I - Présentation
La norme IEEE
802.11 (ISO/CEI 8802-11) est un standard international décrivant les
caractéristiques d'un réseau local sans fil
(WLAN). Le nom
Wi-Fi (contraction de Wireless Fidelity, Fidélité sans fil)
correspond initialement au nom donné à la certification délivrée par la WECA (Wireless
Ethernet Compatibility Alliance), l'organisme chargé de maintenir
l'interopérabilité entre les matériels répondant à la norme 802.11. Par abus de
langage (et pour des raisons de marketing) le nom de la norme
se confond aujourd'hui avec le nom de la certification. Ainsi un réseau Wi-Fi
est en réalité un réseau répondant à la norme 802.11.
Grâce au Wi-Fi il est possible de créer des réseaux locaux sans fil
à haut débit. Dans la pratique le Wi-Fi permet de relier des ordinateurs
portables, des machines de bureau, des assistants personnels (PDA) ou même des périphériques à une
liaison haut débit (de 11 Mbit/s 802.11b à 54 Mbit/s 802.11a/g) sur un rayon de
plusieurs dizaines de mètres en intérieur (généralement entre une vingtaine et
une cinquantaine de mètres). Dans un environnement ouvert la portée peut
atteindre plusieurs centaines de mètres voire dans des conditions optimales
plusieurs dizaines de kilomètres.
Ainsi des fournisseurs d'accès internet commencent à irriguer des zones à
fortes concentration d'utilisateurs (gares, aéroports, hôtels, trains, etc.)
avec des réseaux sans fil connectés à internet. Ces zones d'accès sont appelées « hot
spots ».
Les iBooks d'Apple Computer furent en 1999 parmi les premiers ordinateurs
grand public à proposer un équipement Wi-Fi intégré (sous le nom d'Airport), bientôt
suivis par le reste de la gamme. À partir de 2003, on voit aussi apparaître des modèles de PC portables bâtis autour de la technologie Intel Centrino, qui leur permettent une intégration similaire. Les autres modèles de PC doivent encore s'équiper
d'une carte d'extension adaptée (PCMCIA, USB, Compact Flash, SD, PCI, MiniPCI, etc.).
II - Structure
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, constitué de deux sous-couches :
- le contrôle de la liaison logique (Logical Link Control, ou LLC) ;
- le contrôle d'accès au support (Media Access Control, ou MAC).
La couche physique définit la modulation des ondes radio-électriques et les
caractéristiques de la signalisation pour la transmission de données, tandis que
la couche liaison de données 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 en réalité
trois couches physiques, définissant des modes de transmission
alternatifs :
Couche Liaison de
données (MAC) |
802.2 |
| 802.11 |
Couche Physique
(PHY) |
|
Il est possible d'utiliser n'importe quel protocole de transport sur un
réseau sans fil WiFi au même titre que sur un réseau ethernet.
III - Modes
- Infrastructure
Le mode Infrastructure est un mode de fonctionnement qui permet de connecter les ordinateurs équipés d'une carte réseau Wi-Fi entre eux via un ou plusieurs Point d'accès (AP) qui agissent comme des concentrateurs (exemple : Hub/Switch en réseau filaire). Ce mode est essentiellement utilisé en entreprise. La mise en place d'un tel réseau oblige de poser à intervalle régulier des bornes (AP) dans la zone qui doit être couverte par le réseau. Les bornes ainsi que les machines doivent être configurées avec le même SSID (nom de réseau) afin de pouvoir communiquer. L'avantage de ce mode est de garantir un passage obligé par l'AP, il est donc possible de vérifier qui rentre sur le réseau. Par contre, le réseau ne peut pas s'agrandir, hormis en posant de nouvelles bornes.
- Ad-Hoc
Le mode « Ad-Hoc » est un mode de fonctionnement qui permet de connecter directement les ordinateurs équipés d'une carte réseau Wi-Fi, sans utiliser un matériel tiers tel qu'un Point d'accès (Acces Point [AP] en Anglais). Ce mode est idéal pour interconnecter rapidement des machines entre elles sans matériel supplémentaire (exemple : échange de fichiers entre portables dans un train (TGV…), partage de son accès à Internet dans sa maison, dans la rue, au café, chez des amis…). 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) et d'un SSID (nom de réseau) communs à tous. L'avantage de ce mode est de s'affranchir de matériels tiers coûteux et est plus facile à mettre en œuvre. Grâce à l'ajout d'un simple logiciel de routage dynamique (exemples : OLSR, AODV…), le réseau s'agrandit naturellement avec la connexion de nouvelles machines.
