Topologies de réseau maillé

by Don Moskaluk
January 8, 2004

On compte 3 types de réseaux maillés :

les installations sans-fil fixes qui connectent différents endroits en utilisant le mode Ad-hoc,

les réseaux mobiles, point-à-point et ad-hoc qui ont une disponibilité variable et un nombre de noeuds en constante évolution et enfin,

les réseaux en infrastructure point-à-point qui connectent différents endroits et relient les mobiles, combinant ainsi le meilleur des 2 autres.

Les réseaux maillés fixes sont généralement construits dans .l’optique que la plupart des nœuds n’ont pas de réseau « backhaul » direct ou d’accès Internet. En effet, si chaque endroit possédait son propre accès à l’entreprise ou à Internet, l’intérêt de la distribution de services par le biais du sans-fil s’en trouverait réduit.

Dans une installation fixe, les emplacements des nœuds sont choisis dans l’optique de fournir le niveau souhaité de bande passante tout en minimisant le nombre de points. Les réseaux maillés fixes peuvent également offrir un service « hors champ de vision » en contournant un obstacle (un haut bâtiment, un ensemble d’arbres, une zone d’interférences connue) grâce à l’ajout de nœuds. Ces réseaux fixes sont en général suffisamment directionnels au niveau de chaque lien pour éviter les risques de sécurité majeurs.

Au contraire, les réseaux maillés mobiles “point-à-point” – qui sont loin d’être déployés aujourd’hui – s’appuient sur des périphériques individuels se connectant chacun entre eux dans la limite de la portée radio.. La “scalabilité” peut poser un problème dans la mesure ou chaque périphérique doit gérer les meilleurs chemins, qui peuvent changer à chaque milliseconde. Lorsqu’un lien montant (« uplink ») est ajouté par un cellulaire, un satellite ou un câble, le réseau se tient au courant dynamiquement et peut réagir instantanément.

Les réseaux nœud-à-nœud utilisent un réseau maillé fixe avec un maillage réseau mobile en mode infrastructure. Le nœud-à-nœud connecte chaque nœud en mode infrastructure et fournit un nuage réseau dans lequel les non-nœuds ou clients 802.11b-g peuvent se déplacer. Ils possèdent les avantages des réseaux maillés mobiles et des installations fixes. Les client ont la possibilité de se déplacer dans le réseau de la même manière qu’au sein d’un réseau cellulaire (« roaming »).



Le “roaming” en nœud-à-nœud

Il y a deux méthodes de roaming dans une configuration nœud-à-nœud :

Le “roaming patchwork”

Le “mobile mesh roaming »

De par leur nature, les nœuds d’un réseau mobile se déplacent dans des zones de couvertures différentes entre les réseaux.

Avec le “patchwork roaming”, les connections sans-fil entre le matériel du client et un réseau maillé, un réseau sans-fil, un hotspot Wifi public, un WLAN d’entreprise, sont difficiles à garantir. Les clients utilisent Ipv4 ce qui ne leur permet pas de changer automatiquement d’adresse IP lorsqu’ils se déplacent entre les nœuds maillés et les nœuds sans-fil. Une intervention manuelle peut être nécessaire. En général, avec ce type de roaming, on utilise DHCP à intervalles de temps très courts (quelques secondes) : on parle alors de pseudo-roaming (seamless roaming). Dans ce cas, la solution est d’attendre la démocratisation d’Ipv6.

Les maillages mobiles implémentent un adressage dynamique auto-contenu et des technologies de type « rendezvous » afin de simplifier la gestion des adresses et de permettre un véritable nomadisme sans se préoccuper du matériel des clients externes . Les périphériques mobiles peuvent joindre et quitter un maillage mobile et/ou se connecter à une infrastructure fixe, privée ou publique, tout en maintenant la connectivité aux services critiques.



Dans une topologie sans-fil maillée, chaque nœud a une connection à chaque autre nœud dans le réseau logique (realm). Il y a 2 types de topologies maillées : le maillage complet et le maillage partiel.

