Soutenance mémoire
Présentation de la technologie WIMAX
Historique et évolution
Apparu en juin 2001, WiMAX ou le retour de la BLR, la boucle locale radio (dont nous avions tant parlé voici quelques temps, est retombée dans l’oubli pour la majorité d’entre nous) est un standard de réseau sans fil métropolitain créé par les sociétés Intel et Alvarion en 2002 et ratifié par l’IEEE sous le nom de IEEE-802.16. Cette technologie censée aller là où l’ADSL ne va pas est basée sur l’émission radiophonique de porteuse à haut débit. Premier standard du genre, il constitue une évolution importante qui modifie le paysage technologique pour les fournisseurs et les clients des réseaux à haut débit [28]. Alors que l’ART proposait l’ouverture d’un créneau compris entre 26 et 28 GHz, voici que l’Institute of Electrical and Electronic Engineers Standards Association vient de valider le standard IEEE 802.16. La normalisation était prévue normalement pour 2005.
Le 802.16 se déclinera en plusieurs versions à l’image du 802.11 [28]:
– 802.16a : pour le sans-fil fixe pour raccorder des réseaux radio public (hotspots), des entreprises (liaisons louées) et des particuliers (DSL) (2004-2005).
– 802.16d : utilisation d’antennes intérieures permettant le développement de réseau au sein d’une entreprise (2005).
– 802.16e : Apparition de la mobilité avec intégration des composants dans les PC portable. Déplacements réduits, vitesse de déplacement max : 100 km/h (2006).
Ainsi, le développement rapide des communications sans fil et l’émergence des nouveaux standards du WiMAX sollicite la convergence vers la quatrième génération de communications mobiles, initialement prévue pour les années 2010, et semblerait présenter ses toutes premières réalisations commerciales légèrement plus tôt.
WiMAX et les réseaux sans fils
Les réseaux sans fils sont basés sur une liaison utilisant des ondes radioélectriques (radio et infrarouges) en lieu et place des câbles habituels. Il existe plusieurs technologies se distinguant d’une part par la fréquence d’émission utilisée ainsi que le débit et la portée des transmissions dont on en distingue le WiMAX. Les réseaux sans fils, contrairement aux réseaux câblés permettent de relier très facilement des équipements distants d’une dizaine de mètres à quelques kilomètres. De plus l’installation de tels réseaux ne demande pas de lourds aménagements des infrastructures existantes comme c’est le cas avec les réseaux filaires. En contrepartie se pose le problème de la réglementation relative aux transmissions radioélectriques du fait de la rareté des ressources radio. Ensuite les ondes hertziennes sont difficiles à confiner dans une surface géographique restreinte, il est donc facile pour un pirate d’écouter le réseau si les informations circulent en clair. Il est donc nécessaire de mettre en place les dispositions nécessaires de telle manière à assurer une confidentialité des données circulant sur les réseaux sans fils [37]. En résumé, la transmission sans fil dépasse de loin la limitation des câbles dans le domaine de l’infrastructure, mais limité par ses ressources et la sécurité de ses informations.
Classification des réseaux sans fil
Le choix de la technologie des réseaux sans fil s’effectue selon l’étendu de la couverture réseau et en fonction de ses caractéristiques comme la vitesse de transmission, le débit, le cout de l’infrastructure, la sécurité, la souplesse d’installation et d’usage, la consommation électrique et l’autonomie…
Pour le cas de WiMAX, on peut utiliser les bandes de fréquences entre 2.5 à 11Ghz selon le standard IEEE 802.16-2004. Notre choix se limite seulement à la présentation des normes sans fil de l’IEEE car c’est celle qui nous intéresse en plus d’être dominante sur le marché de l’informatique .
WPAN
Issus de la norme 802.15, ils sont de l’ordre d’une dizaine de mètres et sont prévus pour l’interconnexion des différents périphériques autonomes entre eux tel que téléphone, PDA, portable, appareil photo…Leur fréquence se répartit sur la bande de 2400 à 2483.5Mhz et ne demande pas de licence d’exploitation.
WLAN
D’une portée d’une centaine de mètres, elle est issue de la norme 802.11 (wi-fi) et ses dérivées.
❏ Les plus connues sont :
❏ La norme 802.11a qui offre un débit de 54Mbps dans la bande des 5.3Ghz,
❏ La norme 802.11b qui offre un débit de 11Mbps dans la bande des 2.4Ghz,
❏ La norme 802.11g qui est un compromis avec les deux normes précédentes en offrant un débit de 54Mbps dans la bande des 2.4Ghz .
WMAN
C’est bien le type de réseaux dont nous nous intéressons le plus puisque c’est de là que le WiMAX tire son origine, qui lui même une technologie de nos jours. De portée de 2 à 50km c’est-à-dire équivalent à l’étendu d’une ville, il est issu de la norme 802.16 et ses dérivées (802.16a, 802.16c/b, 802.16e et 802.16f) et est destiné principalement pour les opérateurs de télécommunication. Aussi appelé BWA ou Boucle Locale Radio, la norme IEEE 802.16 offre une alternative aux réseaux câblés entre différents bâtiments ou un remplacement des lignes xDSL.
WWAN
Issu de la norme 802.20 et aussi appelé MBWA, ce type de réseau est en cours de développement où le marché est encore dominé par l’UMTS et ses successeurs. Mais, est également connu sous le nom de réseau cellulaire mobile, cette norme doit permettre de créer des réseaux métropolitains mobiles qui ont pour but de déployer à l’échelle mondial des réseaux sans fil haut débit.
