Pierre-Yves AIMONNathalie DUMASLaurent FALLETSamy FOUILLEUX

WiFiEtude théorique & projet ROBI

Janvier 2004

WiFi TABLE DES MATIÈRESTable des matières

1 Introduction 3

2 Etude théorique du WiFi 4

2.1 Théorie de portée radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.1 Propagation des ondes radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.2 Dans le cadre du wi� . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2 Architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2.1 Point de vue réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2.2 Utilisation des Access Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3 Normes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3.1 La norme 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3.2 Les di�érentes normes WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.4 Caractéristiques du WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4.1 Canaux et fréquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4.2 Protocole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4.3 Types de trames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.4.4 Puissance d'émission, débit et portée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.4.5 Roaming-Itinérance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3 Etude pratique du WiFi 24

3.1 Matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.1.1 Cartes WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.1.2 Routeur/Access Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1.3 Antennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

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3.2 Sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2.1 Risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2.2 Di�érentes manières de se protéger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2.3 Cryptage WEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2.4 Qu'en est-il pour notre projet ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.3 Réglementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.3.1 L'ART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.3.2 Les principales règles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4 WiFi dans le cadre du projet ROBI 32

4.1 Travail réalisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.2 Choix du matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.1 Possibilités o�ertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.2.2 Caractéristiques techniques de l'Access Point . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.3 Etude du placement des bornes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.4 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5 Conclusion 40

6 Annexes 41

6.1 Lexique WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416.2 Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

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1 Introduction

Le WiFi est le nom courant pour désigner les normes de réseau 802.11x, qui permet à deux ouplusieurs ordinateurs de communiquer sans �l. Le WiFi (Wireless Fidelity) est une certi�cationdécernée par la Wi� Alliance aux produits conformes aux standards 802.11 de l'IEEE.

Les intérêts de cette technologie réseau sont :� mobilité dans le rayon du réseau tout en restant connecté au réseau local ou à l'Internet ;� échange possible de gros �chiers entre deux ordinateurs ;� mise en place d'un réseau local (LAN) moins coûteuse et plus facile que pour un réseau�laire ;

� mise en place facile d'un réseau temporaire, le temps d'une démonstration, d'une réunion ;� accès à un réseau haut-débit pour des populations rurales non rentables pour les opéra-teurs commerciaux ;

� mise en place de réseaux autonomes, auto-gérés, communautaires ;

Né en 1999, il a d'abord été employé par Apple sous le nom d'Airport. Son usage s'estgénéralisé en juin 2000, lorsqu'un groupe de Seattle a lancé la première communauté libred'ordinateurs communiquant sous WiFi.

Le sujet de notre projet de "Systèmes Temps Réel" s'inclut dans le projet ROBI, d'uneenvergure plus importante. En e�et, ce dernier regroupe des projets d'électronique, et descouches supérieures (logicielles, telles que bases de données, recherche opérationnelle et interfacehomme machine). Nous avons collaboré avec un autre groupe, celui s'occupant de la carte mèredu robot.

Le WiFi est un vaste sujet, composé de parties électronique et réseau. Dans un premiertemps, nous allons présenter la partie théorique du WiFi en parlant des ondes radio, des ar-chitectures réalisables avec des périphériques WiFi. Ensuite dans une seconde partie nous évo-querons le matériel disponible, leur utilisation et les problèmes de sécurité des réseaux sans �l.En�n dans la dernière partie nous parlerons de l'utilité du WiFi dans le cadre du projet ROBI.Nous exposerons le travail réalisé, et les prochaines étapes à accomplir.

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2 Etude théorique du WiFi

2.1 Théorie de portée radio

Le Wi-Fi utilisant la radio comme support de communication, il faut des périphériquesparticuliers pour transformer les données informatiques en signaux radio et vice-versa.

Ces appareils transforment un signal numérique (des 1 et des 0), provenant d'un ordina-teur ou d'un réseau �laire, en signal analogique (à valeurs réelles) envoyé vers une antenne, àl'émission, et inversement à la réception.

Il s'agit donc d'un modem (MODulateur/DEModulateur), qui a la même fonction qu'unbon vieux modem téléphonique.

2.1.1 Propagation des ondes radio

Il est nécessaire d'avoir une culture minimum sur la propagation des ondes hertziennes a�nde pouvoir mettre en place une architecture réseau sans �l, et notamment de disposer les bornesd'accès (point d'accès) de telle façon à obtenir une portée optimale.

Les ondes radio (notées RF pour Radio Frequency) se propagent en ligne droite dans plu-sieurs directions. La vitesse de propagation des ondes dans le vide est de 3.108 m/s.

Dans tout autre milieu, le signal subit un a�aiblissement dû à :� la ré�exion ;� la réfraction ;� la di�raction ;� l'absorption ;

Absorption des ondes

Lorsqu'une onde radio rencontre un obstacle, une partie de son énergie est absorbée ettransformée en énergie, une partie continue à se propager de façon atténuée et une partie peutéventuellement être ré�échie.

On appelle atténuation d'un signal la réduction de la puissance de celui-ci lors d'une trans-mission. L'atténuation est mesurée en bels (dont le sympbole est B) et est égale au logarithmeen base 10 de la puissance à la sortie du support de transmission, divisée par la puissance àl'entrée. On préfère généralement utiliser le décibel (dont le symbole est dB) correspondant àun dixième de la valeur en Bels. Ainsi un Bel représentant 10 décibels la formule devient :

R(dB) = (10) ∗ log(P2/P1)

4

WiFi 2.1 Théorie de portée radio

Lorsque R est positif on parle d'ampli�cation, lorsqu'il est négatif on parle d'atténuation.Dans le cas des transmissions sans �l il s'agit plus particulièrement d'atténuations.

L'atténuation augmente avec l'augmentation de la fréquence ou de la distance. De pluslors de la collision avec un obstacle, la valeur de l'atténuation dépend fortement du matériaucomposant l'obstacle. Généralement les obstacles métalliques provoquent une forte ré�exion,tandis que l'eau absorbe le signal.

Propriétés des milieux

L'a�aiblissement de la puissance du signal est en grande partie du aux propriétés des milieuxtraversés par l'onde.

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WiFi 2.1 Théorie de portée radioRé�exion des ondes radio

Lorsqu'une onde radio rencontre un obstacle, tout ou partie de l'onde est ré�échie, avec uneperte de puissance. La ré�exion est telle que l'angle d'incidence est égal à l'angle de ré�exion.

2.1.2 Dans le cadre du wi�

Les ondes radio sont transportées dans l'air et subissent des pertes en intensité importantesle long de leur trajet. La connaissance des caractéristiques de la paire d'appareils WiFi utiliséspour la liaison vont permettre de calculer la distance théorique de ce lien, en espace libre, c'està dire sans obstacles.

Les éléments utiles sont les suivants :� la puissance du signal émis ;� la sensibilité du récepteur ;

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WiFi 2.1 Théorie de portée radioPuissance émise

La puissance du signal émis est appelée Puissance Isotrope Rayonnée équivalente (PIRE).Elle est notée Tx sur le schéma. Elle dépend de la chaîne appareil-câble-antenne : l'appareilémetteur (le point d'accès AP) émet le signal avec une certaine puissance notée Px, le câblereliant l'appareil à l'antenne en pert une partie notée L, et l'antenne fournit elle aussi unepuissance supplémentaire notée G.

