Correction Examen Rachid 2010

Réseaux Mobiles et Ingénierie Radio

28 MAI 2010

Corrections Examen final Documents non autorisés R. Elazouzi Durée 01:30 min

Exercice 1 (10 points) 1. Pour avoir accès au canal, la norme 802.11 a choisi la technique CSMA/CA. Expliquez pourquoi la technique utilisée dans Ethernet (CSMA/CD) n’a pas pu être utilisée dans la norme 802.11. Voir le cours et le TD 2. Montrer qu’avec trois fréquences disponibles, il est possible de faire un plan de fréquences. Réponse : En effet, trois fréquences sont suffisantes pour réaliser un plan de fréquences dans lequel deux antennes qui utilisent la même fréquence n’ont que peu ou pas d’interférences.

3. Pourquoi le débit effectif d’un réseau Wi-Fi est-il loin du débit théorique ? La réponse se trouve dans l’exercice 2 4. Montrer que la norme IEEE 802.11a a un potentiel plus important que 802.11b mais qu’elle a du mal à s’impose Réponse : La norme IEEE 802.11a a un potentiel plus important que 802.11b parce qu’elle évolue sur une bande passante beaucoup plus large : 200 MHz contre 83 MHz. Dans le partitionnement en fréquence, 802.11a possède 8 bandes passantes contre seulement 3 pour les 2,4 GHz. La norme 802.11a a du mal à s’imposer car son installation est plus complexe et que la norme 802.11g lui fait une concurrence

importante du fait de sa compatibilité avec 802.11b. 5. Si un point d’accès 802.11b se trouve au même endroit qu’un point d’accès 802.11a, quel est l’impact sur le débit ? Réponse : Aucun impact ! 6. Si deux clients accèdent à un même point d’accès avec des vitesses différentes (par exemple, l’un à 11 Mbit/s et l’autre à 1 Mbit/s), à quelle vitesse le point d’accès doit-il émettre ses trames de supervision ? Réponse : 1 Mbit 7. Quelle solution préconisez-vous pour maintenir un haut débit dans la cellule ? 8. La détérioration de la capacité d’un point d’accès provient en grande partie de l’éloignement de certains utilisateurs. Pourquoi ? Quel pourrait être le remède ? Indiquer les conséquences du remède proposé. Réponse : l’éloignement d’un utilisateur de point d’accès, peut dégrader la qualité de signale et provoque le problème d’inter symbole à cause de multi-chemins. Pour cela, le point d’accès est obligé de diminuer le débit pour augmenter la durée de symbole. Par contre, cette solution va avoir un impact négatif sur les autres mobiles. 9. Est-ce que les paquets RTS sont prioritaires sur les paquets de données envoyés sans RTSCTS ? Non

Exercice 2 (10 points) Les réseaux considérés ici utilisent le standard 802.11b. Une trame de données 802.11b est une trame constituée d’un entête physique, d’un entête MAC et de données utiles (provenant de la couche 3). Ces données utiles font 1000 octets dans tout l’exercice. Les paramètres importants sont donnés dans le tableau suivant : • • • • • • • • • •

Temps DIFS 50 µs Temps SIFS 10 µs Temps EIFS 364 µs Taille entête physique 192 bits Taille entête MAC pour les données 34 octets Taille de l’ACK 14 octets Taille du RTS 20 octets Taille du CTS 14 octets CWmin= 15 backoff = 3

Nous supposons que chaque station émettrice cherche à saturer le médium radio, i.e. qu’elle a toujours un paquet à envoyer sur son interface sans fil. On supposera que le temps aléatoire séparant deux émissions consécutives de paquets sur le médium radio correspond au backoff moyen. On supposera aussi qu’il n’y a pas de collision. Enfin 802.11 fournit une équité d’accès dans les réseaux où tout le monde s’entend. Par conséquent, sur le long terme, on peut supposer que toutes les stations du réseau ont accédé au médium le même nombre de fois. 1. Quel est le temps de backoff moyen s’il n’y a qu’une seule station qui émet. Réponse : Le backoff est tiré aléatoirement suivant une distribution uniforme dans la

fenêtre initiale de taille [0,31]. Donc la probabilité de tirer un backoff égal à i est de 1/32. Par conséquent, le temps moyen de backoff correspond à 310 μs 2. Quel est le débit réel d’une station qui est seule sur le réseau et qui envoie avec une modulation à 11 Mb/s un paquet de données en mode point à point ? Réponse : Le temps pour envoyer une trame 802.11 correspond donc à (noté T) T= TDIFS + TBackoff + TEntêtePHY(1Mbit/s)+ [(Taille MAC + Taille Données)*8]/DébitPhysique (11Mbit/s) + TSIFS + TEntêtePHY(1Mbit/s)+ (Taille ACK*8)/DébitPhysique = 754 + [(Taille MAC + Taille Données)*8]/DébitPhysique + (Taille ACK * 8)/DébitPhysique (µs)= 1516 micros Ceci donne un débit d'environ 5,27 Mb/s pour des paquets de 1000 octets et un débit physique de 11 Mb/s.

