Presentation_802.11_F6BVP

Vers un réseau hertzien de
télécommunications numériques
à haut débit
pour les Radioamateurs
de Paris et de la région…
Bernard Pidoux, f6bvp
Janvier 2006
CONSTATATIONS
La population radioamateur vieillit …
Nos bandes VHF-UHF se dépeuplent …
Le matériel OM coûte cher … et en même temps
Universalité des téléphones portables…
Internet à haut débit (ADSL, ADSL2, VDSL…)
TV par satellite, câble, ADSL …
L’activité radioamateur est-elle condamnée à disparaître ?
Pourquoi proposer de réaliser un réseau de
télécommunications numériques radioamateur ?
- Les communications par câbles sont sans mystères …
- Il faut utiliser les ondes électromagnétiques (TSF !)
- Expérimenter avec de nouvelles technologies (spectre
étalé)
- Lutter contre l’isolement des OMs des grandes villes
- Mettre en commun nos aptitudes et connaissances
- occuper nos bandes, partagées ou non (le 802.11 utilise
une partie de la bande 13cm [2,4 GHz])
La technologie du spectre étalé
autorise des liaisons numériques à
Haut Débit : quelles applications ?
- A l’ancienne : paquet-radio AX25, BBS, DxNet,
conversation au clavier …
- nouvelles technologies : QSO vidéo (webcam),
communications vocales (VoIP) ;
- télématique : HTTP ; TELNET ; FTP ;
- … toutes les applications Internet pas trop gourmandes
en bande passante (échange d’images, de docs etc...)
Facteurs favorables au déploiement :
- le matériel informatique est déjà dans nos foyers
- faible coût du matériel 802.11 de base (WiFi est une
appellation commerciale) et installation complète,
antenne et câbles compris à moins de 300 € !
- utilisation des logiciels standard (navigateurs, courrier
électronique, FTP, etc…)
- nombreux logiciels OMs disponibles pour des
applications spécifiques
Le MATERIEL « 802.11 b/g »
- Utilise une technologie très innovante
- Travaille dans le haut de la bande amateur 13 cm
- Disponible depuis 2-3 ans
- de moins en moins coûteux
- PC portable avec puce « centrino »
- PC équipé de carte PC 802.11 ou clé USB-802.11
- PC connecté à un AP (Access Point) via un câble Ethernet
- Possibilité d’antennes extérieures (verticale colinéaire, parabole)
- Antennes construction maison (Boîte Ricoré, colinéaire coaxiale)
PRIX de revient
(novembre 2005)
- Point d’Accès « Access Point » WRT54G : 65 €
- câble Ethernet 50 m : 35 € ; pince serre câbles ( 5 €)
- fiches RJ45 : 3 €
- Antennes verticale OM ou
Stella Doradus gain 8dBi : 45 €)
ou parabolique grillagée 19 dBi
+ câble coaxial 2m : 45€
+ cordon de raccord pigtail : 25 €
Mise à jour gratuite du logiciel : (ALCHEMY ou OLSR)
- Mât vertical + collier de fixation : 20 €
- Boîte de jonction étanche : 45 €
- 10 m gaine annelée diamètre 20 mm : 20 €
Total moins de 300 € !
TECHNOLOGIE &
REGLEMENTATION
- Transmission en spectre étalé dans la partie
radioamateur de la bande 2,4 GHz (éviter canal 0 : 24002400,25 MHz réservé aux satellites radioamateurs)
- Norme 802.11 grand public : puissance <100 mW; pas
d’antenne extérieure; portée 500 m en visibilité directe;
- Radioamateurs : 1 W maxi ; antenne extérieure
autorisée; interdiction d’interconnexion avec le réseau publique.
- débit nominal : 10 – 54 Mb/s (beaucoup moins en pratique;
dépend du bilan de liaison, du bruit, de l’occupation du canal,
etc...)
Illustration d’une connexion à la
station F6BVP
( en mode ad hoc sans utilisation du réseau
collaboratif )
On prend comme exemple une connexion à partir d’un
PC équipé d’une puce « CENTRINO »
L’interface sans fils est activée…
On recherche le réseau f6bvp http://192.168.0.204
La balise du serveur affiche son adresse IP
CONNEXIONS A DISTANCE
La portée d’un AP est théoriquement de 500 m en espace
libre
Donc nécessité d’utiliser des antennes extérieures
dégagées
Et éventuellement des antennes à gain (colinéaire ou
parabole) selon la distance à couvrir
Plus rarement, il faudra un amplificateur de puissance
Pour relier plusieurs stations entre elles il faut créer un
réseau maillé («mesh network ») où chaque station assure
le relais avec ses voisins.
