Wimax

Particularités techniques

La couche physique

Comme toutes les technologies utilisant la voie hertzienne le Wimax est soumis aux interférences du milieu dans lequel les ondes se propagent. Plusieurs technologies permettent d’atténuer la perturbation du signal par le bruit environnant. Ces technologies ont évoluées avec les versions du Wimax :

Les différents types de couches physiques
Figure 4 – Les différents types de couches physiques

Les différentes modulations

Sur une liaison radio la modulation de fréquence va permettre de diviser le canal pour plusieurs utilisateurs mais surtout la modulation va rendre le signal moins sensible aux perturbations extérieures et permettre ainsi une meilleure transmission. La modulation peut permettre au signal de traverser de petits obstacles, d’augmenter son rayon d’action, etc.

La modulation OFDM

Le principe de l’OFDM (Orthogonal Frequency Division Modulation) est la transmission sur plusieurs fréquences orthogonales. Ce principe va diminuer la perception des interférences notamment en nlos (non line of sight).

La modulation OFDM permet de moduler en fréquence jusqu’à 256 clients.

la modulation OFDM
Figure 5 – la modulation OFDM
La modulation OFDMA

L’OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiples Acces) reprend le principe de l’OFDM. Dans cette version il est désormais possible d’attribuer jusqu’à 2048 utilisateurs qui cette fois, à la différence de l’OFDM, sont attribués de manière dynamique. En effet si un utilisateur a besoin de trois fois plus de bande passante qu’un autre utilisateur alors la modulation lui allouera 3 emplacements alors que l’utilisateur normal n’en aura qu’un seul.

la modulation OFDMA
Figure 6 – la modulation OFDMA

Les différents duplexages

Le duplexage, ou comment diviser la transmission entre le débit montant et le débit descendant, peut être réalisé soit par temps soit par fréquence.

Le duplexage FDD (Frequency Division Duplex)

Le FDD est un duplexage fréquentiel. La voie montante et descendante utilisent les mêmes intervalles de temps mais avec des fréquences séparées.

Le Wimax utilise le HFDD ( half-duplex FDD). Le HFDD mixe les liens pour offrir tour a tour du full et du half duplex.

Le duplexage FDD
Figure 7 – Le duplexage FDD
Duplexage TDD (Time Division Duplex)

Multiplexage temporel dans les deux sens de transmission sur une seule fréquence : les voies montantes et descendantes utilisent à tour de rôle la même fréquence.

Le duplexage TDD
Figure 8 – Le duplexage TDD

La couche MAC

La couche Mac du Wimax est composée en trois sous-couches : la sous-couche sécurité, la sous-couche commune et la sous-couche convergence.

La sous-couche sécurité

La couche sécurité s’occupe de l’authentification et du cryptage des connexions.

La sous-couche commune

La sous-couche commune établit et gère la connexion. A l’établissement de la connexion elle génère le CID, elle fait les demandes de bande passante et de qualité de service. Le CID est l’identifiant de connexion. En Wimax l’adresse MAC n’est plus utilisée une fois la connexion établie.

La sous-couche convergence

Le rôle de cette couche est de formater les données venant des couches plus hautes en données qui pourront être transmis sur le réseau Wimax. Les données de tailles variables vont être redimensionnées en plusieurs paquets de taille fixe puis envoyé aux sous-couches inférieures.

Le Format des trames

La trame Wimax

La trame Wimax
Figure 9 – La trame Wimax

La trame se décompose en trois parties. La première partie correspond à l’en-tête de la trame donnant les informations principales sur le transfert des informations. Le payload correspond aux données transportées par la trame. Et enfin, le CRC. Celui-ci est facultatif, il permet au récepteur de la trame de vérifié l’intégrité de la trame.

Les en-têtes de la trame Wimax

Il existe deux types d’en-têtes aux trames Wimax :

en-têtes Wimax
Figure 10 – en-têtes Wimax

Comme on peut le voir plusieurs champs sont communs. HT nous donne le type d’en-tête, on peut ainsi définir la trame comme incrémentale ou agrégée. EC informe sur l’encryption de la trame, si le champ est nul alors la trame n’est pas encryptée. RSV définie une réservation. LEN donne la longueur du paquet en comprenant l’en-tête et le CRC s’il est présent. EKS est l’index de la clé d’encryptage.

Le payload

Le payload est la partie où les données sont transportées, le payload constitue la partie centrale de la trame Wimax.

Le payload
Figure 11 – Le payload Wimax

Le payload se s’organise en différentes parties contenant chacune un en-tête et un message de management. Le message de management se compose de deux parties : le type de message et les données.

MAC Management Message

Il existe trois types de management de message :

La connexion basique (« Basic Management Connection »), ce type de management est utilisé pour l’envoi de messages courts ou critiques.

La première connexion de management (« Primary Management Connection»). Le Wimax utilise ce type de management pour les messages longs tolérant sur les délais de réception.

Enfin la deuxième connexion de management («Secondary Management Connection») utilisée pour les transferts de messages standards comprenant les paquets des protocoles DHCP, TFTP, SNMP, etc.

La sécurité

Dans un premier temps la station cliente (SS) envoi une demande de connexion en envoyant ses certificats ainsi que son matériel de cryptage. Si le client a les droits nécessaires, la BS autorise l’accès au réseau et envoi un acquittement crypté avec la clé publique du client. La BS s’authentifie alors devant le client en envoyant une association de sécurité et son matériel de chiffrement. Le client vérifie l’identité de la BS puis s’enregistre sur le réseau, il reçoit par la suite un acquittement crypté, la connexion est maintenant établie et sécurisée.

Etablissement d'une connexion Wimax entre une BS et une station cliente
Figure 11 – Etablissement de connexion Wimax entre une BS et une station cliente

La Qualité de Service (QoS)

Il existe quatre types de classes de services :

La classe Unsolicited Grant Services (UGS). Cette classe est dédiée pour les flux en temps réel. Les trames sont de tailles fixes et émissent régulièrement.

La classe Real-time Polling Services. Elle permet les flux temps réel. Les trames sont de tailles variables et l’émission peut être irrégulière. Cette classe convient, par exemple, à un flux vidéo.

La classe Non-Real-time Polling Services. Le flux peut tolérer les délais, les tailles de paquets sont variables. La classe garantie juste un taux de transfert minimum. Cette classe convient bien aux protocoles de transfert de données comme par exemple FTP.

Le Best Effort. Dans cette classe rien n’est garantie on envois les données sans garantie de réception. Convient bien à la navigation Internet.