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Grandeurs et faiblesses de la norme IEEE802.11n
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Les normes des systèmes radioélectriques promettent les merveilles de la mobilité à leurs utilisateurs. - Réseaux
Mais, d’une part, les promesses de la norme IEEE802.11n relatives à un débit cinq fois plus élevé que celui des réseaux IEEE802.11a/g et une portée plus importante ne sont pas totalement tenues encore aujourd’hui. Et sous des aspects inattendus d’autre part, ces réseaux locaux radioélectriques posent des difficultés nouvelles.
La jeunesse d’une norme
L’originalité de la norme IEEE802.11n repose sur l’utilisation d’un multiplexage spatial, facilitant la propagation et d’un système associé d’antennes d’émission réception multiples (MIMO) dans des canaux de transmission exploités à 40 MHz avec des trames agrégées. Ce système de transmission qui peut atteindre en principe un débit de 100 à 300 Mbit/s est susceptible de prolonger un protocole Ethernet filaire sur un WLAN pour offrir des services multimédias interactifs aux utilisateurs mobiles. La norme finale 2.0 devrait être ratifiée à la fin de 2009 et un certain nombre de produits "précurseurs" ont été commercialisés en version "Draft2.0" à des fins d’expérimentation.
Les premières expérimentations ont été effectuées dans des campus universitaires et des centres hospitaliers, ce qui a permis de tester la qualité des interconnexions avec des réseaux filaires en Ethernet et la capacité du système radio à transférer des images de haute qualité. Plusieurs problèmes ont été mis en évidence. La puissance déployée pour augmenter la portée du système crée des perturbations au système lui-même qui sont de nature à limiter le débit de ce dernier. D’autre part, il faut veiller à ce que la capacité en débit des LAN filaires soit en rapport avec celle du WLAN 802.11n. L’énergie nécessaire aux équipements de WLAN peut se révéler plus élevée que celle que le réseau filaire en PoE (Power on Ethernet) peut leur fournir. Enfin, des considérations nouvelles apparaissent sur le plan de la sécurité, lesquelles sont liées à l’extension de la portée du WAN et aux nouveaux formats de trame proposés. Le Cabinet Dell’Oro estime que cependant près de 40 % des routeurs déjà mis en place devraient être capables de gérer le trafic élevé des réseaux 802.11n.
Dualité des bandes d’exploitation
Les WLAN en 802.11n peuvent être exploités dans la bande des 2,4 GHz ou des 5 GHz et ils ont été conçus pour rester compatibles avec les WLAN de la génération précédente, c’est-à-dire que les utilisateurs de réseau 802.11a/b/g peuvent être associés avec des points d’accès en 802.11n et leur envoyer ou recevoir leurs paquets. Mais la configuration du réseau peut très bien changer les choses. Si, en mode mixte, des utilisateurs 802.11a/b/g et 802.11n partagent les mêmes points d’accès en 802.11n dans la même bande, le débit va décroître de 30 % pour les abonnés en 802.11n, car les terminaux doivent décoder les préambules du système 802.11a/b/g dans le préambule du système 802.11n afin d’être en mesure de dialoguer avec le point d’accès qui lui se trouve exploité en 802.11n. L’emploi du préambule 802.11a/b/g introduit un en-tête significatif qui ralentit le trafic du réseau. De plus, l’exploitation en mode mixte ne peut pas modifier l’option des 40 MHz qui n’est valable que dans la version 802.11n pure, ce qui réduit encore la capacité disponible. Mais la plupart des usages 802.11n se situeront dans la bande des 5 GHz où l’on trouvera 27 canaux distincts dans le monde entier (et 12 seulement aux Etats-Unis), selon la réglementation mise en place. Comme la bande des 2,4 GHz ne permet seulement que trois canaux séparés, les installations les plus fréquemment rencontrées seront celles en bande 5 GHz.
Performances un peu décevantes
Du fait du grand nombre de paramètres mis en cause, les performances des systèmes sont d’ordre variable, bien que les promesses aient été grandes. Dans tous les WLAN, les difficultés majeures viennent de la disponibilité des fréquences, de la nature des murs, du nombre de cloisons réflectives et des équipements et appareils de mesure fournis par l’installateur, sans compter de la diversité des équipements achetés par les utilisateurs. De nouvelles difficultés apparaissent ici, dans les réseaux 80.211n, du fait du grand nombre de combinaisons qui peuvent se présenter du fait de la mise en présence, pour chaque liaison, de deux émetteurs et de deux récepteurs fonctionnant en parallèle dans le cadre de la technologie MIMO (multiple input, multiple output) ainsi que du nombre de flux de données transmis à chaque instant. L’expression “NxN” est utilisée pour décrire le nombre d’antennes disposes à chaque extrémité du canal de transmission 802.11n. La configuration minimum exigée par la norme est donc celle dite "2x2" (soit deux antennes émettrices et deux antennes réceptrices exploitées en concurrence). Les premiers essais effectués montrent que les performances s’améliorent de 20 % dans une configuration de type "2x3", par rapport à une "2x2" dans un canal de transmission de 20 MHz de largeur. Dans un canal de 40 MHz, les performances s’améliorent de 40 % en "2x3", par rapport à une configuration "2x2" sur un parcours de 10 mètres et de 20 % sur un parcours de 20 à 30 mètres. Et il faudrait pousser plus loin les mesures, mais jusqu’ici aucun grand réseau 802.11n avec des milliers de points d’accès et des canaux transportant des centaines d’applications multimédia n’a encore été déployé.
