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IEEE 802.11s

IEEE 802.11s désigne un standard de réseaux sans-fils issu des normes IEEE 802.11 et spécifiant les caractéristiques des réseaux mesh. Ce standard publié en 2011 vise à définir la façon dont les terminaux sans-fils peuvent s’interconnecter pour former un réseau WLAN dit mesh, qui s’intègre à la fois dans des topologies fixes et dans des réseaux ad hoc (pair à pair). Aidé par un certain nombre de volontaires issus de l’industrie et du monde académique, le groupe de travail IEEE 802.11s élabore des spécifications et des designs potentiels pour des réseaux sans-fils mesh. En tant que standard, le texte a été révisé et modifié un grand nombre de fois avant d’atteindre sa version finale.

802.11 désigne un ensemble de normes IEEE qui visent à définir les méthodes de transmission de données à travers les réseaux sans fils (communément appelés Wi-Fi). Les technologies les plus déployées sont aujourd’hui définies dans les textes 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n ainsi que 802.11ac et 802.11ax, qui concernent les réseaux sans-fils domestiques, d’entreprises et d’établissements commerciaux.

Motivation

La motivation principale derrière la création du standard 802.11s était de construire, avec une configuration minimale, un réseau sans fil de support, par exemple dans des bureaux ou des blocs d’appartements [1], que ce soit pour des stations fixes, portables ou mobiles dans une région locale donnée. Ce standard permet également aux corps de contrôle de standardiser l’accès à une ou plusieurs bandes de fréquence[2].

Description

802.11s étend la norme IEEE 802.11 MAC en définissant à la fois une architecture et un protocole qui permettent l’utilisation de requêtes broadcast/multicast et unicast à partir de « métriques radio-compatibles sur topologies multi-sauts auto-configurables ».

Normes similaires

La 802.11s dépend de façon inhérente des normes 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n ou encore de la 802.11ac qui transportent le trafic réseau. Il est toutefois nécessaire de redéfinir un ou plusieurs protocoles de routage de façon à s’adapter à la topologie physique des réseaux réels. Dans cette optique, la 802.11s utilise par défaut le protocole HWMP (pour Hybrid Wireless Mesh Protocol). Toutefois, on peut être amené à faire appel à d’autres protocoles, utilisés dans les réseaux ad hoc (ABR, ZRP, et le routage par localisation), faire du routage dynamique des liens (OLSR, B.A.T.M.A.N.) ou même du routage statique (WDS, OSPF). Vous pouvez vous reporter à la description détaillée de ces protocoles plus loin dans l’article.

Les réseaux mesh sont souvent constitués d’une multitude de petits nœuds. Lorsque des utilisateurs mobile ou d’importantes charges sont impliqués, une répartition vers d’autres stations est mise en œuvre, non seulement pour la 802.11 mais aussi pour les réseaux GSM, Bluetooth, PCS et autres téléphones sans fil.

La norme IEEE 802.21, responsable de cette répartition entre les nœuds respectant aussi bien la 802.11s et les autres, peut par conséquent être nécessaire. C’est par exemple le cas pour les services dotés d’une plus longue portée - plus petite bande-passante, déployés dans le but de limiter les zones isolées du réseau (e.g. le routage GSM reposant sur OpenBTS). L’accès au réseau mesh par des utilisateurs jusqu’alors inconnus est courante, en particulier pour des services dédiés à des utilisateurs transitoires, c’est pourquoi il est nécessaire d’intégrer la norme IEEE 802.11u à ces réseaux. Celle-ci assure leur authentification sans communication hors-ligne ou inscription préalables. Les approches par portails captifs pré-standards sont également ordinaires.

