Des chercheurs de
l'INRIA ont été parmi les premiers à imaginer des
réseaux de communication haut débit sans fil, entre ordinateurs
mobiles. Aujourd'hui encore, ils sont en première ligne pour la
standardisation des protocoles nécessaires à une nouvelle
génération de réseaux sans-fil : les réseaux
ad hoc.
Retour en arrière
Avant les réseaux sans fil, les architectures
des réseaux d'entreprise étaient particulièrement
complexes et fixes : chaque ordinateur était relié aux autres
par l'intermédiaire d'une quantité de fils, gérée
par un puissant " serveur réseau ". Puis, il y a une vingtaine
d'années, une solution révolutionnaire à l'époque,
beaucoup plus légère et économique s'est développée
: Ethernet, où un seul câble de communication (le câble
co-axial Ethernet) reliait chacun au serveur. Cette fois, il fallait gérer
la cohabitation de plusieurs communications et partager la capacité informatique.
Une équipe d'une dizaine de chercheurs de l'INRIA s'est intéressée
au sujet : comment améliorer ces réseaux filaires et permettre
une gestion décentralisée des communications, éviter
finalement de passer par ce " gendarme " central qu'est le serveur
pour entrer et sortir du réseau ? " Nous nous sommes rapidement
rendus compte que le dernier élément pénalisant pour
ces réseaux : c'était… le fil, raconte Philippe Jacquet,
responsable du projet
HIPERCOM, à Rocquencourt.
On a commencé à imaginer
un réseau Ethernet sans fil à haut débit, un réseau
dans lequel les utilisateurs pourraient être mobiles : on pressentait
de nombreuses applications, dans les bureaux, les véhicules… "
Aussi étonnant que cela puisse paraître maintenant, à l'époque,
les réseaux Ethernet commençaient à peine à être
déployés et la plupart des industriels étaient très
dubitatifs à l'idée de réseaux d'ordinateurs sans
fil. Certains s'y intéressaient pourtant pour des applications militaires
ou Apple pour les ordinateurs personnels. " Nous avons poursuivi nos
travaux et participé au développement d'une norme de standardisation
originale, baptisée Hiperlan, défendue à l'
ETSI qui
associait deux concepts, l'un développé pour Ethernet et l'autre (un principe d'autoroutage)
issu du monde Internet " poursuit Philippe Jacquet.
Hiperlan : une norme en avance sur son temps
L'autoroutage entre les ordinateurs, imaginé pour le réseau
Internet au début des années 1990, apparaissait comme une
solution pour augmenter les portées des communications des réseaux
sans fil. En raison des problèmes de brouillages
des signaux dûs aux échos engendrés par les obstacles
(murs, meubles…), plus le débit de données
est élevé, plus les portées sont réduites.
Les chercheurs d'HIPERCOM ont commencé à travailler à cette
solution dans le cadre d'un projet européen (de 1994 à 1996)
avec Dassault, Electronica, Symbionics et les universités
de Bradford et Bristol. Cette notion de réseau distribué avec
routage interne est aussi au cœur de la norme européenne Hiperlan
défendue par plusieurs industriels dont Apple, Motorola, ATT,
Canon, Daimler-Benz. Mais Hiperlan était probablement trop ambitieuse,
elle visait des puissances de transferts de 25 Mbits/s : " c'était
une sorte de " Concorde " des réseaux sans fil " se
souvient avec nostalgie Philippe Jacquet. Sur le moment, aucun industriel
ne s'est risqué à développer un produit.
Les réseaux sans fil, les fameux Wi-Fi, se sont finalement déployés
en 1996 selon une norme concurrente baptisée 802.11, défendue
auprès de l'IEEE (Institute of electrical and electronics engineers
qui édicte des standards internationaux en particulier dans le monde
des télécommunications), souvent par les mêmes industriels
qui travaillaient sur Hiperlan. Là où les européens
cherchaient à développer une norme et des produits totalement
nouveaux, les américains faisaient évoluer leurs produits,
ce qui leur a permis d'imposer plus rapidement des solutions
industrielles.
Néanmoins, la compétition avec Hiperlan a
beaucoup influencé la norme Wi-Fi, en particulier en matière
de type de réseau créé, de facilité d'accès
des utilisateurs et de mode de routage. Les réseaux Wi-Fi sont ainsi
conçus autour d'un point d'accès unique avec lequel plusieurs
ordinateurs peuvent communiquer grâce à un protocole distribué très
simple comme le proposait Hiperlan qui permet à chaque utilisateur
d'entrer ou sortir librement du réseau.
Une autre conséquence héritée d'Hiperlan concerne
la possibilité d'un fonctionnement de réseau en mode ad hoc,
un réseau mobile dans lequel les différents ordinateurs connectés à un
moment donné peuvent servir de relais les uns entre les autres et
router automatiquement les données. Ce type de fonctionnalité avait été développé dans
Hiperlan pour faire face à la faible portée des communications
dues aux débits très élevés qui étaient
envisagés. De la même façon, les réseaux ad
hoc permettent d'étendre la portée des réseaux Wi-Fi
ou d'envisager un réseau sans fil avec un point d'accès décentré comme
c'est souvent le cas. Ainsi, les mobiles hors de portée du point
d'accès peuvent utiliser les autres mobiles comme relais pour retransmettre
leur communication vers le point d'accès.