Aménagement des fréquences radio
Dans un certain sens, cette norme IEEE802.11 astreint les techniciens à mettre au point des règles plus précises relatives à la gestion pratique du spectre radioélectrique. Il est possible en effet d’alterner l’ordre des canaux livrés à l’exploitation afin d’éviter les interférences. Si la même adresse MAC est attribuée à tous les points d’accès d’un canal unique, l’affectation du trafic se fait automatiquement, sans mettre en cause l’équipement du client, ce qui ralentit un peu le débit réel, mais évite des engorgements ou des blocages dans l’acheminement ainsi que le risque d’interférence.
La philosophie de desserte d’un immeuble en points d’accès a été également l’objet de thèses et de controverses. Fort heureusement, il existe aujourd’hui des outils qui permettent de déterminer combien de points d’accès sont nécessaires sur un site déterminé et comment il faut placer ces derniers pour obtenir un débit minimum défini. La RSSI (received signal strength indication) ou indication de la puissance du signal de réception, constitue un critère majeur à ce sujet, car sa mesure évite de créer des zones d’ombre. Les points d’accès 802.11n étant deux à trois plus coûteux que ceux de la génération précédente (soit de l’ordre de 1 300 euros pièce), l’opération mérite d’être bien étudiée. A la différence des techniques précédentes, la technologie 802.11n met en jeu les parcours multiples, qui combinent le signal en parcours direct avec des signaux réfléchis du premier afin d’améliorer les performances. Toutefois, les effets des parcours multiples peuvent modifier l’organisation du positionnement des points d’accès. Des modélisations proposent des outils de prédiction afin de définir les meilleurs emplacements possibles. Enfin, les canaux à 2,4 GHz peuvent être associés aux canaux à 5 GHz afin d’utiliser les meilleures possibilités de propagation, même au risque de ralentir le débit des abonnés en 802.11n. Capacité du réseau filaire et puissance nécessaire
Le raccordement d’un réseau radio au réseau fixe doit s’effectuer en tenant compte des ressources locales. Un réseau 80.2.11n qui apporte 100 Mbit/s par client doit être connecté à un ensemble de multiplexage adapté afin de ne pas mettre en péril la qualité de service. De même, le câblage en PoE (Power over Ethernet) permet de transmettre une puissance de 15,4 watts en sortie qui, après 100 mètres de distance devient égale à 12,95 watts, ce qui peut ne pas correspondre aux besoins de certains points d’accès. Les équipements conformes à la prochaine norme IEEE802.3at relative au PoE qui est attendue à la fin de 2009, délivreront 30 watts. Il faut donc jongler avec les ressources disponibles dans l’attente de ces nouveaux équipements.
Les systèmes 802.11n exigent l’emploi de la norme 802.11i, relative à la sécurité, l’authentification et au chiffrement, d’un niveau de protection supérieur à ce que pouvait procurer les méthodes précédentes, comme celle de WEP (Wired Equivalent Privacy). Mais de nouveaux risques apparaissent, parce que 802.11 est capable de transmettre à une portée double que celle que permettaient les WLAN d’autrefois, ce qui aggravent les risques de fuite ou d’écoute passive des signaux, en cas de mauvaise configuration.
Les équipements qui vagabondent en proximité peuvent entendre de façon passive tous les paquets émis dans le voisinage, ce qui présente un risque sérieux dans les milieux industriels ou commerciaux, car ces équipements demeurent indétectables aux systèmes de détection WIPS (Wireless Intrusion detection/Prevention Systems). Fort heureusement, il existe de nouveaux WIPS qui permettent de détecter les émetteurs récepteurs non autorisés à se connecter sur les réseaux d’entreprise. Cependant, comme il faut deux fois plus de temps pour explorer un canal à 40 MHz qu’un canal à 20 MHz, le pirate peut parvenir à ses fins sur un petit nombre de paquets sans être détecté, les acquittement (ACK) n’étant actuellement pas protégés.
En mobilité, par définition, les applications et les interférences se comportent de façon différente dans tous les réseaux 802.11n et des outils de tests sont nécessaires pour identifier les défauts et optimiser les performances. La voix, qui est souvent associée aux services des WLAN, constitue un critère de choix, car elle est sensible aux retards de propagation, aux changements de parcours entre points d’accès, L’IEEE a ratifié récemment les extensions au 802.11, y compris 802.11r pour le "Fast Handoff" et 802.11k pour le "Radio Resource Measurement". Avec le fait d’allouer des priorités pour les paquets, et d’assurer le contrôle d’appel, et l’équité de temps d’antenne, ces améliorations devraient permettre de résoudre les problèmes nés du déplacement et des interférences. Les outils de mesure demeurent indispensables pour assurer la qualité des conversations en temps réel.[www.flukenetworks.com/wireless]