Spécifications
  • date de crĂ©ation: 2006
  • dĂ©bit: 10 Ă  20 Mbits/s
  • frĂ©quence: 2,4/5 GHz[3]

Comparaison avec les autres normes IEEE 802.11
RĂ©seaux locaux 802.11 : standards physiques
Protocole
802.11		 date[4] Fréquence largeur
de bande		 DĂ©bit binaire[5] Nombre
maximum
de flux
MIMO		 Codage / Modulation Portée
Intérieur Extérieur
(GHz) (MHz), (GHz) (Mbit/s), (Gbit/s) (mètres) (mètres)
802.11-1997 (d'origine) juin 1997[4] 2,4 79 ou 22[6] MHz 1, 2 Mbit/s NC FHSS, DSSS 20 m 100 m
802.11a
(Wi-Fi 2)		 sept 1999[4] 5
3,7[A](US)		 20 MHz 6 Mbit/s Ă  54 Mbit/s 1 OFDM 35 m 120 m (5 GHz)
5 000 m[A] (3,7 GHz)
802.11b
(Wi-Fi 1)		 sept 1999[4] 2,4 22 MHz 1 Mbit/s Ă  11 Mbit/s 1 DSSS 35 m 140 m
802.11g
(Wi-Fi 3)		 juin 2003[4] 2,4 20 MHz 6 Mbit/s Ă  54 Mbit/s 1 OFDM 38 m 140 m
802.11n
(Wi-Fi 4)		 oct 2009[4] 2,4
5		 20, 40 MHz 6,5 Ă  150 Mbit/s Mbit/s[B]
 4 OFDM 70 m (2.4 GHz)
35 m (5 GHz)		 250 m[7]
802.11ac
(Wi-Fi 5)		 déc 2013[4] 5 20, 40, 80, 160 MHz 6,5 Mbit/s à 3,4 Gbit/s 8 OFDM 12-35 m 300 m
802.11ad déc 2012[4] 57 à 71 1,7 à 2,16 GHz jusqu’à 6,75 Gbit/s[8] NC OFDM ou
porteuse unique		 10 m[9] 10 m
802.11af (en) fĂ©v 2014[4] 0,054 Ă  0,79 6 Ă  8 MHz 1,8 Ă  568,9 Mbit/s 4 OFDM 100 m 1 000 m
802.11ah mai 2017[4] 0,9 1 Ă  8 MHz 0,6 Ă  8,6 Mbit/s[10] 4 OFDM 100 m 100 m
802.11ax
(Wi-Fi 6 et 6E)		 fév 2021[11] 1 à 7,1[12] 20, 40, 80, 160 MHz 8 Mbit/s à 10,5 Gbit/s 8 OFDM, OFDMA 12-35 m 300 m
802.11ay (en) mars 2021[11] 58,3 Ă  70,2 2,16 Ă  8,64 GHz 20 Ă  176 Gbit/s 4[13] OFDM ou single carrier 100 m 500 m
Voir aussi :
  • A1 A2 IEEE 802.11y est Ă©quivalent Ă  la norme 802.11a mais utilise la bande de frĂ©quence des 3,7 GHz. Elle n’est autorisĂ©e qu’aux États-Unis par la FCC.
  • B par flux MIMO, avec intervalle de garde court (SGI).
  • C par flux MIMO, avec intervalle de garde long.
  • D en mode "single user" et dĂ©bit maximum pour 8 flux MIMO.

Historique

Le groupe d’étude 802.11s de l’IEEE 802.11 fut créé en . Il fut transformé en Groupe de Travail en . Un appel à proposition fut lancé en , résultant en un ensemble de 15 propositions soumises à vote en . Après une série d’éliminations et de fusions, cet ensemble fut réduit à 2 propositions («SEE-Mesh » et «Wi-Mesh»), qui furent finalement présentées comme une solution conjointe en . Le texte fut accepté en tant qu’avant-projet D0.01 après un vote unanime ayant eu lieu en .

Cet avant-projet fut l’objet de modifications issues d’échanges informels, avant d’être soumise à un vote en novembre 2006 sous la dénomination d'Ébauche D1.00[14].