En exprimant ces puissances en déciBel (dB), la PIRE s'obtient par simple addition : PIRE= Puissance AP - Pertes câble + Puissance antenne,soit :

Tx = Px− L + G.

Le déciBel est une unité exprimant un rapport, autrement dit un gain.Pour des puissances, le calcul est le suivant :

dB = 10 ∗ log(P1/P2).

Pour l'appareil émetteur, il s'agit de déciBel par rapport au milliWatt (dBm) : dans laformule précédente, P2 = 1 mW, et P1 est la puissance d'émission en Watt de l'appareil.

Pour l'antenne, il s'agit de déciBel par rapport à un isotrope (dBi). L'isotrope est uneantenne théorique parfaite qui émet de façon homogène dans toutes les directions.

Le dBi est donc le gain de l'antenne par rapport à un isotrope qui émet la même quantitéd'énergie.

Les pertes câbles sont exprimées en déciBel par mètre (dB/m), donc les pertes totales duesau câble sont calculées ainsi :

Pertes câble = longueur câble * perte par mètre.

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WiFi 2.1 Théorie de portée radioSensibilité de réception

Pour que le signal reçu soit intelligible pour le récepteur, il faut que celui-ci ait une sensibilitésu�sante. Là encore, c'est l'ensemble appareil-câble-antenne qu'il faut prendre en compte.

La sensibilité e�ective Rx est une addition de la sensibilité de l'appareil Sx (une autrecaractéristique avec la puissance) et du gain de l'antenne G, auquels on retranche les pertescâble L. Le gain de l'antenne et les pertes câble sont ceux utilisés dans les calculs de puissanceprécédents.

La puissance e�ective du signal reçue doit être supérieure à la sensibilité de l'ensemble, fautede quoi le signal ne pourra pas être utilisé.

A�aiblissement maximum tolérable

La di�érence entre la puissance de l'émetteur et la sensibilité du récepteur donne l'a�aiblis-sement maximum qu'on peut tolérer.

Comme il y a 2 points qui sont à la fois émetteur et récepteur, on fait ce calcul pour les 2cas, et on prend le plus petit des deux.

On prend une marge de 10 dB (cela équivaut à un facteur 10), qu'on retranche à l'a�ai-blissement maximum tolérable, et on obtient l'a�aiblissement en ligne déterminant PL, pour"Pertes en Ligne".

Formule de Friis

Pour calculer la distance correspondant à cet a�aiblissement, on utilise la forme suivante dela formule de Friis :

D = 10exp((−40, 4 + PL)/20)

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WiFi 2.1 Théorie de portée radio

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WiFi 2.1 Théorie de portée radioD'autres éléments interviennent dans la propagation des ondes sur des distances importantes,

notamment lorsque l'espace n'est pas totalement dégagé :� l'espace de Fresnel ellispsoïdal à respecter� la di�raction des ondes� la polarisation� les ré�exions d'ondes et l'étalement dans le tempsLa première reprend l'idée que la plus grande partie de l'énergie radio transmise entre un

émetteur et un récepteur se trouve dans une zone ellipsoïdale virtuelle (forme d'un ballon derugby) reliant les deux points et dans laquelle le moins d'obstacles possible doivent se trouver.

Le calcul de cette zone de Fresnel doit tenir compte de la courbure de la surface de la terreet permet d'obtenir la hauteur des mâts nécessaires à l'installation.

Fig. 1 � http ://www.swisswireless.org

On peut grossièrement noter qu'à 500 m la hauteur minimale de �xation est de 2 mètres, à1 km de 3m et à 2km de 4m (hors obstacles).

La di�raction permet à une partie de l'énergie d'une onde de passer outre un obstacle. Plusla fréquence est haute plus la perte d' énergie va néanmoins être grande.

Fig. 2 � http ://www.swisswireless.org

Par dé�nition une onde radio est susceptible de se propager dans plusieurs directions. Parré�exions successives un signal source peut être amené à atteindre une station ou un point d'ac-

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WiFi 2.1 Théorie de portée radiocès en empruntant des chemins multiples (on parle de multipath ou en français cheminementsmultiples).

La di�érence de temps de propagation (appelées délai de propagation) entre deux signauxayant emprunté des chemins di�érents peut provoquer des interférences au niveau du récepteurcar les données reçues se chevauchent.

Pour remédier à ce problème les cartes Wi-Fi et points d'accès embarquent deux antennespar émetteur. Ainsi, grâce à l'action de l'AGC (Aquisition Gain Controller), qui commuteimmédiatement d'une antenne à l'autre suivant la puissance des signaux, le point d'accès estcapable de distinguer deux signaux provenant de la même station. Les signaux reçus par cesdeux antennes sont dit décorrélés (indépendants) si ils sont séparés de Lambda/2 (6,25 cm à2.4GHz).

Ces interférences deviennent de plus en plus importantes lorsque la vitesse de transmissionaugmente car les intervalles de temps entre les données sont de plus en plus courts. Les cheminsde propagations multiples limitent ainsi la vitesse de transmission dans les réseaux sans �l.

Les principales caractéristiques d'un périphérique Wi-Fi, outre son apparence, sont sa puis-sance (d'émission) et sa sensibilité (en réception).

La puissance en émission détermine en partie la portée du signal émis, ainsi que sa légalitépar rapport aux limites autorisées par l'Autorité de Régulation des Télécommunications.

La puissance d'émission est donnée en dBm (déciBel par rapport au milliWatt) ou en mW(milliWatt = millièmes de Watt)

La sensibilité est la puissance minimale que doit avoir un signal, à l'arrivée au périphérique,pour que celui-ci puisse le traiter convenablement. Elle est donnée en pW (picoWatt = 10puissance -12 Watt = 1 Watt divisé par mille milliards ) ou en dBm (en dBm c'est un nombrenégatif).

11

WiFi 2.1 Théorie de portée radioDans le cas d'un périphérique avec antenne intégrée, ces deux caractéristiques in�uent di-

rectement sur la portée théorique de la station, en émission comme en réception. Voir les limiteslégales.

Pour un périphérique relié à une antenne externe, les caractéristiques du câble et de l'antenneinterviennent dans la puissance du signal e�ectivement émis ou acceptable en réception, appeléePIRE pour Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente.

Récapitulatif des normes Wi�

type commen-taire

fréquenceporteuseMHz

débitthéoriqueMbits/s

portéeomni M

portéeuni M

traitementdu signal

Nb de ca-naux

802.11a ville 5700 54 50 ofdm 12802.11b le plus

repandu,cam-pagne

2400 11 100 10000 dsss 13

802.11c fonctions"`pont"'devient11d

802.11d limitationsen franceet aujapon.