IV - 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'optimiser le débit (c'est le cas des normes 802.11a, 802.11b et 802.11g,
appelées normes 802.11 physiques) ou bien préciser des éléments afin d'assurer
une meilleure sécurité ou une meilleure interopérabilité. Voici un tableau
présentant les différentes révisions de la norme 802.11 et leurs
significations :
| Norme |
Nom |
Description |
| 802.11a |
Wi-Fi 5 |
La norme 802.11a (baptisé Wi-Fi 5) permet d'obtenir un haut
débit (54 Mbit/s théoriques, 30 Mbit/s réels). La norme 802.11a spécifie 8
canaux radio dans la bande de fréquences des 5 GHz. |
| 802.11b |
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 dans un
environnement dégagé. La plage de fréquences utilisée est la bande des 2,4
GHz avec, en France, 13 canaux radio disponibles. |
| 802.11c |
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). |
| 802.11d |
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. |
| 802.11e |
Amélioration de la 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 terme de
bande passante et de délai de transmission de telle manière à permettre
notamment une meilleure transmission de la voix et de la vidéo. |
| 802.11f |
Itinérance (roaming) |
La norme 802.11f est une recommandation à l'intention des vendeurs de
points d'accès pour une meilleure interopérabilité des produits.
Elle propose le protocole Inter-Access point roaming protocol
permettant à un utilisateur itinérant de changer de point d'accès de façon
transparente lors d'un déplacement, quelles que soient les marques des
points d'accès présentes dans l'infrastructure réseau. Cette possibilité
est appelée itinérance (ou roaming en anglais) |
| 802.11g |
|
La norme 802.11g est la plus répandue dans le commerce actuellement.
Elle offre un haut débit (54 Mbit/s théoriques, 26 Mbit/s réels) sur la
bande de fréquences des 2,4 GHz. La norme 802.11g a une compatibilité
descendante 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 compatible avec les réseaux existants qui sont souvent encore en
802.11b. |
| 802.11h |
|
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. |
| 802.11i |
|
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 technologies 802.11a,
802.11b et 802.11g. |
| 802.11IR |
|
La norme 802.11IR a été élaborée de manière à utiliser des signaux infra-rouges. Cette norme est désormais dépassée techniquement. |
| 802.11j |
|
La norme 802.11j est à la réglementation japonaise ce que le
802.11h est à la réglementation européenne. |
| 802.11n |
WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency) ou TGn Sync |
La norme 802.11n est attendue pour avril 2007. Le débit
théorique atteint les 540 Mbit/s (débit réel de 100 Mbit/s dans un rayon
de 90 mètres) grâce aux technologies MIMO (multiple-input multiple-output)
et OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). |
V - Sécurité
L'accès sans fil aux réseaux locaux rend nécessaire l'élaboration d'une
politique de sécurité dans les entreprises et chez les particuliers. Il est
notamment possible de choisir une méthode de codage de la communication sur
l'interface radio. La plus commune est l'utilisation d'une clé dite WEP (Wired
Equivalent Privacy), communiquée uniquement aux utilisateurs autorisés du
réseau. Toutefois, il a été démontré qu'une telle sécurité était facile à
contourner. De nouvelles solutions sont désormais recommandées, comme les
méthodes WPA (Wi-Fi
Protected Access) ou plus récemment WPA2 depuis l'adoption de la norme 802.11i.
Ceci peut être combiné avec un accès sécurisé VPN (Virtual Private Network) au
réseau dans une entreprise pour limiter le risque d'intrusion. Il est à noter
qu'il existe encore de nombreux Points d'Accès non sécurisés chez les
particuliers. D'autres méthodes de sécurisation existent, avec par exemple un
serveur Radius chargé de gérer les accès, des accès autorisés à partir d'une
liste d'adresse MAC...
VI - Interrogations
La technologie Wi-Fi apparaît au moment où se développent les interrogations quant à l'impact des technologies de communication sans fil sur la santé de l'homme. Des débats scientifiques se sont multipliés autour du téléphone portable et commencent aujourd'hui à toucher l'ensemble de la technologie Wi-Fi.
Une telle démarche s'avère opportune dans l'hypothèse probable où cette technologie pourrait prochainement être omniprésente dans l'environnement
humain, que ce soit au travail comme au domicile.
