Présentation de la technologie

Livre blanc
Livre blanc - Wireless Outdoor Router Protocol
Présentation de la technologie
©2012
©2010 Tous droits réservés. Proxim Wireless Corporation.
Corporation
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Livre blanc - Wireless Outdoor Router Protocol
Introduction au WORP®
a été conçu pour analyser le média d'accès et communiquer
seulement lorsque le média est exempt de toute transmission ; ceci
WORP® est un protocole fiable, sécurisé et efficace, conçu pour
est généralement connu sous le nom de Collision Sensing Medium
optimiser les performances des liens multi-play extérieurs sans fil Point
Access/Collision Avoidance (CSMA/CA, couche liaison de données).
à Point (PtP) et Point à Multipoint (PtMP) en utilisant la technologie
Quand un SU souhaite transmettre des données, il écoute d'abord
de radiocommunication par paquets, y compris l'utilisation de la
pour déterminer si oui ou non un autre SU transmet sur le média sans
technologie de pointe Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO).
fil. Si le canal est détecté comme "inactif", le SU peut commencer
L'utilisation de composants radio standard fabriqués en grande
le processus de transmission ; sinon le SU attend que le canal ne soit
série permet à Proxim de proposer une solution économique, riche
en fonctionnalités, et essentielle aux missions de surveillance, de
sécurité physique ou d'accès des utilisateurs finaux.
plus "occupé" pour transmettre.
Qu'est-ce que le problème de nœud caché ?
WORP® évite la dégradation des performances qui touche les
Les SU peuvent souvent ne pas détecter la présence d'autres SU
technologies basées sur les normes sans fil quand elles sont utilisées
dans le réseau en raison de plusieurs causes mentionnées ci-dessous.
pour la connectivité longue portée en extérieur : effet connu sous le
Ceci est souvent appelé le "problème de nœud caché", entraînant
nom de "problème de nœud caché".
une corruption excessive du canal car le SU pense que le media est
disponible pour la transmission, mais en fait il ne l'est pas.
Communication de plusieurs appareils sans fil
Dans un scénario typique de communication sans fil en extérieur,
plusieurs stations clientes (SU) communiquent avec une station de
base (BSU) comme présenté dans l'image ci-après. Afin d'éviter
les collisions de paquets de données de plusieurs SU un protocole
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Quelles sont les causes du problème de nœud caché ?
Solutions pour éviter le problème de nœud caché
Des obstacles comme les nouvelles constructions ou des
barrières naturelles comme les collines, les arbres etc.
Utiliser le RTS/CTS
Car avec la méthode Request to Send / Clear to Send, les SU peuvent
demander au BSU de transmettre (Request to Send) puis attendre
que le BSU fournisse le feu vert (Clear to Send).
Inconvénients
Bien que le RTS/CTS atténue le risque dans une certaine mesure, il
n'élimine pas complètement le problème.
Augmenter la puissance de toutes les stations
Augmenter la puissance de transmission des SU augmente la portée
de transmission de chaque station. Si la portée de transmission
de toutes les stations augmente, cela augmente également la
probabilité que les stations s'entendent entre elles.
Inconvénients
1.
La plupart des stations client ont une puissance de transmission
fixe.
2.
Augmenter la puissance peut ne pas être autorisé selon les
régulations nationales/locales.
Déplacer le SU du nœud caché
Deux SU aux extrémités opposées d'une cellule de couverture
de fréquence radio (RF) ne peuvent s'écouter mutuellement
comme présenté dans l'image ci-dessous.
SU A et BSU s'entendent entre eux
SU B et BSU s'entendent entre eux
Si une station est dans une zone où elle ne peut être entendue,
la déplacer dans la zone de portée de transmission des autres SU
résoudra le problème.
Inconvénients
Déplacer les SU n'est que rarement mis en œuvre en raison des
coûts élevés.
Ajouter un autre SU
Si déplacer les nœuds cachés n'est pas une option possible, ajouter
un autre point d'accès dans la zone cachée pour fournir une
couverture rectifiera également le problème.
Inconvénients
Ajouter des SU n'est que rarement mis en œuvre en raison des
coûts élevés.
SU A et SU B ne peuvent pas s'entendre entre eux
Comment WORP® résout intelligemment le problème
de nœud caché ?