Elle utilise des bandes de fréquences avec licence en dessous des 3.5Ghz et peut offrir des débits maximum par utilisateur de 1 Mbps en flux descendant et 300Kbps en flux montant avec des cellules de 15km maximum autorisant un déplacement des terminaux à plus de 250km/h (par exemple dans les Trains à Grandes Vitesses). Les principales technologies même concurrentes sont les suivantes :
▶GSM (Global System for Mobile Communication ou Groupe Spécial Mobile)
▶GPRS (General Packet Radio Service)
▶UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
▶WIMAX mobile ou 802.16e mais son évolution tend d’avantage à la norme 802.20 (standard de réseau sans fils poussé par Intel avec Nokia, Fujitsu et Prowim), d’ici 2010, le WIMAX mobile sera plus utilisé pour les réseaux cellulaires haut débit que pour les réseaux métropolitains. Basé sur une bande de fréquence de 2 à 11 GHz, offrant un débit maximum de 70 Mbits/s sur 50km de portée, certains le placent en concurrent direct de l’UMTS et de la LTE, même si ce dernier est davantage destiné aux utilisateurs itinérants.
A noter que cette norme 802.20 par rapport à l’UMTS qui fonctionnant sur des terminaux centrés voix est prévu pour des terminaux centrés données mais pouvant transférer voix et données.
WRAN
Issu de la norme IEEE 802.22 ce sont des réseaux sans fil couvrant une large zone géographique. Cette norme vise à créer des réseaux sans fil dont la zone de couverture est comprise entre 40 et 100km, en utilisant la bande de fréquence VHF/UHF entre 54 et 862Mhz (fréquence de télévision).
Afin d’éviter les interférences avec les canaux utilisés par les télévisions, il utilise seulement les fréquences qui ne sont pas attribuées aux chaines de télévision. Elle utilise un canal de 6.7 ou 8Mhz et peut avoir un débit de 18Mbps pour un canal de 6Mhz. Cette norme peut donc offrir un accès sans fil haut débit aux régions peu peuplées.
Types d’interconnexion et d’architectures des réseaux sans fil
a)Types d’interconnexion
❖Liaison point à point
Etant un cas particulier du mode infrastructure, il permet de connecter deux points du réseau grâce à deux antennes généralement bidirectionnelles.
❖Liaison point à multipoint
Ayant un système central et des systèmes périphériques, seul le système central peut communiquer avec l’ensemble des terminaux. La gestion de l’ensemble peut s’effectuer par le centre.
b)Types d’architectures
❖Réseau sans fil sans infrastructure
Les réseaux sans fil ou Ad-Hoc sont des réseaux distribués et spontanés qui sont composés uniquement de terminaux mobiles et utilisent en générale la liaison multipoint à multipoint. De ce fait, chaque nœud joue à la fois le rôle de routeur pour relayer les messages adjacents vers un nœud qui n’est pas situé dans un voisinage immédiat.
❖Réseau sans fil avec infrastructure
Contrairement aux réseaux ad-hoc, les réseaux sans fil avec infrastructure sont composés de stations de base ou point d’accès et de terminaux mobiles ou nœuds mobiles, dont l’ensemble forme ce qu’on appelle réseaux cellulaires.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LA TECHNOLOGIE WIMAX ET LA NORME IEEE 802.16
1.1 Introduction
1.2 Présentation de la technologie WIMAX
1.2.1 Historique et évolution
1.2.2 WiMAX et les réseaux sans fils
1.2.3 Le réseau d’accès BLR en WIMAX
1.3 WIMAX et la norme IEEE 802.16
1.3.1 Les différents standards de 802. 16
1.3.2 Architecture générale des réseaux WIMAX suivant les couches de 802.16
1.3.3 Domaines d’applications WiMAX
1.4 Conclusion
CHAPITRE 2 METHODOLOGIE ET MODELISATION DANS LA PLANIFICATION D’UN SYTEME WIMAX
2.1 Introduction
2.2 Description d’une méthodologie de planification
2.3 Concepts basiques et caractérisation du canal radio
2.3.1 Phénomène de propagation à grande échelle
2.3.2 Phénomène de propagation à petite échelle
2.3.3 Perte de multi-trajet
2.3.4 Effet Doppler
2.4 Outils dans un modèle de planification de système WiMAX
2.4.1 Modélisation de la couche PHY
2.4.2 Modélisation de la couche MAC
2.4.3 Conclusion
CHAPITRE 3 EVALUATION DE PERFORMANCE D’UN RESEAU WIMAX
3.1 QoS dans le réseau
3.1.1 Réalité sur le réseau
3.1.2 Les principales métriques liées à la QoS
3.1.3 Gestion de QoS dans WIMAX
3.2 Principe d’études des performances
3.2.1 Indicateurs de performance
3.2.2 Caractérisation de la performance en WIMAX
3.3 Analyse des performances du réseau
3.3.1 Niveau de couverture selon le choix de la réutilisation de fréquence
3.3.2 Niveau de trafic
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4 AMELIORATION DU TRAFIC AU MIEUX PAR LES TECHNIQUES D’AJUSTAGES AVANCEES ET D’ORDONNANCEMENT DE RESSOURCES RADIO
4.1 Généralité
4.2 Amélioration des performances en Reuse 1 avec beamforming adaptatif
4.2.1 Introduction
4.2.2 Principe et condition
4.2.3 Application des permutations de sous porteuses sur le beamforming
4.2.4 Simulation
4.2.5 Conclusion partielle
4.3 Amélioration des performances par les modèles de trafic au mieux (BE) pour les réseaux WiMAX
4.3.1 Modélisation en mono profile
4.3.2 Modélisation en multi profile
4.3.3 Principe
4.3.4 Modèle analytique de Markov
4.3.5 Politique d’ordonnancement conventionnel
4.3.6 Politique d’étranglement
4.3.7 Paramètres de performances
4.3.8 Simulation
4.3.9 Conclusion partielle
CONCLUSION