Une topologie sans-fil maillée complète (full mesh) est caractérisée par le fait que chaque nœud dans un realm (royaume, réseau logique) est connecté à tous les autres nœuds. Ce type de topologie offre bien sur un haut niveau de redondance ; dans le cas ou un nœud subit un disfonctionnement, le trafic réseau peut prendre la direction de n’importe quel autre nœud. Un maillage sans-fil complet est difficile à mettre en place à grande échelle en utilisant des MeshAP ; cependant, les petites zones telles que des bureaux ou des petits campus peuvent s’avérer idéales. Il faut aussi noter que le déploiement d’une topologie maillée complète est difficile.

La topologie maillée partielle offre moins de redondance que la topologie maillée complète. Avec un maillage partiel, certains nœuds sont organisés selon un schéma de maillage complet mais les autres sont seulement connectés à un ou plusieurs nœuds dans le realm. Cette topologie est utilisée aussi bien au sein de petits ou grands réseaux, ou par exemple pour compléter le « dernier kilomètre » (last mile) jusqu’à un backbone complètement maillé.

Il y a 4 types principaux de topologies maillées partielles sans-fil :

  1. Point-à-point

  2. Point-à-multipoints ou multipoints-à-point, et

  3. Multipoints-à-multipoints, 

  4. Métropolitain

Les réseaux point-à-point et point-à-multipoint ont longtemps été les standards pour les déploiements sans-fil fixes et certains réseaux 802.11. Les tests de réseaux maillés ont prouvé que ceux-ci sont plus versatiles, surpassant un certain nombre d’inconvénients des topologies sans-fil traditionnelles. Cette section va détailler les bases de la MeshAP et souligner les avantages qu’elle présente.

Topologie à nœuds point-à-point

Un réseau point-à-point est la plus simple forme de réseau sans-fil, composée de 2 cartes radio et 2 antennes à haut gain en communication directe. Les lients point-à-point sont souvent utilisés afin de fournir des connections à hautes performances ou des liens d’interconnections à grande vitesse. Ces liens sont rapides à déployer individuellement, mais ne sont pas adaptés à la création d’un réseau important. Les clients utilisent ces nœuds en configuration site-à-site (site-to-site)



Topologie à nœuds point-à-multipoints

Les noeuds point-à-multipoint ou multipoint-à-point partagent le lien entre un noeud « uplink » avec une antenne omnidirectionnelle et des noeuds répéteurs ou « downlink » pourvus d’antennes à haut gain. Ce type de réseau est plus facile à déployer qu’un réseau point-à-point parce que l’ajout d’un nouveau participant ne nécessite qu’un déploiement de l’équipement sur le site du participant, et non au niveau du nœud « uplink » ; cependant, chaque site distant doit être dans le champ et avoir une ligne de vue dégagée par rapport a la station de base. Arbres, collines et autres obstructions font des réseaux point-à-multipoint une solution peu adaptée à une couverture résidentielle, de la maison ou du bureau. Un réseau point-à-multipoint convient soit aux fonctionnement d’un « backhaul », soit aux clients qui ont besoin de connections rapides et fiables mais qui ne souhaitent pas payer pour une capacité dédiée qu’ils risquent de ne pas utiliser. Les nœuds font office de ponts vers le le réseau d’uplink et sont généralement en configuration filaire pour les clients. Le problème de cette topologie est que ses nœuds ne sont pas conçus pour se mailler avec d’autres nœuds à cause des antennes directionnelles.

Topologie à nœuds multipoints

Les réseaux multipoints-à-multipoints créent une topologie maillée routée qui copie celle de l’Internet filaire. Pour construire un réseau maillé, l’accès intérieur ou extérieur à Internet est tout d’abord établi par le déploiement d’un concentrateur d’accès connecté à un ISP filaire. Des routeurs d’accès additionnels sont alors déployés au sein de la zone de couverture jusqu'à ce qu’une densité maximum soit atteinte. Chaque routeur d’accès ne fournit pas seulement un accès pour les utilisateurs associés, mais devient également une partie de l’infrastructure du réseau en routant le trafic à travers le réseau sur plusieurs sauts (hops). Ceci permet à n’importe quel client de rejoindre le réseau par n’importe quel point du maillage, même si les clients n’utilisent pas un nœud. Le client peut accéder à tout le maillage sans-fil ou filaire, faisant de cette topologie le meilleur choix de déploiement pour les zones nécessitant des MeshAP à haute couverture .

