La transmission sans fil, débit et temps de latence

Note d'application
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La transmission sans fil,
débit et temps de latence
→ Bertrand VERDIER – GE3
→ Projet P12AB04
→ Polytech Clermont-Ferrand année 2012 / 2013
Table des matières
Introduction..........................................................................................................................................1
Les technologies de transmission sans fil.............................................................................................2
Débit théorique maximum et débit réel................................................................................................2
Différence entre le débit utile et le débit théorique..........................................................................2
Raisons possibles de cette différence...............................................................................................3
Contexte dans lequel tenir compte de cette différence....................................................................3
Le principe de la communication.........................................................................................................4
Dispositif de transmission................................................................................................................4
Méthode d'envoi des données en flux continu.................................................................................4
Méthode du contrôle de flux............................................................................................................5
Temps de latence..................................................................................................................................5
Conclusion............................................................................................................................................6
Index des illustrations
Illustration 1: tableau de caractéristiques de technologies de transmission sans fil.............................2
Illustration 2: délai d'envoi d'une donnée.............................................................................................4
Illustration 3: Synoptique de transmission de données sans fil............................................................4
Illustration 4: Méthode d'envoi des données........................................................................................5
Illustration 5: chronogramme du contrôle de flux................................................................................5
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Introduction
Il existe de multiples technologies de transmission sans fils ayant chacune leurs
caractéristiques à savoir: la consommation, la portée, le débit, .... Ces systèmes se
révèlent plus ou moins approprié en fonction des cas de figure rencontrés. C'est pour cette
raison qu'il est nécessaire de bien se renseigner sur les propriétés de chaque système de
transmission et de les tester pour éviter toute surprise.
Le but de cette note d'application est de d’attirer l'attention sur la différence que l'on peut
avoir entre les débits réels et les débits théoriques des technologies de transmission sans
fils. Il faut en effet bien avoir à l'esprit que le débit maximum que l'on obtient en pratique
est souvent inférieur au débit théorique maximum.
Les technologies de transmission sans fil.
Depuis des décennies sont apparues de nombreuses technologies de transmission sans
fil. Celles-ci sont nées pour répondre à des besoins précis et variés. Chacune de ces
technologies possèdes des avantages et des inconvénient qui proviennent de leurs
caractéristiques propres telles que la portées, la consommation, le débit, la fiabilité, …
Le tableau ci dessous récapitule certaines
technologie de communication.
caractéristique techniques de plusieurs
Technologies de
communication
Débit théorique
(kbps)
Portée (m)
Consommation
(mA)
Wifi norme 802.11b
11000
100
175
Bluetooth SN2100
3000
100
165
Xbee série 1
250
30 – 100
50
Illustration 1: tableau de caractéristiques de technologies de transmission sans fil
Parmi les technologies de communication on peut citer :
_ Le WI-FI : souvent utilisé au sein de réseaux informatiques
_ Le bluetooth : très utilisé chez les particuliers pour remplacer les liaisons filaire reliant un
ordinateur à ces périphériques.
_ L'infrarouge : présent dans certaines télécommandes
_ Le Xbee : dont l'un des principaux atout est sa faible consommation.
_…
Les technologies de transmission sont utilisées différemment selon les besoins. En
fonction des contraintes d'un projet, un concepteur sera amené à choisir l'un ou l'autre de
ces systèmes. Il n'est donc pas souhaitable de se contenter de sélectionner la technologie
dont le débit est le plus grand. D'autres paramètre (comme la consommation) entre en jeu
et obligent à évaluer le débit nécessaire avec soin
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Débit théorique maximum et débit réel.
Différence entre le débit utile et le débit théorique.
Les débits annoncés pour chaque technologie sont des débits maximum et théoriques. Il
est en réalité peu fréquent de les atteindre. Les débits obtenus en pratique peuvent même
être très éloignés des débit théoriques. Il faut donc travailler avec deux notions: le débit
théorique atteignable uniquement dans certaines conditions et le débit utile qui correspond
à la quantité de données utiles reçue par seconde.
Raisons possibles de cette différence.
Cette différence peut être dû à diverses causes. Les systèmes de communication utilisent
habituellement un protocole de communication. Son rôle est d'assurer la coordination des
modules de communication entre eux et de fiabiliser le transfert de donner. Or ce
protocole a besoin d'ajouter de l'information supplémentaire aux trames à envoyer
(comme par exemple un en-tête, des bits de parités, de start ou de stop, l'adresse,...) ce
qui affecte le débit utile. En plus de l'information supplémentaire, il peut y avoir des
procédures d'acquittements, de contrôle et de correction des erreurs ou autres qui
ralentissent le transfert des données. Il existe encore d'autres causes pouvant être à
l'origine de ce décalage entre le débit théorique et le débit utile. Certaines technologies
peuvent admettre plusieurs source d'émissions qui une fois associées permettent de
s'approcher du débit théorique. Cela sous-entend qu'avec une seule source,le débit
théorique n'est pas réalisable. Toutes ces causes peuvent se combiner entre elles et
dégrader quelques fois fortement le débit utile.