L'algorithme à jeton WORP® assure que les collisions ne puissent
pas se produire en n’autorisant seulement qu’un SU à la fois pour la
transmission, sans augmenter l'overhead (le nombre de trames de
contrôle). En fait, il réduit l'overhead en envoyant des accusés de
réception incorporés dans la trame de données suivante, de sorte
à réduire le nombre de trames jusqu'à 50 %, ce qui augmente les
performances du réseau.
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WORP® intègre de nombreuses autres améliorations de protocole
pour une variété d’équipements et groupes de clients. Cela permet
basée sur les standards industriels IP (Internet Protocol). Ce qui
aux fournisseurs d'accès de différencier encore plus leurs offres de
donnent à WORP® son avantage concurrentiel, tout en le rendant
services et de maximiser leurs revenus.
riche en fonctionnalités et fiable.
Qualité de Service (QoS)
Avantages de WORP® dans un environnement
extérieur
WORP® assure que les données les plus importantes arrivent
Plus de bande passante utile
dans les profils QoS, similaires à la définition QoS de la norme
prioritairement en différenciant les priorités de trafic comme défini
802.16 WiMAX.
En résolvant le problème de nœud caché, WORP® augmente
la bande passante utile totale du système multipoint. La bande
passante utile avec WORP® est supérieure à toute autre solution de
protocole utilisée dans un environnement extérieur. WORP® est un
protocole plus efficace qui protège le système contre les collisions
de paquets et transmet les données de manière optimale, ce qui
WORP® permet aux fournisseurs d'accès de prioriser le trafic, en
allouant la bande passante selon le type de trafic. La QoS intègre
les éléments suivants :
•
trafic
augmente les performances globales.
•
Plus de clients simultanés
Une solution extérieure point à multipoint peut connecter de 5 à
10 SU, mais dans les déploiements à fort trafic, les performances
commencent à souffrir des collisions avec seulement deux SU. Une
solution qui utilise WORP® peut quant à elle connecter plus de 100
SU sans dégradation de la bande passante utilisable, ce qui permet
à un plus grand nombre de SU simultanés d'être actifs dans un
environnement sans fil multipoint.
Planification intelligente
WORP® utilise une planification intelligente de transmission du jeton
aux SU afin d’éviter de gaspiller de la bande passante pour les SU
n’ayant pas de trafic à transmettre. Le BSU décide dynamiquement
à quelle fréquence un SU doit être interrogé, en fonction du trafic
actuel depuis et vers chaque SU et des paramètres de priorité pour
ce trafic. La planification s'adapte dynamiquement au trafic réel.
La planification est encore optimisée par le respect des limites de
bande passante configurées pour chaque SU.
Contrôle de bande passante
Les règles d'identification de paquets (PIR) qui classifient le
Les classes de flux de service (SFC) qui définissent la priorité, la
bande passante, la latence et le jitter pour le trafic
•
Les classes de qualité de service (QoSC) qui associent les SFC
aux paquets identifiés par les PIR
Il y a aussi un tableau qui définit quelle QoSC sera assignée à chaque
SU durant son enregistrement.
Transfert de données fiable avec retransmission sélective
WORP® garantit une transmission fiable des données pour tout le
trafic sauf les broadcast/multicast qui par nature n’ont pas d’accusé
de réception et ne sont pas retransmis. Une transmission fiable des
données est atteinte par un accusé de réception et une retransmission
sélective des données perdues durant la transmission. Un mécanisme
de fenêtrage est utilisé pour éviter le ralentissement du débit causé
par les données suivantes en attente de retransmission d'une part
de donnée. La transmission continue tant que les données suivantes
entrent dans la fenêtre, tandis que les retransmissions de données
sont planifiées et toutes les données confirmées sont retirées de
la fenêtre. Côté récepteur, toutes les données qui entrent dans la
fenêtre sont stockées puis envoyées au système pour transmission
sur Ethernet dans le même ordre où elles ont été reçues sur le
WORP permet à l'opérateur de contrôler la bande passante réseau,
transmetteur, avec la même classe de priorité, car les différentes
protégeant ainsi le réseau d'une utilisation excessive de la bande
données sont envoyées par ordre de priorité.
passante par l'un des SU. En outre, il permet aux fournisseurs
Si les données ne peuvent pas être transmises avec fiabilité dans
d'accès de différencier leurs offres de services.
la fenêtre ou dans le délai d'expiration QoS spécifié, elles seront
®
Contrôle de bande passante asymétrique
abandonnées pour éviter qu'un empilement de données anciennes
et non pertinentes n'engorgent un lien durant et après une
La bande passante asymétrique donne à l’administrateur réseau la
perturbation du lien, de sorte que les données récentes puissent
possibilité de définir différents niveaux de bande passante maximum
être envoyées dès que le débit du lien s'améliore.