 

Topologie à nœuds métropolitains

La topologie à nœuds métropolitains utilise les deux types de réseaux maillés. On les nomme « Backhaul » et « Last Mile »

Les “backhaul “ sont soit des topologies point-à-point, soit des topologies point-à-multipoints. Leur conception vise à fournir un backbone aux nœuds « uplink » (voir la configuration des MeshAP). Les nœuds utilisent deux antennes, une étant directionnelle vers l’uplink, l’autre fournissant la connection au dernier kilomètre (last mile). Cette dernière antenne est souvent omni-directionnelle. La configuration des Backhaul par le WIANA utilise 2 realms, canaux et ESSID différents. Les clients n’utilisent pas le backhaul en tant que point d’accès. Sa mission principale est d’amener de la bande passante à différentes parties du « Last Mile ».Les nœuds « uplink » dans le backhaul fournissent des connection muti-redondantes à l’Internet filaire et ont plus de capacité que les 11Mbps radio. En fonction de la zone à couvrir, un certain nombre de backhaul peuvent d’avérer indispensable pour couvrir une grande ville.

Last Mile” (le dernier kilomètre) est une topologie multipoints-à-multipoints . Ses nœuds ont une seule carte radio reliée à une antenne omni et sont reliées à l’antenne omni du backhaul. La différence entre les topologies « Last Mile » et « Multipoints-à-multipoints » est que la connection Internet ne vient pas d’un routeur filaire mais du maillage backhaul via un point central.



Les topologies ci-dessus ne sont que quelques exemples des possiblités de la MeshAP Locustworld. La complexité augmente quand on ajoute une seconde carte radio à un nœud ou différents types d’antennes.

Topologie à noeuds mixtes

Un réseau à noeuds mixtes est une forme complexe de réseau sans-fil, composée de 2 cartes radio et 2 antennes à haut gain en communication directe et d’un pont/répéteur sans-fil tiers. Les nœuds mixtes sont souvent utilisés pour fournir des connections dédiées, à hautes performances ou des liens d’interconnections rapides. Ces liens sont rapides à déployer individuellement, mais ne s’adaptent pas facilement à un grand réseau. Les clients utilisent ces ponts/répéteurs dans un environnement intérieur. Le bénéfice principal est que l’unité intérieure est un produit commercial peu coûteux.



 

Topologie à noeuds mixtes internes

Cette forme complexe de réseau sans-fil est semblable au réseau à nœuds mixtes (composée de 2 cartes radios et 2 antennes à haut gain en communication directe et d’une série de ponts/répéteurs sans-fil tiers). Les nœuds mixtes sont souvent utilisés pour fournir des connections dédiées, à hautes performances ou des liens d’interconnections rapides. Ces liens sont rapides à déployer individuellement, bien qu’ils ne s’adaptent pas facilement à un grand réseau extérieur, ils s’adaptent afin de devenir un grand réseau intérieur. Les clients utilisent ces ponts/répéteurs dans un environnement intérieur. Le bénéfice principal est que l’unité intérieure est un produit commercial peu coûteux.



 

Structure du maillage

Structure de maillage rectangulaire

La structure maillée rectangulaire est la topologie originale proposée pour un maillage à guide d’ondes (« waveguide ») numérique. Le principal problème avec cette structure est la dispersion en fonction de la direction, qui augmente avec la fréquence.

Maillage triangulaire

Des échantillonages alternatifs ont été étudiés afin d’obtenir une propagation plus uniforme des ondes dans toutes les directions. Quand l’échantillon de surface est hexagonale, le guide d’ondes numérique triangulaire est obtenu. Cette structure a de meilleures caractéristiques de dispersion que le maillage rectangulaire. La même analyse de dispersion que celle présentée pour le maillage rectangulaire est valide pour le maillage triangulaire.


 
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Last modified: April 05, 2008