L'Ébauche D2.00, soumise courant , fût refusée avec 61% d’approbation seulement. Après une année consacrée à préciser et affiner le projet, la version D3.00 était aboutie et reçue 79% des voix du WG en . Les Groupes de Travail fixèrent comme objectif pour la réunion de la résolution des commentaires issus du dernier bulletin de vote.

En , le cinquième bulletin de sponsor pour les Groupes de Travail de l’Ébauche 12.0 fût clôturé, et le projet approuvé à 97.2%.

La parution de la spécification de 2012 (la 802.11-2012) intègre directement les fonctionnalités du routage mesh[15]. La documentation IEEE pour 802.11s dénote cette spécification comme un remplacement.

Architecture mesh 802.11
Topologie d'un réseau "mesh"

Un terminal réseau sans-fil mesh 802.11s est appelé « Mesh Station » (mesh STA), ou plus simplement « nœud ad hoc ». Chaque relai forme des liens entre chaque station, à partir desquels des routes peuvent être élaborées en utilisant un protocole de routage mobile ad hoc. Un aspect clé de cette architecture est la présence de liens multi-sauts et le routage de paquets à travers d’autres nœuds vers les nœuds destinations.

Protocoles de routage

802.11s définit un protocole de routage par défaut (HWMP), mais autorise les fabricants à employer des alternatives en utilisant d’autres protocoles de routage. HWMP est issu d’une combinaison du protocole AODV, qui utilise une approche ad hoc « à la demande » ainsi que le routage à base d’arbres. Un exemple de routage ad hoc à la demande est le DSR (Dynamic Source Routing), ainsi que l’ABR (Associativity-Based Routing). L’approche de routage par AODV est identique à l’ABR. Des travaux ont été menés afin de comparer ces protocoles en détail.

Les STA mest sont des terminaux individuels utilisant des services mesh pour communiquer avec les autres terminaux du réseau. Ils peuvent cohabiter avec d’autres points d’accès 802.11 et proposer un accès au réseau mesh aux autres stations 802.11 (STAs), dont la disponibilité est large. Aussi, les STAs mesh peuvent communiquer avec des passerelles 802.11 qui permettent d’accéder à un ou plusieurs réseaux 802.11. Dans les deux cas, 802.11s fournit un mécanisme de proxy afin de proposer un support d’adressage pour les terminaux 802 non mesh, permettant ainsi aux nœuds de connaître des adresses externes.

802.11s inclut aussi des mécanismes permettant de proposer un accès déterministe au réseau, un framework pour le contrôle de l’encombrement du réseau, ainsi que pour économiser de l’énergie.

Sécurité

Il n’y a pas de rôles prédéfinis dans un réseau mesh - ni clients ni serveurs, ni initiateurs ni répondeurs. Ainsi, les protocoles de sécurité utilisés au sein des réseaux mesh doivent être des protocoles pair-à-pair (P2P) dans lesquels les différents partis peuvent engager une transmission, simultanément ou non.

Méthodes d’authentification des pairs

Entre les pairs, 802.11s définit le protocole SAE (Simultaneous Authentication of Equals ou encore “authentification simultanée des égaux”) basé sur l’établissement et l’échange de clés/mots de passe pour assurer l’authentification. SAE est basé sur le principe d’échange Diffie-Hellman, qui cependant n’implémente pas de mécanismes d’authentification. La clé de chiffrement est alors élaborée à partir d’une clé pré-partagée ainsi que des adresses MAC des deux pairs qui souhaitent communiquer. Lorsque chacun des pairs se sont découverts (et que la sécurité est mise en place), l’échange SAE a lieu. Si l’échange s’est déroulé sans erreur, les différents pairs collaborent pour mettre en place une clé cryptographique renforcée. Cette clé est utilisée avec le mécanisme AMPE (Authenticated Mesh Peering Exchange) pour établir un appairage sécurisé et déduire une clé de session sécurisée pour protéger le trafic au sein du réseau mesh, y compris le trafic de routage.