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Overhead plus faible
Sécurité
L'overhead d'un lien WORP® est minimisé par l'utilisation de
WORP® supporte le cryptage AES 128 bits et 256 bits. Il a été le
l'agrégation de paquets, de la fragmentation, et du bursting.
premier à obtenir la certification FIPS 140-2 niveau 2 sur une radio
Optimisation de la qualité du lien
La qualité du signal des deux côtés du lien est disponible à chaque
autonome. Chaque trame WORP® est cryptée ; il n'y a aucune perte
de sécurité dans les broadcast ou les trames de gestion car rien n'est
envoyé sans être crypté par la méthode de cryptage définie.
extrémité, de sorte à pouvoir prendre une décision optimale pour
L'authentification mutuelle évite les attaques par interception (man‑in-
améliorer le lien, en se basant sur les conditions du signal local, mais
the-middle). Le blocage intra-cellule évite que les données d'un SU
aussi du signal distant. Afin de soutenir l'optimisation de la qualité
soient visibles par une autre station distante. Il y a d'autres fonctions
du lien, WORP® transporte des champs qui contiennent le rapport
supplémentaires, qui ne sont pas liées à la gestion du transfert de
de qualité de signal de l’unité distante.
données ou à la qualité du lien et qui n'affectent pas directement le
WORP® mais qui sont supportées par les radios WORP® :
MIMO, intervalle inter-paquets, flux de données et sélection
de l'antenne
•
Réseau local virtuel (VLAN)
•
Filtrage et contrôle d'accès
tailles d’intervalles inter-paquets, un ou deux flux de données, et la
•
Authentification RADIUS
sélection de l'antenne.
•
Pont, routage, et translation d'adresse réseau (NAT)
Sélection du taux de données dynamique (Dynamic Data Rate
Selection DDRS)
•
Gestion à distance sécurisée et supervision de qualité
•
Sélection dynamique de fréquence (DFS), canal préféré,
WORP® supporte désormais la technologie de pointe MIMO, plusieurs
blacklisting, et service de contrôle d'accès (ACS)
La fonction DDRS permet au WORP® d'ajuster dynamiquement la
modulation à laquelle le trafic sans fil est envoyé. Cette fonction
•
Densité de satellite et taille de cellule
est particulièrement importante dans les réseaux point à multipoint,
•
Analyseur de spectre
•
Alignement d'antenne
quand différents SU peuvent supporter différentes modulations en
raison de leur distance respective avec le BSU, ou d'autres conditions
environnementales. Avec DDRS, WORP® optimise dynamiquement
la modulation sans fil vers chacun des SU indépendamment des
Fonctionnalité WORP®
autres SU dans le réseau, ce qui maintient le débit net global au
Broadcasts et enregistrement
niveau le plus élevé possible pour chaque appareil. Cette fonction
Dans un système WORP®, le BSU fait office de contrôleur de
optimise le débit même pour les liens qui ont différentes conditions
RF sur le BSU et le SU, en optimisant indépendamment les taux de
donnée de la liaison descendante et de la liaison montante.
Itinérance
Avec l'itinérance, le WORP® supporte la mobilité des SU, ainsi que
de tous les nœuds réseau connectés au SU. Le changement de
topologie réseau induit par les événements d'itinérance est géré
automatiquement par le protocole propriétaire Proxim et répercuté à
travers le réseau ; cela assure que toutes les informations pertinentes
sur la nouvelle topologie soient mises à jour à temps, ce qui maintient
le flux de trafic via le SU en itinérance virtuellement ininterrompu.
trafic. Pour que le SU reconnaisse le système, le BSU transmet les
broadcasts. Ces broadcasts ont lieu fréquemment, au moins toutes
les 150 ms ou plus vite selon le paramétrage. Le BSU broadcast
seulement vers les SU qui on la même clé de cryptage, les mêmes
nom de réseau et nom de BSU.
Une station qui souhaite joindre un système peut le faire dès
qu'elle voit le broadcast du BSU. Quand le nombre maximum
défini de SU s'est enregistré au BSU, les broadcasts s'arrêteront
jusqu'à ce qu'un SU se désenregistre. L’enregistrement et
l'authentification mutuelle sont basés sur le protocole MD-5 avec
secret partagé. La négociation de bande passante pour un SU
spécifique a lieu entre le SU et le BSU pour effectuer la gestion de
bande passante. Pour chaque SU enregistré, un numéro de port est
alloué jusqu'à un maximum de 250.