LES ANTENNES
PARABOLE :
- Gain élevé pour des liaisons à grande distance
- Nécessite un pointage précis de l’antenne
- utilité éventuelle d’un GPS : coordonnées et Az
- on peut aussi s’aider du logiciel GoogleEarth et d’un
plan pour déterminer la direction de la station à viser.
- et utiliser Radio Mobile pour calculer le bilan de liaison
et vérifier l’inter visibilité des stations
Comment viser vers son correspondant ?
Google Earth & Radio Mobile
deux logiciels (gratuits) utiles pour :
- localiser une station sur la carte
- mesurer altitudes, distances et azimuts
- évaluer un bilan de liaison
802.11g
Seuils de niveaux en fonction du débit :
2 Mb /s
-91 dBm
5,5 Mb/s -87 dBm
11 Mb/s -83 dBm
Premières Conclusions
802.11 = technologie numérique à très haut débit
offrant des possibilités d’applications illimitées ;
- Matériel grand public à coût réduit directement
utilisable ;
- Nécessite l’installation d’un boîtier 802.11g couplé à
une antenne sur le toit et un câble Ethernet de moins de
100 m ; l’alimentation du boîtier est possible par le câble
(PoE).
- avec un budget de moins de 300 €
- liaisons à grande distance : prévoir un amplificateur 1 Watt +
alimentation 3 A. Disponibles c/o SSB Electronics : 345 € + 39 €.
Amplificateur 1W SSB Electronics
Les transmissions radio 802.11
Comment ça marche ?
L’information est découpée en trames numériques
Mélangée à des signaux horloge et des séquences pseudo
aléatoires (pour limiter les interférences)
Transmis sous forme de modulation de phase sur de
multiples porteuses (spectre étalé)
A la réception, on reconstitue l’information d’origine à
l’aide d’opérations mathématiques très complexes…
Différents types de Réseaux
- Liaison point à point (réseau « ad hoc »)
- en grappes : stations connectées à des Points d’Accès
- Plusieurs P.A. interconnectés (maillage)
- Pour relier des P.A. trop éloignés : réseau distribué avec
connexions à Internet en trames AX25 encapsulées dans
des trames IP (AXIP) ; réseau privés virtuels ;
Le réseau radioamateur parisien
- Le déploiement devra être coordonné : canal, SSID et
utilisera un logiciel de routage automatique OLSR
(pour Optimized Link State Routing Protocol) qui
permet aux machines de trouver leur chemin sur le
réseau vers le destinataire.
- On pourra s’appuyer sur le réseau Paris Sans Fils pour
augmenter l’inter connectivité et la couverture (réseau
citoyen qui utilisera à terme le protocole OLSR)
- Au-delà de la couche transport : Réseau Privé Virtuel
purement radioamateur
Le protocole OLSR
OLSR est un protocole proactif de routage pour objet mobile, c'est
à dire qu'il interroge régulièrement son environnement, pour
connaître en permanence la topologie du réseau .
Il est utilisé dans les réseaux en grappes ou ad hoc.
C'est un programme permettant aux machines d'un réseau ad hoc
de communiquer entre elles pour s'échanger des informations sur
leur disposition.
Il est encours d’évaluation par les chercheurs (INRIA) et les
radioamateurs peuvent contribuer à le tester en grandeur réelle
Le protocole OLSR
Imaginons que nous ayons trois machines (A, B et C) qui forment
un réseau.
A et B peuvent communiquer, B et C aussi mais A et C sont trop
loin l'une de l'autre et ne peuvent donc pas dialoguer !
Avec OLSR, B va indiquer à C qu'elle peut atteindre A, et dire à A
qu'elle peut atteindre C.
Lorsque A et C voudront communiquer, B servira
d'intermédiaire/relais :
A <---> B <---> C
Le protocole OLSR
Par exemple, OLSR permet à un habitant du 12è de communiquer
avec un autre du 17è, par « sauts » via les machines se trouvant sur
le chemin.
Le réseau est alors citoyen dans le sens où chacun permet aux
autres de communiquer entre eux.
Plus le nombre de noeuds/stations sera élevé, plus le nombre de
chemins disponibles sera grand et le réseau fiable avec des
distances plus faibles entre les relais.