3

802.11e qualité deservice

802.11f roaming802.11g b version

ville2400

? ?ofdm

802.11h gestionde puis-sancecontre lebrouillagemutuel

5700 ofdm

802.11i sécurité,rempla-cementdu WEP

802.11j authen-ti�cationsur ser-veur

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WiFi 2.2 ArchitecturesCommentaires sur le tableau :

portée : avec une antenne unidirectionnelle (une seule direction, 20° environ) ou omnidirection-nelle (sur 360°)le nombre de canaux dépend des lois de chaque pays. Le Japon est passé de 3 à 14, les autres8 ou plus. La France est passée de 3 à 13, mais en gardant une limitation PIRE, c'est-à-direqu'on ne peut légalement utiliser que des antennes omnidirectionnelles. Plus il y a de canauxmoins on a de chances de se brouiller mutuellement dans une même zone géographique. Pluson est brouillé, plus le débit baisse (automatiquement).Le traitement OFDM est plus apte que DSSS à éliminer le brouillage mutuel.

2.2 Architectures

2.2.1 Point de vue réseau

Il existe deux modes de communication possibles entre les di�érents éléments d'un réseauWiFi :

� le mode infrastructure :En mode infrastructure chaque ordinateur station se connecte à un point d'accès via uneliaison sans �l. L'ensemble formé par le point d'accès et les stations situés dans sa zonede couverture est appelé ensemble de services de base et constitue une cellule. Dans cecas, les informations envoyées entre les di�érentes stations transitent par le point d'accès.

Fig. 3 � Mode Infrastructure BSS

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WiFi 2.2 ArchitecturesIl est possible de relier plusieurs points d'accès entre eux par une liaison appelée systèmede distribution (notée DS pour Distribution System) a�n de constituer un ensemble deservices étendu (Extended Service Set ou ESS). Le système de distribution (DS) peutêtre aussi bien un réseau �laire, qu'un câble entre deux points d'accès ou bien même unréseau sans �l.L'ensemble formé par le point d'accès et les stations situés dans sa zonede couverture est appelé ensemble de services de base (Basic Service Set, noté BSS) etconstitue une cellule.

Fig. 4 � Mode Infrastructure ESS

� le mode ad-hoc :L'ensemble formé par les di�érentes stations est appelé ensemble de services de baseindépendants (Independant Basic Service Set, abrégé en IBSS).Un IBSS est ainsi un réseau sans �l constitué au minimum de deux stations et n'utilisantpas de point d'accès. L'IBSS constitue donc un réseau éphémère permettant à des per-sonnes situées dans une même salle d'échanger des données. Il est identi�é par un SSID,comme l'est un ESS en mode infrastructure.Dans un réseau ad hoc, la portée du BSS indépendant est déterminé par la portée dechaque station. Cela signi�e que si deux des stations du réseaux sont hors de portée l'unede l'autre, elles ne pourront pas communiquer, même si elles "voient" d'autres stations.En e�et, contrairement au mode infrastructure, le mode ad hoc ne propose pas de systèmede distribution capable de transmettre les trames d'une station à une autre. Ainsi un IBSSest par dé�nition un réseau sans �l restreint.Des possibilités de routage dynamique existent (système peer to peer) : chaque client peut

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WiFi 2.3 Normesjouer le rôle d'un point d'accès.

Fig. 5 � Mode Ad-Hoc (IBSS)

2.2.2 Utilisation des Access Point

Un point d'accès (ou Access Point, AP) peut disposer de plusieurs modes. Ces modes d'uti-lisations quali�és d'avancés peuvent ne pas être implémentés dans certains appareils. Voiciquelques exemples de modes avancés :

� en point à point (mode "bridge") : l'AP communique directement avec un autre AP, aumoyen d'une antenne directionnelle, par radio. Cela permet d'étendre un réseau sans �lsur des distances plus importantes (plus d'un km, et jusqu'à plusieurs dizaines) ;

� en répéteur : l'AP ne fait que renvoyer les paquets, tels qu'il les reçoit, à un autre APqui s'occupera de la redistribution ;

� en client : l'AP utilise les services d'un autre AP, et n'a pas de clients lui-même ;

2.3 Normes

2.3.1 La norme 802.11

La norme 802.11 s'attache à dé�nir les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans�l utilisant des ondes électromagnétiques, c'est-à-dire :

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WiFi 2.3 Normes� la couche physique (notée parfois couche PHY), proposant trois types de codage de l'in-formation,

� la couche liaison de données, constitué de deux sous-couches : le contrôle de la liaisonlogique (Logical Link Control, ou LLC) et le contrôle d'accès au support (Media AccessControl, ou MAC).

La couche physique dé�nit la modulation des ondes radio-électriques et les caractéristiquesde la signalisation pour la transmission de données, tandis que la couche liaison de donnéesdé�nit l'interface entre le bus de la machine et la couche physique, notamment une méthoded'accès proche de celle utilisée dans le standard ethernet et les règles de communication entreles di�érentes stations. La norme 802.11 propose en réalité trois couches physiques, dé�nissantdes modes de transmission alternatifs :

Fig. 6 � Description des couches IEEE 802.11

Il est possible d'utiliser n'importe quel protocole sur un réseau sans �l WiFi au même titreque sur un réseau ethernet.

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WiFi 2.3 Normes2.3.2 Les di�érentes normes WiFi

La norme IEEE 802.11 est en réalité la norme initiale o�rant des débits de 1 ou 2 Mbps.Des révisions ont été apportées à la norme originale a�n d'optimiser le débit (c'est le casdes normes 802.11a, 802.11b et 802.11g, appelées normes 802.11 physiques) ou bien préciserdes éléments a�n d'assurer une meilleure sécurité ou une meilleure interopérabilité. Voici untableau présentant les di�érentes révisions de la norme 802.11 et leur signi�cation :

Nom de la norme Nom Description802.11a Wi�5 La norme 802.11a (baptisé WiFi 5) permet d'ob-

tenir un haut débit (54 Mbps théoriques, 30Mbps réels). Le norme 802.11a spéci�e 8 canauxradio dans la bande de fréquence des 5 GHz.

802.11b Wi� La norme 802.11b est la norme la plus répandueactuellement. Elle propose un débit théorique de11 Mbps (6 Mbps rééls) avec une portée pou-vant aller jusqu'à 300 mètres dans un environne-ment dégagé. La plage de fréquence utilisée estla bande des 2.4 GHz, avec 3 canaux radio dis-ponibles.

802.11c Pontage 802.11 vers802.1d

La norme 802.11c n'a pas d'intérêt pour le grandpublic. Il s'agit uniquement d'une modi�cationde la norme 802.1d a�n de pouvoir établir unpont avec les trames 802.11 (niveau liaison dedonnées).

802.11d Internationalisation La norme 802.11d est un supplément à la norme802.11 dont le but est de permettre une utili-sation internationale des réseaux locaux 802.11.Elle consiste à permettre aux di�érents équipe-ments d'échanger des informations sur les plagesde fréquence et les puissances autorisées dans lepays d'origine du matériel.

802.11e Amélioration de laqualité de service

La norme 802.11e vise à donner des possibilitésen matière de qualité de service au niveau de lacouche liaison de données. Ainsi cette norme apour but de dé�nir les besoins des di�érents pa-quets en terme de bande passante et de délai detransmission de telle manière à permettre notam-ment une meilleure transmission de la voix et dela vidéo.