Des concepts repris dans les nouveaux réseaux sans fil
Parallèlement, les protocoles Internet devaient eux aussi être
adaptés à cette mobilité physique des ordinateurs
qui entraîne des changements fréquents de topologie du réseau.
Il fallait assurer l'interopérabilité des différents
réseaux et garantir sa stabilité pour éviter que les
transmissions ne soient interrompues, sans que le trafic nécessaire à la
connaissance de cette topologie ne mobilise toute la bande passante. En
1996, l'organisme de standardisation international des protocoles du réseau
Internet, l'IETF a lancé un groupe
de travail sur le sujet, baptisé MANET (Mobile ad hoc network). " Intéressés
par les concepts que nous avions développés dans Hiperlan,
ils nous ont rapidement contacté, se rappelle Philippe Jacquet,
pour proposer notre protocole de routage baptisé OLSR (Optimized
link state routing), adapté à Internet et optimisé pour
les réseaux mobiles. OLSR a été le premier protocole
qui a permis d'expérimenter les réseaux ad hoc sans effort
d'installation (plug and play). " Il a eu de suite beaucoup de succès
et a été téléchargé plus de 2500 fois
! Pour l'instant, les réseaux ad hoc intéressent surtout
les militaires, les constructeurs automobiles et des associations de Wi-Fistes,
qui mènent des expérimentations entre plusieurs immeubles à Berlin
ou Paris, d'ailleurs avec le protocole de l'INRIA.
Aujourd'hui, une quinzaine de chercheurs travaille toujours sur OLSR (RFC
3626, Request for comment). A l'heure actuelle,
c'est probablement OLSR qui a été le plus implémenté,
une cinquantaine de fois en France, aux Etats-Unis, au Japon, au Canada,
en Norvège, en Finlande… et par plusieurs industriels comme
Boeing ou Cisco. D'ici quelques mois, Cisco prévoit d'ailleurs de
mettre sur le marché des routeurs hybrides utilisant OLSR : ils
auront la possibilité d'être à la fois filaires et
sans fil. Les idées développées dans OLSR sont par
ailleurs reprises dans d'autres travaux de l'IETF et plusieurs propositions
de standards émanant de grandes compagnies américaines incluent
des concepts d'OLSR.
Prévoir l'intégration des équipements de troisième
génération
En outre, les réseaux sans fil doivent faire face à de nouveaux
besoins comme celui de transmettre des données multimédia à des
téléphones portables ou des assistants personnels, des équipements
dits de 3ème génération. Les industriels et les laboratoires
qui développent des technologies pour ces équipements participent à la
standardisation de ces réseaux au sein du 3GPP (3rd generation
partnership project).
Le 3GPP, créé en 1999, réunit plusieurs organismes
de standardisation comme l'ETSI et définit les normes adaptées
aux réseaux de téléphonie mobile : GSM, GPRS et
UMTS.
L'équipe de recherche ARMOR à Rennes
travaille sur les mécanismes nécessaires pour gérer
le déplacement
des terminaux mobiles de telle sorte que ces derniers puissent utiliser
plusieurs types de réseau radio (UMTS, Wi-Fi, Wi-Max, …)
de façon transparente. De cette manière, il sera possible
d'utiliser des applications multimédia (voix sur IP, visio-conférence,
vidéo à la demande, …) en utilisant à chaque
instant le meilleur moyen de communication disponible à l'endroit
où l'on se trouve. Les différentes technologies collaborent
ainsi pour offrir la meilleure couverture possible.
Des chercheurs développent également des techniques de compression
de données pour permettre la transmission efficace d'informations
multimédia sur ces réseaux GPRS ou UMTS. Plus précisément,
ils proposent au sein du 3GPP une méthode de compression des en-têtes
IPv6, déjà normalisée à l'IETF sous le nom
de ROHC (Robust header compression).
Images et JPEG sans fil
Le standard JPEG2000 se divise en plusieurs parties. La partie 1 définit le
standard initial de compression des images. La partie 11, JPWL (JPEG WireLess),
s’intéresse spécifiquement à la transmission
des images sur des réseaux sans fils. Le développement de nouvelles applications
telles que la transmission d’image et de vidéo vers des terminaux sans fils
obligent à respecter à la fois des contraintes de bande passante
et de résistance aux erreurs. Dans ce cadre, l’équipe
TEMICS a
développé un algorithme de décodage robuste.
Cette technique est désormais incorporée à la partie JPEG WireLess du standard
JPEG.
Qu'est-ce qu'une norme de télécommunication sans-fil ?
Par définition, les télécommunications sans fil supposent
des transmissions par fréquence radio. Or, la ressource radio hertzienne
est fortement convoitée, par les media télédiffuseurs
(radios, télévisions), les liaisons satellites ou encore
par les militaires. Pour développer un équipement de télécommunication
sans fil, il faut donc obligatoirement passer par la standardisation pour
se voir attribuer une bande de fréquence spécifique. En Europe,
c'est l'ETSI qui s'en charge en accord avec les différentes juridictions
nationales comme l'AFNOR, Association française de normalisation.
Concrètement, chaque standard (GSM, Wi-Fi, Bluetooth, DECT… ou
OLSR) spécifie la puissance, le mode de modulation, les protocoles à mettre
en œuvre dans les équipements dédiés pour pouvoir
utiliser cette fréquence et interopérer entre eux sans gêner
les autres appareils.