Toutefois, il est à relever que la puissance émise par les équipements Wi-Fi (~30 mW) est trente fois moindre que celle émise par les téléphones
portables (~1 W). En outre, le téléphone est généralement tenu à proximité immédiate du cerveau, ce qui n'est pas le cas des équipements de Wi-Fi ; et à une dizaine de centimètres, la puissance du signal est déjà fortement atténuée (inversement proportionnel au carré de la distance). Ainsi, même si les ondes émises par les téléphones portables étaient nocives pour la santé, les effets des signaux Wi-Fi resteraient négligeables.
VII - Cohabitation
Le Wi-Fi utilise une bande de fréquence étroite dite ISM, 2,4 à 2,4835 GHz, de type partagée avec d'autres colocataires conduisant à des problèmes de cohabitation qui se traduisent par des interférences, brouillages causés par les fours à micro-ondes, les transmetteurs domestiques, les relais, la télé-mesure, la télé-médecine, les caméras sans fil et les émissions ATV, etc. Faudra-t-il trouver d'autres fréquences gratuites pour certaines de ces applications, ou le wifi doit-il migrer vers une autre bande moins encombrée ?
VIII - Les antennes Wi-Fi
Voici les 5 principales catégories d'antenne 2,4 GHz du commerce utilisées
par les wifistes, les radioamateurs et les diverses applications dans la bande
ISM :
 Antenne tige basique omnidirectionnelle à 2.4 GHz.
- le dipôle, qui ressemble à un stylo, est l'antenne tige basique (1/4 d'onde), la plus
rencontrée. Elle est omnidirectionnelle, 0 dBd de gain, et est dédiée à la
desserte de proximité. Elle équipe aussi la caméra sans fil
numérique Wifi 2.4 GHz (conforme "CE") permettant une PIRE maximale autorisée
de 100 mW, 20 dBm. (D standard indicatif = 500 m à vue)
- l'antenne tige extérieure, (technologie 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.
Le gain (en émission) peut ne plus être compatible avec la PIRE autorisée.
Ces 2 premières descriptions, fonctionnant en polarisation V, peuvent être
considérées comme des antennes station d'accueil ou de base puisque compatibles
avec un environnement 360°.
- L'antenne panneau dite aussi plate (technologie interne antenne quad ou antenne patch, réseau de
dipôles. Le gain commence vers 11/12 dBi (10 x 12 cm) pour atteindre 21 dBi
(45 x 45 x 4.5 cm). C'est l'antenne qui présente le meilleur rapport gain/encombrement et aussi le meilleur rendement, qui tourne
autour de 85 à 90%. Au-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'une diamètre théorique d'approche suivant :
18 dBi = 46 cm, 19 dBi = 52 cm, 20 dBi = 58 cm, 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 focale, est significatif.
nota : n'importe quelle parabole (ex. TPS/CS sans tête 11-12 GHz) est
exploitable en Wifi, à condition de prévoir une source adaptée, cornet, patch ou
quad mono ou double, etc.
- L'antenne à fentes, sectorielle, à gain.
Les antennes à gain directionnelles ou omnidirectionnelles sont destinées à
la « plus longue portée », possible, quelques kilomètres.
Les antennes panneaux et paraboliques sont uniquement directionnelles,
c’est-à-dire quelles favorisent une direction privilégiée (plus ou moins
ouverte) au détriment d'autres non souhaitées.
Panneau ou parabole :
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.
Attention: les antennes à gain (exprimé en dBi ou en dBd) employées à
l'émission (réception libre) doivent respecter la réglementation PIRE (Puissance
Isotrope Rayonnée Equivalente).
Nota : il existe d'autres antennes, moins connues, et celles conçues par
les wifistes, comme l'antenne cornet, l'antenne cornet-entonnoir, les Yagi, les cornières, les dièdres, les discones etc.,
mais seules les tiges, les panneaux et les paraboles sont significativement
utilisées.
Quant aux antennes facilement bidouillables se sont surtout les quads et
cornets.
IX - Les Applications
Une telle technologie ne peut ouvrir les portes qu'à une infinité
d'applications pratiques. Le développement de nouveaux algorithmes distribués
tels que le présente l'article "New Distributed Algorithm for Connected Dominating Set in Wireless
Ad Hoc Networks"de K. Alzoubi, P.-J. Wan et O.
Frieder.
Ou encore, l'Acces Sans Fil à Internet (ASFI en français ou WIA en
anglais), qui est aujourd'hui l'utilisation la plus courante du WI-FI
Le Wi-Fi par ailleurs commence à s'intégrer de plus en plus dans des
solutions mobile tel les GSM et propose ainsi l'exploitation de réseaux sans-fil
comme complémentarité à la téléphonie mobile classique.
X - Liens externes
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