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WiFi 2.3 NormesNom de la norme Nom Description802.11f Itinérance (roaming) La norme 802.11f est une recommandation à

l'intention des vendeurs de point d'accès pourune meilleure interopérabilité des produits. Ellepropose le protocole Inter-Access point roamingprotocol permettant à un utilisateur itinérantde changer de point d'accès de façon transpa-rente lors d'un déplacement, quelles que soient lesmarques des points d'accès présentes dans l'in-frastructure réseau. Cette possibilité est appeléeitinérance (ou roaming en anglais)

802.11g La norme 802.11g o�rira un haut débit (54 Mbpsthéoriques, 30 Mbps réels) sur la bande de fré-quence des 2.4 GHz. Cette norme n'a pas encoreété validée, le matériel disponible avant la �nali-sation de la norme risque ainsi de devenir obso-lète si celle-ci est modi�ée ou amendée. La norme802.11g a une compatibilité ascendante avec lanorme 802.11b, ce qui signi�e que des matérielsconformes à la norme 802.11g pourront fonction-ner en 802.11b

802.11h La norme 802.11h vise à rapprocher la norme802.11 du standard Européen (HiperLAN 2, d'oùle h de 802.11h) et être en conformité avec la rè-glementation européenne en matière de fréquenceet d'économie d'énergie.

802.11i La norme 802.11i a pour but d'améliorer la sé-curité des transmissions (gestion et distributiondes clés, chi�rement et authenti�cation). Cettenorme s'appuie sur l'AES (Advanced EncryptionStandard) et propose un chi�rement des com-munications pour les transmissions utilisant lestechnologies 802.11a, 802.11b et 802.11g.

802.11IR La norme 802.11j a été élaborée de telle manièreà utiliser des signaux infra-rouges. Cette normeest désormais dépassée techniquement.

802.11j La norme 802.11j est à la règlementation japo-naise ce que le 802.11h est à la règlementationeuropéenne.

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WiFi 2.4 Caractéristiques du WiFi2.4 Caractéristiques du WiFi

2.4.1 Canaux et fréquences

Chaque canal correspond à une plage de fréquences ; il y a en tout 13 canaux :Canal Fréquence en GHz Début de plage Fin de plage1 2,412 2,402 2,4222 2,417 2,407 2,4273 2,422 2,412 2,4324 2,427 2,417 2,4375 2,432 2,422 2,4426 2,437 2,427 2,4477 2,442 2,432 2,4528 2,447 2,437 2,4579 2,452 2,442 2,46210 2,457 2,447 2,46711 2,462 2,452 2,47212 2,467 2,457 2,47713 2,472 2,462 2,482

Tab. 1 � Correspondance canal et fréquence

Le DSSS ("Direct Sequence Spread Spectrum") est une méthode de modulation de signal,qui permet un étalement de spectre en séquence directe.

La bande des 2,4 GHz est divisée en 14 canaux de 22 MHz. Les canaux adjacents se re-couvrent partiellement, seuls trois canaux sur les 14 étant entièrement isolés. Les données sonttransmises intégralement sur l'un de ces canaux de 22 MHz, sans saut. Pour compenser le bruitgénéré par un canal donné, on a recours à la technique du "chipping" (redondance de l'infor-mation). La redondance inhérente à chaque chip associée à l'étalement du signal sur le canalde 22 MHz assurent le contrôle et la correction d'erreur : même si une partie du signal estendommagée, il peut dans la plupart des cas être récupéré, ce qui minimise les demandes deretransmission.

2.4.2 Protocole

Dans un réseau 802.11, la détection des collisions est impossible, à cause du problème com-munément appelé "near / far". Pour détecter une collision, une station doit être capable detransmettre et d'écouter en même temps. Or, dans les systèmes radio, il ne peut y avoir trans-mission et écoute simultanées.

19

WiFi 2.4 Caractéristiques du WiFiLe standard 802.11 fait appel à un protocole légèrement modi�é, baptisé CSMA/CA (Carrier

Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Le protocole CSMA/CA tente d'éviter lescollisions en imposant un accusé de réception systématique des paquets (ACK), ce qui signi�eque pour chaque paquet de données arrivé intact, un paquet ACK est émis par la station deréception.

CSMA/CA permet donc de partager l'accès aux ondes. Ce mécanisme d'accusé de réceptionexplicite gère aussi très e�cacement les interférences et autres problèmes radio. Cependant, ilajoute à 802.11 une charge inconnue sous 802.3, aussi un réseau local WiFi 802.11 aura-t-iltoujours des performances inférieures à un LAN Ethernet de débit théorique équivalent.

La couche MAC 802.11 o�re deux caractéristiques de robustesse : les sommes de contrôleCRC (sur 32 bits) et la fragmentation des paquets. Cette dernière s'avère particulièrement utiledans les environnements très congestionnés ou lorsque les interférences posent problème (lesgros paquets risquent d'être corrompus).

La couche liaison s'occupe également de la gestion de l'énergie, avec un mode de fonction-nement permanent et un second mode où la radio est mise en veille.

2.4.3 Types de trames

Il y a trois principaux types de trames :� les trames de données, utilisées pour la transmission des données ;� les trames de contrôle, utilisées pour contrôler l'accès au support (ex. RTS, CTS, ACK) ;� les trames de gestion, transmises de la même façon que les trames de données pourl'échange d'informations de gestion, mais qui ne sont pas transmises aux couches su-périeures.

Les trames sont constituées comme suit :

Fig. 7 � Schéma d'une trame 802.11

Le préambule, dépendant de la couche physique, est constitué de 2 parties :� Synch : séquence de 80 bits alternant 0 et 1, utilisée pour sélectionner l'antenne appropriée(si plusieurs sont utilisées), et pour corriger l'o�set de fréquence et de synchronisation.

� SFD : le Start Frame Delimiter consiste en la suite de 16 bits 0000 1100 1011 1101, utiliséepour dé�nir le début de la trame.

L'en-tête PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) contient des informations logiquesutilisées par la couche physique pour décoder la trame : nombre d'octets que contient le paquet,fanion de signalisation PLCP, champ de détection d'erreur CRC 16 bits.

20

WiFi 2.4 Caractéristiques du WiFiPour ce qui est des données MAC :

Fig. 8 � Schéma des données MAC pour une trame 802.11

Le champ de contrôle de trame contient la version du protocole, ainsi que d'autres options.Une trame peut contenir jusqu'à 4 adresses ; l'adresse du récepteur, de l'émetteur, de l'émet-

teur original (celui qui a émit la trame, et non seulement un relais) et l'adresse de destination.Un système de drapeaux permet de dé�nir les di�érentes adresses à utiliser selon le cas.

Le champ de contrôle de séquence est utilisé pour di�érencier les di�érents fragments ap-partenant à la même trame, et pour reconnaître les paquets dupliqués. Il consiste en deuxsous-champs, le numéro de fragment et le numéro de séquence qui dé�nissent le numéro detrame et le numéro du fragment dans la trame.

En�n le CRC, Cyclic Redundancy Check, qui est sur 32 bits.