Contexte dans lequel tenir compte de cette différence
Selon la fonction que l'on cherche à mettre au point, l'importance du débit réel n'est pas la
même. Certain systèmes peuvent se permettre de réagir avec un peu de retard. Par
exemple si une télécommande envoi un ordre de changement de chaîne un peu plus
lentement que prévu, le comportement de l'ensemble n'est pas affecté. D'autres dispositifs
exigent au contraire, que la transmission d'information se passe dans les temps. C'est le
cas des voitures radio-commandées. Les mouvements des commandes sont
échantillonnés régulièrement. Ce rythme d’échantillonnage induit un comportement bien
précis. Les données obtenues doivent être envoyées avant l'échantillonnage suivant. Le
risque si ce n'est pas le cas est de ne pas voir une correction de trajectoire donnée par le
pilote. Le comportement de la voiture est alors momentanément affecté.
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Plus généralement, il est important de prendre en compte le débit réel d'une transmission
lorsque la nature du systèmes impose un délais ou une date limite avant laquelle envoyer
les données.
Illustration 2: délai d'envoi d'une donnée
Le principe de la communication
Dispositif de transmission
Les matériels chargés d'assurer la communication sont organisés de la façon suivante: un
microcontrôleur est connecté par une liaison filaire à un système de communication qui est
relié par une liaison sans fil à un ou plusieurs appareils récepteurs.
Illustration 3: Synoptique de transmission de données sans fil
En amont de la phase d'envoi l'appareil 1 procède au calcul ou à l'acquisition des
prochaines données à envoyer. Ces données traitées sont alors envoyée au module de
communication par une liaison filaire. Le module transmet les données par la liaison sans
fil à ou aux appareils concernés. Il faut bien distinguer le débit de la liaison filaire et celui
de la liaison sans fil. Si le débit de la liaison filaire est plus rapide que celui de la liaison
sans fil des données peuvent être perdues.
Il est possible d'utiliser des méthodes permettant de limiter ces pertes. La suite de ce
document en présente deux: l'envoi en flux continu et le contrôle de flux.
Méthode d'envoi des données en flux continu.
Dans le cas d'appareils faisant l'acquisition des données à envoyer, il existe deux façon de
procéder: acquérir les données d'abord puis les envoyer (émission par paquet). Acquérir
les données et les transmettre dans la foulée.
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Illustration 4: Méthode d'envoi des données
L'envoi par paquet bien que plus simple à mettre en œuvre a l’inconvénient de
consommer pendant l'acquisition une parie du temps disponible pour envoyer les
données, ce qui suppose d'avoir un débit sur la liaison sans fil suffisamment élevé. L'envoi
en flux continu permet de régler ce problème puisque l'envoi des données à lieux
quasiment en même temps que leurs acquisition. Il est à noter qu'il existe une variante de
cette méthode consistant à moyenner les donner avant de les envoyer.
Méthode du contrôle de flux.
Certain systèmes de communication sans fils sont équipés d'une mémoire tampon
permettant de stocker les données à envoyer avant de les transmettre et d'une broche
CTS (clear to send) servant à indiquer au système en amont que la mémoire tampon
sature.
Illustration 5: chronogramme du contrôle de flux
Lorsque le système en amont envoi des données au module de communication (par la
liaison filaire), elle s'accumule dans la mémoire tampon. En cas de saturation, le module
demande au système en amont d'arrêter d'envoyer des donnée (CTS=1) et continu de
transmettre les données déjà présentent en mémoire. Dès que le la mémoire n'est plus
saturée le module prévient le système en amont qu'il est de nouveau possible d'envoyer
des données (CTS=0).
Temps de latence
Un autre paramètre à prendre en compte lorsque l'on cherche à transmettre des données
est le temps de latence. Il s'agit du temps entre le moment où une données est envoyée
au module de communication, et le moment où cette donnée est effectivement transmise
sur la liaison sans fil. Ce temps de latence est dû à plusieurs paramètres, entres autres: le
temps de réponse de l’électronique, le temps d'encapsulation des données pour les
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besoins du protocole et le temps d'établissement de la communication. Ce temps peut
avoir une influence en plus du retard qu'il introduit, notamment lorsque le délai est à peine
suffisant pour envoyer les données au module de communication. Le temps de latence
s'ajoute alors à la durée d'envoi qui peut du même coup devenir trop longue.
Conclusion
En résumé il faut toujours garder à l'esprit qu'un débit théorique est souvent différent du
débit utile car d'autre informations nécessaire au fonctionnement du systèmes transitent.
Cette différence prend plus d'importance encore pour les systèmes travaillant avec des
délais pour l'envoi de données. Il faut également se rappeler que le débit du coté de la
liaison filaire et celui du coté de la liaison sans fil peuvent être différent. Afin de parvenir à
envoyer les données à temps, divers méthode jouant sur la manière de transmettre les
données peuvent être misent en œuvre, comme l'envoi en flux continu, ou le contrôle de
flux. Par ailleurs il faut également penser à prendre en compte le temps de latence d'une
technologie de communication.
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