Utilisation

La technologie IEEE 802.11s est supportée par de nombreux produits comme open80211s ou encore OLPC. Avec open80211s des maillages réduits de moins de 32 nœuds sont utilisés. Certains de ces projets sont basés sur des versions antérieures de 802.11s.

Linux

Le noyau Linux intègre supporte le réseau en topologie Mesh depuis sa version 2.6.26 (sortie le ). La communauté Linux, avec ses nombreuses distributions, propose une base de test hétérogène pour les protocoles comme HWMP. OpenWrt, une distribution Linux pour routeurs, prend également en charge les réseaux maillés.

Google Wifi

BSD

FreeBSD intègre et supporte la 802.11s depuis FreeBSD 8.0.

Google Wifi

Le routeur Google Wifi utilise le protocole de réseau maillé 802.11s.

Répéteur Freebox

Le routeur Freebox pop, avec ses répéteurs utilise également le protocole de réseau maillé 802.11s.

Articles connexes

Références
  1. Sana Ghannay, Sonia Mettali Gammar, Fethi Filali et Farouk Kamoun, « Multi-radio multi-channel routing metrics in IEEE 802.11s-based wireless mesh networks — And the winner is … », IEEE,‎ (ISBN 9781424451340, DOI 10.1109/comnet.2009.5373550, lire en ligne)
  2. « IEEE Draft Standard for Information Technology – Telecommunications and Information Exchange Between Systems Local and Metropolitan Area Networks – Specific Requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications », P802.11-REVmd/D2.0, December 2018,‎ , p. 1–4601 (lire en ligne)
  3. (en) « (PDF) IEEE 802.11s: the WLAN mesh standard », sur ResearchGate (consulté le )
  4. (en) « Official IEEE 802.11 working group project timelines », IEEE, (consulté le )
  5. (en) « Wi-Fi CERTIFIED n: Longer-Range, Faster-Throughput, Multimedia-Grade Wi-Fi® Networks », Wi-Fi Alliance, [PDF]
  6. WiFi, le standard 802.11 - Couche physique et couche MAC, page 8 - Easytp.cnam.fr, mars 2007 [PDF]
  7. (en) Phil Belanger, « 802.11n Delivers Better Range », Wi-Fi Planet,
  8. (en) « WiGig and IEEE 802.11ad For Multi-Gigabyte-Per-Second WPAN and WLAN », Tensorcom Inc. [PDF]
  9. (en) White paper WLAN 802.11ad, page 3 rohde-schwarz.com, consulté en avril 2015 [PDF]
  10. (en) IEEE 802.11ah - low power, sub GHz Wi-Fi radio-electronics.com, consulté en février 2020
  11. (en) « IEEE 802.11 Working Group Project Timelines », IEEE, (consulté le )
  12. (en) IEEE 802.11ax-2021 : Modifications to both the IEEE 802.11 physical layer (PHY) and the medium access control (MAC) sublayer for high efficiency operation in frequency bands between 1 GHz and 7.125 GHz, Status: Active, Board Approval: 2021-02-09 standards.ieee.org, 9 février 2021
  13. (en) 802.11ay wireless technology: Next-gen 60GHz WiFi cablefree.net, consulté en avril 2020
  14. Daniel L Brooks et Pouyan Pourbeik, « NERC's integration of Variable Generation Task Force: Status report — Planning work group update », IEEE PES General Meeting, IEEE,‎ (ISBN 9781424465491, DOI 10.1109/pes.2010.5589470, lire en ligne, consulté le )
  15. O. Stamm, U. Latscha, P. Janecek et A. Campana, « Development of a special electrode for continuous subcutaneous pH measurement in the infant scalp », American Journal of Obstetrics and Gynecology, vol. 124, no 2,‎ , p. 193–195 (ISSN 0002-9378, PMID 2012, lire en ligne, consulté le )

Liens externes
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