2.4.4 Puissance d'émission, débit et portée

L'IEEE 802.11b dé�nit un débit de transmission allant jusqu'à 11Mbit/s. Les ondes radione sont pas entièrement bloquées par les structures d'un bâtiment, car elles peuvent se ré�échirpour contourner les obstacles. Le débit WiFi dépend de plusieurs facteurs, dont :

� le nombre d'utilisateurs ;� la portée des micro-cellules (rayonnement des points d'accès) ;� les interférences ;� la propagation sur de multiples chemins (multipath) ;� le support des standards ;� le type de matériel ;� les protocoles supplémentaires, les règles d'accès ;

En pratique, la bande passante est réduite de 4 à 5 Mbit/s.Pour la portée, elle s'étend jusqu'à ce que le débit minimal soit atteint, c'est à dire 1 Mbit/s.

Le graphique ci-dessous montre que la dégradation des performances est relativement rapide.

21

WiFi 2.4 Caractéristiques du WiFi

Fig. 9 � Portées et débits

La portée maximum est de 400 mètres avec les antennes standard. En général celle-ci estlimitée à 80 mètres.

En ce qui concerne la propagation des signaux, ceux-ci se ré�echissent sur les murs, cloisons,dans les environnements clos. Lorsque les signaux arrivent sur un récepteur, ils proviennent detoutes les directions, avec des puissances variées et un étalement dans le temps (dépendantde la longueur du trajet parcouru). Cette propagation provoque un a�aiblissement du signaltransmis appelé "fading".

Pour réduire ce phénomène, il existe la technique d'Etalement de Spectre à Sauts de Fré-quences (FHSS). Cette technique permet, en utilisant 37 canaux séparés de 1MHz, de résisteraux interférences. La transmission radio est alors étalée sur l'ensemble des canaux utilisables,mais à un instant donné, seul un signal de 1 MHz est di�usé sur l'un des canaux.

Les sauts interviennent plusieurs fois par seconde dans un ordre prédé�ni. Toutes les stationsd'une même cellule utilisent la même séquence de sauts et sont synchronisées. La présence d'uneinterférence n'a�ecte généralement pas plus de quelques canaux voisins les uns des autres. Ellepourra donc interrompre la transmission sur un saut précis, mais les chances qu'elle a�ecteégalement le saut suivant dans la séquence sont statistiquement nulles.

22

WiFi 2.4 Caractéristiques du WiFi2.4.5 Roaming-Itinérance

La norme 802.11 permet de "roamer" entre plusieurs points d'accès étant sur le même ousur di�érents canaux1. Par exemple toutes les 100ms le point d'accès peut transmettre un signalde balise ("beacon signal") qui contient un marqueur temporel pour la synchronisation avec leclient, une carte de tra�c, une indication des taux de transfert supportés, ainsi que d'autresparamètres. Le client en roaming peut utiliser ce signal pour déterminer la puissance de saconnexion avec la station de base. Si ce signal est jugé insu�sant ou faible le client en roamingpeut décider de s'associer à une nouvelle station.

1cf norme WiFi 802.11f

23

3 Etude pratique du WiFi

3.1 Matériel

3.1.1 Cartes WiFi

Il existe un grand nombre de cartes WiFi, et sous de nombreux formats. Nous allons rapi-dement voir les di�érents types de format des cartes WiFi.

Cartes PCMCIALe Wi� étant à la base prévu pour permettre à des ordinateurs sans �l de communiquer,

il est normal qu'un grand nombre des cartes existantes soient prévues pour les ordinateursportables. Et le seul moyen de rajouter des cartes à un ordinateur portable étant les cartesPCMCIA, la plupart des cartes WiFi existantes sont sous ce format.

Fig. 10 � Carte WiFi PCMCIA

La plupart des cartes WiFi PCMCIA dispose d'une antenne intégrée au bloc externe, defaçon à éviter les antennes qui dépasseraient.

Cartes PCIPrévu au départ pour connecter des ordinateurs portables, le WiFi a �ni par être utilisé pour

créer des réseaux locaux sans �l, et il a donc fallut créer des cartes pour les ordinateurs �xes.Ces cartes sont bien sûr au format le plus simple pour les ordinateurs �xes, le PCI. Toutefois,il existe 2 types de cartes PCI :

Fig. 11 � Carte WiFi PCI complète

24

WiFi 3.1 MatérielIl y a tout d'abord les cartes complètes qui intégrent le module de réception, et qui sont

équipées d'une petite antenne pour mieux capter les signaux. La présence d'une antenne n'estdans ce cas pas un inconvénient contrairement opur les ordinateurs portables.

Fig. 12 � Carte WiFi PCI mobile

Il existe ensuite les cartes WiFi PCI qui ne sont en fait que des récepteurs pour une cartePCMCIA. Dans ce cas la carte PCMCIA peut être utilisée sur un ordinateur �xe en tempsnormal, puis sur le portable occasionnellement. Ce système a pour but de réduire les dépensesen matériel.

Cartes USBPour permettre une plus grande �exibilité dans l'utilisation des cartes WiFi, le meilleur

moyen était de les rendre externes à l'ordinateur. De ce fait, le meilleur système de connectionpour un périphérique externe est l'USB. Il est donc normal de trouver désormais des cartes WiFiUSB. Ces cartes ont l'avantage de pouvoir être branchées sur n'importe quel ordinateur, qu'ilsoit �xe ou portable. En outre, pour optimiser l'utilisation de ces cartes, certains constructeursont sortit des modèles de la taille d'une clé usb, pour faciliter leur utilisation.

Fig. 13 � Cartes WiFi USB

Ces cartes combinent les avantages de l'USB (branchement à chaud, facilité d'utilisation) etles fonctionnalités du WiFi.

25

WiFi 3.1 Matériel3.1.2 Routeur/Access Point

L'access point est un des éléments essentiels de l'architecture WiFi. Ceux sont eux qui per-mettent à des client WiFi de communiquer entre eux. Ils peuvent en outre être reliés à un réseau�laire tel qu'un réseau local. Si en plus ils permettent de gérer ce réseau �laire, alors ce sontdes routeurs.

Les Access Point sont caractérisés par le fait qu'ils ne nécessite pas un ordinateur pourfonctionner. Ils sont totalement autonomes. Leur con�guration se fait via un ordinateur reliéau réseau sur lequel se trouve l'access point. Bien entendu il peut être directement relié à l'or-dinateur par un câble, mais cela n'est pas nécessaire.

Les Access Point proposés actuellement sur le marché sont plus ou moins complexes. Ontrouve des Access Point simples et d'autres intégrant un modem ADSL dans le cadre de routeurs,ainsi que d'autres options, notamment un �rewall pour se protéger des attaques extérieures, unserveur DHCP. . .

Fig. 14 � Exemples d'access point et de routeur

3.1.3 Antennes

Il existe di�érents types d'antennes, leur principale caractéristique est la direction dans la-quelle les ondes sont émises. On classe ainsi les antennes :

Antennes omnidirectionnelles

Ces antennes émettent à 360°, et permettent ainsi de couvrir tout l'espace autour de l'an-tenne.