SIMULATION du RESEAU
- Logiciel Radio Mobile de VE2DBE
- Utilise les données altimétriques collectées par
radar à bord de la navette spatiale (Shuttle Radar
Topography Mission);
- Dessine des cartes en relief.
- Bilan de liaison en fonction de nombreux
paramètres : relief, fréquence, Tx, Rx, antennes ...
Point d’accès routeur LINKSYS
WRT 54G
Matériel :
- transceiver BCM2050 BROADCOM 802.11b/g
- Puissance (28 à 250 mW)
- 16 MB RAM / 4 MB flash
- comporte : BCM4702 et BCM4306 sur une seule puce
- Processeur MIPS à 200 MHz
- Ethernet intégré sur une puce : 4 ports + 1
Logiciel :
- Linux embarqué – Noyau 2.4.5
- Mise à jour du logiciel embarqué par fichiers téléchargeables
Conditionnement du PA station
F6BVP
- la carte du WRT54G est extraite du boîtier
- et installée dans une boîte de jonction étanche ;
- une antenne grillage parabolique (gain 19 dBi) est
connectée à la fiche antenne « gauche ».
- l’antenne fouet « droite » est conservée (pour essais);
- une gaine annelée protège le câble Ethernet dans son
trajet aérien.
- l’alimentation 12 V – 1000 mA peut emprunter le même
câble (PoE).
WRT54G
Points d’Accès Linksys WRT54G - 802.11g
- débit de 1 à 54 Mb /s
- 28 à 250 mW (attention à l’échauffement !) ;
- portée de 10 Km possible avec paraboles +19 dBi
- comporte un système LINUX (2.4) embarqué ;
- la source du « firmware » est publiée (logiciel libre); il
peut être remplacé par un plus complet avec choix de
l’antenne, réglage de la puissance, journal, OLSR, etc…
développés par des professionnels ou des groupes
d’utilisateurs
Câble ETHERNET
- comporte 4 paires de fils torsadés ;
- dont seulement deux paires sont utilisées
(pour 10 Mb/s);
- les deux autres sont disponibles pour
l’alimentation du PA (PoE) ;
- sertissage sans soudure des prises RJ45 ;
Station « 802.11 b/g » F6BVP
Mise en place du PA
- la boîte de jonction étanche est fixée avec des serre
câbles en plastique;
- une antenne grillage parabolique (gain 19 dBi) est
connectée à la fiche antenne « gauche ».
- l’antenne fouet « droite » est conservée;
- une gaine annelée protège le câble Ethernet dans son
trajet aérien jusqu’à la descente de cheminée
- l’alimentation 12 V – 1000 mA peut emprunter le même
câble (PoE).
Surveillance à distance
Le PA F6BVP-4 en place sur le toit est relié par câble Ethernet au
PC dans la station ;
On le configure à distance avec un navigateur en se connectant à
son adresse IP (configurable ) ;
L’interrogation de l’état du WRT54G donne le résumé de la
configuration et dans le menu « wireless » la liste des stations
entendues sur l’ensemble des canaux au moment de la commande
« survey ».
Exemples obtenus avec le « firmware » FREEMAN 4.0
WLAN - Wireless Local Area Network
Réseaux Locaux Sans-Fils
Construire une antenne Wifi omni ISM 2,4 GHz
par François Bergeret F6HQZ http://www.tu5ex.net/
Fabrication d'une Antenne Ricoré
L'antenne Ricoré est l'antenne directionnelle la plus
facile à fabriquer que je connaisse pour son prix et ses
performances. Son gain est estimé à 8 dBi et l'angle de
directivité à 15° (à -3dB, c'est à dire une baisse de
moitié de la puissance)
http://xtof.free.fr/wifi/ricore.html
Démonstration
Au total
- chacun peut installer une station de transmission
numérique en spectre étalé 802.11 sur 2,4 GHz
- à peu de frais (ex : colinéaire en coaxial)
- qui ne nécessite qu’une antenne de faible
dimension sur le toit
Avec une station par arrondissement on pourra
commencer à expérimenter un réseau coopératif
significatif
F6BVP vous invite à :
- participer à des ateliers de réalisation d’antennes
colinéaires en câble coaxial;
- acquérir un AP WRT54G
- faire des achats groupés (câble Ethernet, fiches RJ45,
pinces …)
- participer à des « installe parties » pour remplacer les
logiciel embarqués dans les AP WRT54G;
- utiliser le dossier type de demande d’autorisation pour
installer une antenne extérieure;
- mettre en route un réseau expérimental de transmission
exemplaire sur Paris