations sur les bandes libres de la télévision

ZTE