26

WiFi 3.1 Matériel

Fig. 15 � Antenne omnidirectionnelle

Antennes directionnellesL'antenne envoie les signaux dans une direction précise, plus l'angle d'émission est élevé,

plus la distance d'émission est faible, et inversement. Il faut donc choisir son antenne en faisantun compromis. On trouve au sein de ce groupe les antennes YAGI, les antennes 'patch' et les'parabolic dishes'.

Fig. 16 � Antenne patch (à gauche) et YAGI (à droite)

La polarisation d'une onde dépend du type d'antenne utilisé et de son orientation (élementrayonnant) par rapport au sol. Par exemple une antenne fouet (téléscopique) va donner unepolarisation verticale quand on la place verticalement et une polarisation horizontale si on lacouche. La même chose est valable pour une antenne Yagi. Les antennes hélices ne produisentni une polarisation verticale ni une polarisation horizontale mais une polarisation circulaire. Lapolarisation circulaire peut tourner à gauche ou à droite.

Pratiquement les antennes d'émission et de réception devraient avoir la même polarisationpour obtenir les meilleures performances (mais comme la polarisation change avec la di�ractionet les ré�ections, cette règle n'est pas toujours valable). La polarisation verticale est preféréepour une couverture à longue distance car l'e�et du sol atténue fortement signal dans le cashorizontal à partir d'une certaine distance.

Il existe un certain nombre d'antennes disponibles sur le marché, avec des performances plusou moins élevées suivant le type de besoin. Mais le plus simple pour avoir sa propre antenneWiFi est de la construire soit même. Les photos suivantes montrent des exemples d'antennespersonnelles. On trouve de nombreux sites internet expliquant comment les construire, la pluscélèbre étant l'antenne boîte de conserve.

27

WiFi 3.2 Sécurité

Fig. 17 � Antennes WiFi bricolées par des utilisateurs

3.2 Sécurité

3.2.1 Risques

Contrairement aux réseaux �liaires, la limite d'un réseau WiFi est di�cile à déterminer. Ene�et les ondes se propagent dans de nombreuses directions, se ré�échissent et cette propagationvarie au cours du temps. Les murs sont des éléments perturbateurs pour les ondes WiFi, mais pascomplètement ; la propagation des ondes radio doit également être pensée en trois dimensions.Ainsi les ondes se propagent également d'un étage à un autre (avec de plus grandes atténuations.Il est donc di�cile de con�ner un réseau dans un bâtiment précis.

Le risque est alors que n'importe qui puisse détecter le réseau et, si rien ne le protège, écouterle tra�c, et voire même s'y connecter impunément pour pro�ter des services du réseau.

Les risques liés à la mauvaise protection d'un réseau sans �l sont multiples :� interception de données, consistant à écouter les transmissions des di�érents utilisateursdu réseau sans �l ;

� détournement de connexion dont le but est d'obtenir l'accès à un réseau local ou à internet ;� brouillage des transmissions consistant à émettre des signaux radio de telle manière àproduire des interférences ;

� dénis de service rendant le réseau inutilisable en envoyant des commandes factices ;

Il existe également air-jack, un module regroupant des programmes permettant de menerdes attaques au niveau de la couche 2 (liaison de données) et permettant des attaques de type"passeur de seau" (Man In The Middle), déni de service (DoS) et d'autres encore. . . Les outilsde ce type sont nombreux et accessibles, d'où la nécessité de se protéger.

3.2.2 Di�érentes manières de se protéger

Tout d'abord quelques conseils de base :� ne pas conserver la con�guration par défaut des bornes et autres périphériques ;� protéger la con�guration de la borne par un mot de passe e�cace ;

28

WiFi 3.3 Réglementation� requérir l'authenti�cation de l'utilisateur lorsqu'il se connecte au réseau ;� n'autoriser que certaines machines à se joindre au réseau en con�gurant dans la borne lesadresses MAC autorisées (à l'aide d'une liste de contrôle d'accès) ;

� crypter les données sensibles lors de la transmission ;� choisir des mots de passe complexes (chi�res, caractères, majuscules) et ne pas les com-muniquer ;

Il est également possible d'utiliser l'algorithme PRNG RC4 à clé partagée sur 40 bits deRSA Data Security. Toutes les données envoyées et reçues pendant que la station et le pointd'accès sont associés peuvent être chi�rées à l'aide de cette clé.

3.2.3 Cryptage WEP

WEP signi�e "Wired Equivalent Privacy", c'est à dire "Con�dentialité des données équi-valente aux réseaux câblés". Ce mécanisme de chi�rement des données est intégré au standard802.11. Le WEP est un protocole chargé du chi�rement des trames 802.11 utilisant l'algorithmesymétrique RC4 avec des clés d'une longueur de 64 ou 128 bits. Le principe du WEP consisteà dé�nir dans un premier temps une clé secrète de 40 ou 128 bits.

3.2.4 Qu'en est-il pour notre projet ?

Heureusement, notre projet ne sera pas concerné par ces problèmes. Nous pouvons a�rmercela pour plusieurs raisons :

� le nombre de machines connectées au réseau est �xe et déterminé. Il est ainsi possible den'autoriser que les adresses MAC identi�ées à se connecter ;

� le canal utilisé (en l'occurence le canal 13) est une fréquence non utilisée à l'INSA ;� le réseau constitué sera fermé : aucune machine ne sera autorisée à se joindre à ce réseau ;

Nous espérons ainsi que le réseau ne sera pas perturbé par d'autres utilisateurs.

3.3 Réglementation

3.3.1 L'ART

La régulation des télécommunications

En application des directives européennes, la loi du 26 juillet 1996 a ouvert le secteur destélécommunications à une concurrence totale à compter du 1er janvier 1998. Elle prévoit ainsique les activités de télécommunications s'exercent librement. La régulation consiste en l'ap-plication, par l'autorité compétente, de l'ensemble des dispositions juridiques, économiques ettechniques qui permettent aux activités de télécommunications de s'exercer e�ectivement.

29

WiFi 3.3 RéglementationEn France, la loi a con�é cette mission au ministre chargé des télécommunications et à une

institution indépendante : l'Autorité de Régulation des Télécommunications (ART), mise enplace le 5 janvier 1997.

Une autorité administrative indépendante

Pour que la régulation soit équitable, il faut qu'elle soit assurée en toute indépendance àl'égard des di�érents opérateurs présents sur le marché. Cette création de l'ART répond à troisobjectifs :

� L'objectif de neutralité� L'objectif de continuité� L'objectif d'e�cacité

En matière de régulation, indépendance n'est cependant pas synonyme d'arbitraire ; les décisionsde l'Autorité sont en e�et soumises à de multiples contrôles :

� Contrôle des pouvoirs publics� Contrôle du juge� Contrôle du marché et du consommateur

3.3.2 Les principales règles

Le Wi-Fi, opérant dans la bande de fréquence des 2,4 GHz est soumis en France à certainesrègles.

1. Seules les demandes d'expérimentation qui concernent la constitution de réseaux (établis-sement de liens points à points pour mailler des bornes entre elles) sont soumises a unedemande de dossier. Si le dossier est accepté, cette expérimentation est menée jusqu'à 18mois à compter du 12 novembre 2002.