3. Quel est le débit réel d’une station qui est seule sur le réseau et qui envoie avec une modulation à 11 Mb/s un paquet de données en mode point à point avec le mécanisme de RTS/CTS ? On supposera que ces derniers sont envoyés à un débit physique de 11 Mb/s. Réponse : Le temps nécessaire pour envoyer un paquet de données avec les RTS/CTS = TDIFS + TBackoff + T_EntêtePHY(1Mbit/s) + (20*8)/débit_phy(11Mbit/s) + T_SIFS + T_EntêtePHY(1Mbit/s) + (14*8)/débit_phy + T_SIFS + TEntêtePHY + [(Taille MAC + Taille Données)*8]/DébitPhysique + TSIFS + TEntêtePHY + (Taille ACK * 8)/DébitPhysique = 745 + 418,7 + [(Taille MAC + Taille Données)*8]/DébitPhysique + + (Taille ACK * 8)/DébitPhysique = 1934,7 (micros) Ceci donne un débit d'environ 4,13 Mb/s pour des paquets de 1000 octets et un débit physique de 11 Mb/s. 4. Considérons maintenant deux stations qui ont toujours des trames de 1500 octets de données utiles à envoyer à 11 Mb/s. Supposons qu’il n’y a pas de collisions et que le temps de backoff pour émettre un paquet correspond au temps de backoff moyen calculé précédemment. Quel est le débit de chacune des stations ? Réponse : Si on suppose que la probabilité d’accéder au médium radio est identique pour les deux stations lorsqu’il n’y pas de collisions, alors les stations vont se partager le médium équitablement sur le long terme. Donc pour une trame envoyée par une station, il y aura aussi une trame envoyée par l’autre station. Si on fait le même calcul dans le question 3, il fallait environ 1879,82 µs pour envoyer une trame de 1500 octets à 11 Mb/s. Donc si on a maintenant deux stations, il faudra 2*1879,82 µs pour envoyer une telle trame à ce même débit (si on suppose que le backoff moyen est le même pour les deux stations et identique à 310 µs). Ce qui donne un débit réel d’environ 3,2 Mb/s pour chacune des stations. 5. Le débit de chacune des stations et donc le débit total (somme des débits des stations) sont en réalité légèrement plus élevés. Pourquoi ? Réponse : Ceci provient du recouvrement des périodes de décrémentation du backoff (correspondant aux périodes de silence). Lors d’une émission, les stations interrompues lors de la décrémentation du backoff reprennent leur backoff là où elles l’avaient stoppé et non en tirant un nouveau backoff aléatoire. Les périodes de silence

qui séparent deux émissions sur le médium radio sont donc plus petites avec deux stations qu’avec une seule. Par conséquent, le débit de chaque station et le débit total sont plus élevés que celui calculé précédemment. Il peut y avoir des collisions, mais il y en a peu avec deux stations, et la perte subie en termes de débit avec ces collisions est largement compensée par le gain obtenu via ce recouvrement des périodes de silence.

6. Supposons maintenant qu’il y a deux stations émettrices et deux stations réceptrices sur le réseau qui sont toutes à portée de communication. Les RTS/CTS sont utilisés pour envoyer les paquets. Une paire de nœuds communicants transmet tous les paquets à 1 Mb/s (trames de données et toutes les trames de contrôle) tandis que l’autre paire transmet tous les paquets à 11 Mb/s. Si on suppose que la probabilité d’accéder au medium radio est identique pour les deux stations, quel est le débit réel obtenu sur chacune des paires ? Est ce que l’anomalie de performance persiste toujours Réponse : Comme pour l’exercice précédent, si on suppose que la probabilité d’accéder au médium radio est identique pour les deux stations lorsqu’il n’y pas de collisions, alors les stations vont se partager le médium équitablement sur le long terme. Donc pour une trame envoyée par une station, il y aura aussi une trame envoyée par l’autre station. Par conséquent, chaque station va émettre une trame de 1500 octets de données utiles toutes les 15017,82 µs (13138 µs pour la trame à 1 Mb/s et 1879,82 µs pour la trame à 11 Mb/s), ce qui donne un débit individuel d’environ 800 kb/s. De manière qualitative, on peut dire que la station lente occupe le médium beaucoup plus longtemps que la station rapide pour envoyer une trame de même taille. Du coup, cela pénalise la station rapide qui doit attendre que la station lente ait fini d’envoyer sa trame.