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Interrogation de station cliente, demande de service et
planification dynamique
100 octets). Ces trames courtes impactent le débit effectif.
Le BSU interrogera régulièrement chaque SU, au minimum toutes
améliorer le débit effectif du système en minimisant l'overhead.
les 4 secondes (mode sommeil). Quand un SU a de nouvelles
Avec l'agrégation de paquets, WORP® rassemble plusieurs
données, dès qu'il voit le broadcast du BSU, il demandera à être
paquets dans une trame. La fragmentation sépare les paquets sur
interrogée immédiatement si il n'a pas été interrogé depuis le
deux trames.
dernier broadcast. Le BSU planifie le SU pour une transmission de
jeton basée dynamiquement sur la quantité de données en attente
WORP® utilise l'agrégation de paquets et la fragmentation pour
Cryptage
d'envoi vers chaque SU pour optimiser l'utilisation de la bande
Toute communication WORP® est envoyée dans des trames de
passante disponible.
données de sorte à ce que chaque information soit toujours
envoyée selon le type de cryptage paramétré.
Fenêtrage, retransmission et délai d'expiration
Les données sont envoyées entre le SU et le BSU avec un numéro de
Contrôle de bande passante
séquence incrémentiel, et chaque trame est confirmée. Les nouvelles
Le fournisseur d'accès réseau peut limiter la bande passante que
données sont envoyées immédiatement, même si la "fenêtre"
chaque client est autorisé à utiliser. Ceci se fait dans les SU. Le
de numéros de la dernière séquence n'est pas encore remplie. Le
contrôle de bande passante peut être configuré par lien SU-BSU.
bas de la fenêtre montre le numéro de séquence confirmée. La
Il est asymétrique, traffic montant et descendant peuvent être
retransmission a lieu seulement quand plusieurs trames ont été
configurés indépendamment de sorte que les fournisseurs d'accès
envoyées et pour lesquelles aucun accusé de réception n'a été reçu.
puissent proposer différentes offres de service à leurs clients.
La retransmission se fait sélectivement sur les trames manquantes
seulement. Le délai d’expiration et l’abandon ont lieu quand les
données restent trop longtemps dans la queue de transmission (plus
de 1,5 secondes avec une taille de tampon maximale de 512 trames
ou 16 entrées) avec un délai d’expiration qui dépend du taux de
données radio et du nombre de SU enregistrées.
Le contrôle de bande passante est un mécanisme de sécurité
pour le FAI. Il garantit un partage équitable de la bande passante
disponible sur tous les systèmes actifs de sorte qu'un SU ne peut
pas consommer toute la bande passante du système. Le contrôle
de bande passante est capable de définir la bande passante
maximum (MIR), mais pas la bande passante garantie (CIR) qui
est gérée par la QoS. Le contrôle de bande passante peut être
Débit, agrégation de paquets et fragmentation
Dans un environnement réseau, les performances maximum
sont atteintes lorsque les trames ont des tailles de 2304 octets.
Les paquets Ethernet ont une taille maximum de 1514 octets.
Généralement, 60 % des messages IP sont courts (moins de
configuré de deux façons : statique dans chaque interface du SU et
du BSU ou de manière centralisée via un serveur RADIUS.
Sécurité WORP®
WORP® propose une variété de fonctions de sécurité pour sécuriser
les données dans le réseau. Premièrement, le protocole n'est
60 %
pas rendu public ou normalisé, ce qui le rend moins vulnérable
aux pirates que tout autre système basé sur des standards.
Deuxièmement, WORP® requiert que le SU s'enregistre sur le BSU,
effectuant une authentification mutuelle via une chaîne secrète
40 %
1514
MD-5. Les deux savent que leur pair appartient au réseau (ce qui
évite les SU et BSU intrus). Troisièmement, WORP® applique un
cryptage WEP+ 128 bits ou 256 bits avec évitement des clés faibles
pour crypter les données envoyées. Quatrièmement, le contrôle
20 %
d'accès (authentification) a lieu localement et via un serveur
RADIUS. Enfin, toutes les méthodes de gestion à distance sont
protégées par mot de passe. Différents mots de passe peuvent être
paramétrés pour SNMP en lecture seule, SNMP en lecture/écriture,
0
<100
128
256
512
1024
1514
Telnet et accès WEB (HTTP).
Taille de paquets de données (Octets)
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