2. On peut librement utiliser du matériel Wi-Fi (802.11b) en intérieur et le connecter à ceque l'on veut (Internet notamment) et ce jusqu'à 100mW de PIRE2, du moment que cesoit en intérieur.

3. Dans les 58 départements soumis à l'autorisation de l'ART3, il est possible de partager sesdonnées en WIFI et/ou l'accès Internet en extérieur, sans poser de demande de dossier. Ilfaut seulement que le FAI autorise le partage de bande passante. On peut émettre jusqu'aucanal 7 et jusqu'à 100mW de PIRE. Au delà c'est 10mW ou bien une autorisation de ladéfense est nécessaire.Hors des 58 départements : Il faut faire une demande de dossier, et dans tous les cas celase limite aux propriété privées.

4. La limite de puissance maximum est de 100 mW de PIRE, gain de l'antenne compris.Concrètement, avec une borne grand public à 30 mW on ne peut ajouter qu'une antennede 5 dBi max (ce qui donne environ 100mW de PIRE).

2Puissance isotrope rayonnée équivalente (gain de l'antenne inclus)3http ://www.art-telecom.fr/communiques/communiques/2003/index-c030203.htm

30

WiFi 3.3 RéglementationEn résumé, dans les 58 département autorisés, on peut utiliser le wi� :� à l'intérieur des bâtiments avec une puissance (PIRE) maximale de 100 mW sur toute labande de fréquences 2400-2483,5 MHz ;

� à l'extérieur des bâtiments avec une puissance (PIRE) maximale de 100 mW sur la partie2400-2454 MHz et avec une puissance (PIRE) maximale de 10 mW sur la partie 2454-2483MHz.

Tous comme les autres technologies sans �l, les WLAN doivent être conformes aux standardsstricts dé�nis par les gouvernements et l'industrie. On s'est beaucoup inquiété des industries quifont appel aux technologies sans �l et des risques du sans �l pour la santé. A l'heure actuelle,aucune étude scienti�que n'a permis de déterminer que les transmissions sans �l avaient une�et nuisible sur la santé. De plus, le puissance d'émission des LAN sans �l est limitée à moinsde 100 mW, ce qui est nettement inférieur à la puissance des téléphones mobiles, alors qu'ilest généralement admis que les risques causés par les transmissions radio sont corrélées à lapuissance et à la proximité de l'émetteur.

31

4 WiFi dans le cadre du projet ROBI

L'intérêt majeur de l'usage du WiFi dans notre projet est la mobilité. Le robot a pourfonction de se déplacer d'un point à un autre de l'INSA. Il a pour cela besoin d'informations,qu'il ne peut acquérir que par le biais d'une connexion à un serveur contenant les plans et autresinformations (se référer à la base de données). Cet accès se fera par le biais du réseau WiFi.

4.1 Travail réalisé

Notre travail s'est réparti comme suit :� étude des réseaux WiFi ;� choix du matériel le mieux adapté ;� étude du placement des bornes ;� con�guration des bornes ;

L'étude réalisée sur les réseaux 802.11 est contenue dans ce rapport. Elle permet de com-prendre le fonctionnement d'un réseau sans �l, les di�cultés auxquelles nous pouvons êtreconfrontés.

Le choix du matériel est évoqué ci-dessous ; il nous a pris plus de 2 mois, le temps de choisirla meilleure solution, puis de commander et recevoir le matériel.

Nous avons fait l'étude du placement des bornes en même temps, et grâce à l'accord et l'aidede M. Franck Le Guillous.

En�n nous avons réalisé un test des bornes pour véri�er leur bon fonctionnement, et lapossibilité de la réalisation de la con�guration voulue.

4.2 Choix du matériel

4.2.1 Possibilités o�ertes

Il est possible de connecter la station mobile (le robot) de plusieurs manières. La premièreest d'utiliser une carte WiFi sur le port PC104. En e�et nous avons déjà d'autres périphériquesPC104, tels que les caméra vidéos. Il est possible d'utiliser le PC104 pour communiquer. Voicila carte :

32

WiFi 4.2 Choix du matériel

Fig. 18 � Carte PC 104 LANEscape

Cette carte présente de bonnes performances, surtout en portée grâce à son antenne. Seule-ment son débit est limité à 2Mbit/s, ce qui n'est que le double du débit minimum ! Nous pensonsque cela est insu�sant, notamment lors du transfert d'informations non textuelles, mais gra-phiques. De plus son prix élevé (environ 300¿) et le fait que ce soit un matériel peu communnous ont poussé à trouver une autre solution.

Une autre possibilité est d'utiliser un périphérique WiFi plus classique. Une carte WiFireprésente un coût plus abordable (environ 100¿). Les cartes sont au format PCMCIA ou PCI,le plus courant étant le PCMCIA. Il aurait donc fallu rajouter le coût d'un adaptateur PCI ⇔PCMCIA. Cette solution est possible du fait que nous disposons d'un port PCI sur la cartemère du robot. Cependant il est préférable de garder ce port pour une utilisation autre si lebesoin s'en ressent un jour. En outre, les cartes WiFi au format PCMCIA ont pour la plupartdes antennes intégrées. Ces antennes sont d'une taille réduite, donc la portée et l'itinérancedeviennent limitées.

Fig. 19 � Carte WiFi PCMCIA

Sur cette carte vous distinguerez à gauche la connectique PCMCIA et sur la droite l'antenne,qui s'étend sur quelques cm. Il aurait fallu trouver une carte avec antenne externe. Mais à cemoment nous nous sommes tournés vers une autre solution.

La solution adoptée fut la suivante. Ne désirant pas utiliser une interface PC104 ni PCI, il33

WiFi 4.2 Choix du matérielne nous restait que quelques interfaces de PC communes, et notamment un port ethernet, enRJ45. Celle-ci permet de se connecter à un réseau, et notamment à des Access Point. En e�etil n'existe pas de carte WiFi externe se connectant sur RJ45, ou alors ceci est très rare. L'idéeest donc d'utiliser un AP de manière mobile ; cet appareil est d'habitude utilisé de manière �xe,mais il n'y a pas de problème pour une vitesse inférieure ou égale à 5 km/h (vitesse maximaledu robot).

4.2.2 Caractéristiques techniques de l'Access Point

Le matériel choisi fut un point d'accès DWL-2000AP+ de marque D-Link (également appeléD-Link AirPlusXtreme G+).

Fig. 20 � Access Point D-Link

Ses atouts majeurs sont qu'il peut servir à la fois comme Access Point (voir la sectionArchitectures) mais aussi en mode Pont AP-AP, AP-Pont Multipoint, ou en mode client sans�l. Nous aurons besoin de 2 de ces modes.

Il est compatible avec la norme 802.11g, qui permet des débits supérieurs à 802.11b, et estévolutif. Son antenne est détachable, ce qui laisse la possibilité de la remplacer pour une antenned'un autre type ou plus puissante. Sa portée est de 100 mètres en intérieur (avec cloisons,murs) et de 400 mètres en extérieur. L'INSA étant un bâtiment ouvert, les performances sontsatisfaisantes mais il faudrait réaliser des tests plus poussés pour mesurer la couverture réellegrâce à ces bornes.

Il dispose de plusieurs modes pour adapter son débit : 54 Mbps, 48 Mbps, 36 Mbps, 24Mbps, 22 Mbps, 18 Mbps, 12 Mbps, 11 Mbps, 9 Mbps, 6 Mbps, 5.5 Mbps, 2 Mbps, 1 Mbps.

Son poids est de 200 grammes, ce qui est un atout pour le robot. Il nécessite une alimentation5V à 2.5A, ce qui peut être délivré par une batterie, de préférence à haute autonomie.

34

WiFi 4.3 Etude du placement des bornes4.3 Etude du placement des bornes

Nous disposons de 3 bornes, et devons à l'aide de cela relier le robot au serveur de manière àcouvrir le plus de surface possible. L'une des bornes sera bien évidemment utilisée sur le robot,en mode pont (Wireless bridge). Le périphérique réalisera un pont entre l'interface éthernet dela machine et les autres périphériques WiFi à distance de communication.

Les 2 autres Access Point serviront réellement au relais des informations. Le serveur seraplacé sur un réseau virtuel (VLAN) �liaire, ainsi que les AP. Voici le schéma :

Fig. 21 � Réseau virtuel WiFi - Ethernet

35

WiFi 4.3 Etude du placement des bornesCe réseau se traduit ainsi pour le placement des Access Point (points rouges sur le schéma) :

Fig. 22 � Couverture des bornes dans l'INSA

La �gure suivante correspond à l'étude du placement de la borne dans le secteur des sallesélectroniques. Il serait judicieux de placer la borne à l'endroit de la croix rouge, c'est à dire sousla passerelle :

36

WiFi 4.3 Etude du placement des bornes

Fig. 23 � Placement de l'Access Point près des salles d'électronique

Une telle situation permet au point d'accès de couvrir les 3 couloirs majeurs de cette zone.Ceux-ci sont symbolisés par les �èches jaunes. On couvre ainsi tout l'aile extérieure gauche del'insa, et la liaison avec l'entrée et une partie du hall.

On distingue une trappe d'accès à la droite de l'emplacement prévu pour la borne. Cettetrappe permet de tirer le câble réseau à partir de la prise se situant sur un mur adjacent :

37

WiFi 4.3 Etude du placement des bornes

Fig. 24 � Prise réseau accessible

Con�guration des AP

Chaque borne a une interface d'administration accessible par interface web. Il s'agit en e�etde se connecter à l'adresse http ://192.168.0.50. Cependant n'hésitez pas à lire la documentation.

Si jamais vous rencontrez des problèmes à con�gurer l'AP D-Link DWL 2000AP, voici unlien qui vous sera utile : http ://wi�.erasme.org/article.php3 ?id_article=62

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WiFi 4.4 Perspectives4.4 Perspectives

Une partie du travail a été commencée, mais il reste encore plusieurs choses à faire :� demande express de câblage des prises pour les bornes (et salle ROBI) ;� étude précise des zones de couverture des bornes, suivant leur emplacement (collée aumur, au plafond, visible ou dans un faux plafond) ;

� demander la �xation des bornes par l'ingénieur du bâtiment une fois que leur situationaura été déterminée précisément ;

� étudier les di�érents types d'antennes utilisables et établir un plan de couverture selonchacunes d'elles ;

� étude de l'installation de l'AP sur la base mobile (minimum perturbations) ;� tests de consommation (évaluer la charge et l'autonomie) ;� sécuriser le réseau ;

A ce stade le sujet aura été entièrement couvert. Un tâche qui peut être ajoutée est deréaliser la même étude de placement des bornes à l'ESIGELEC, bâtiment où aura normalementlieu la présentation de ROBI. Pour les tests de couverture, il faut imaginer un appareillagepermettant de se déplacer dans l'INSA avec un ordinateur portable et un des access point (avecune alimentation).

Aide logicielle pour la phase de tests

Il existe une suite d'outils WiFi sous Linux :http ://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Tools.html

Ces programmes permettent d'obtenir diverses informations sur les réseaux WiFi. On peutainsi avoir la qualité du signal, la proximité des bornes, la liste des fréquences, adresses, laqualité par noeud, en somme la majorité des paramètres WiFi.

Fig. 25 � Salle ROBI dédiée au projet

39

5 Conclusion

Le WiFi a, durant ces dernières années, prouvé qu'il permettait une mise en place rapide,�able et modulaire d'un réseau dans des conditions où il est impossible de tirer des câbles.On a vu �eurir dans toutes les grandes villes (Paris, Nantes, Rennes. . . Rouen) des Hot Spots(réseaux donnant accès à Internet via le WiFi), également appelés réseaux métropolitains.

Le WiFi n'a pas d'inconvénient majeur, ce qui le rend manipulable dans beaucoup d'envi-ronnements et par un grand nombre de personnes. Son prix est abordable, il a des capacitésraisonnables. Il ne possède que des limites techniques, telles que la portée, et des limites deréglementation, comme la puissance maximum autorisée.

Il n'a pour concurrent qu'HiperLAN2, une technologie très similaire au WiFi par son fonc-tionnement, la principale di�érence étant qu'il exploite la gamme de fréquence des 5 GHz.Cependant la majorité des portables sont maintenant compatibles WiFi, ainsi que les systèmesd'exploitation (par exemple Microsoft, Apple).

Le choix du WiFi s'est donc avéré être le meilleur, et la faisabilité du projet a été mise enévidence. Il reste à e�ectuer la phase de "travaux" et mise en exploitation (installation de l'APsur la station roulante).

Ce fut un projet intéressant et surtout pratique. Le seul point négatif est que nous noussommes heurtés pendant trop longtemps à un problème d'une complexité assez minime. Heu-reusement nous l'avons résolu avant la �n du projet.

J'espère que de nombreuses personnes seront motivées pour continuer et �naliser le projet.

40

6 Annexes

6.1 Lexique WiFi

AP : "access point" ou point d'accès. Il s'agit d'une base composée en général d'une carteWiFi, d'une antenne et parfois d'un routeur.

Channel ou Canal : la bande de fréquence des 2,4 Ghz utilisée par le WiFi est décom-posée en 14 canaux dont l'utilisation est soumise à la réglementation française.

Node : Serveur composé soit d'un AP avec antenne, soit un ordinateur comportant unecarte WiFi connectée à une antenne externe.

WEP : Wireless Equivalent Privacy

MAC : Media Access Control

Hotspot : Point d'accès sans �l qui permet (avec un abonnement généralement) de pou-voir se connecter à internet.

WLAN : Wireless Local Area Network (réseau local sans �l).

6.2 Sources

� http ://wi�.erasme.org/IMG/resume_802.11/resume_802.11.html� http ://www.commentcamarche.net/wi�/� http ://80211-planet.com� http ://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/� EBook sur les réseaux sans �l : http ://www.wireless-fr.org/medias/ebook_mars2003.pdf� Sécurisation : http ://hsc.fr/ (rechercher "WiFi" dans les articles)� Fonctionnement du 802.11 (niveau réseau détaillé) : http ://rubb.free.fr/802-11/� Site de Marc Olanie (partie normes) : http ://wireless-fr.org/b002_norme80211bet http ://wireless-fr.org/b002_norme80211a

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