40

Le principal objectif d’un « site survey » est de trouver la couverture RF et les sources d’interférences RF, ainsi que les lieux d’installation des équipements sans fils tels que les bornes, les antennes et les répéteurs. Le cadre d’un « site survey » dépend de plusieurs facteurs dont :

• La taille de l’emplacement physique
• L’utilisation prévue du réseau
• Le nombre d’utilisateurs et d’équipements
• Les capacités des équipements clients sans fil
• L’environnement du réseau LAN sans fil
• Les attentes en terme de performance
• L’acceptation des équipements « Bring Your Own Device » (BYOD)

En fonction de la taille de l’espace à couvrir, une étude de couverture totale n’est peut être pas nécessaire. Dans un petit espace à couvrir, une simple visite pour déterminer l’emplacement du point d’accès est suffisante. On peut en profiter pour déterminer le meilleur canal à utiliser et la meilleure façon de fixer la borne en tenant compte de l’esthétique et de la connexion au réseau filaire. Une plus grosse installation nécessite une étude de couverture plus complète avec un placement manuel des canaux ou l’utilisation d’un logiciel plus sophistiqué pour le faire automatiquement.

L’utilisation du réseau peut solliciter fortement le besoin de bande passante avec des applications d’imagerie électronique, de « Computer-aided Design » (CAD) ou de bases de données et nécessiter plus de points d’accès pour prendre en charge le besoin.

Le nombre d’utilisateurs souhaitant accéder au réseau est aussi un facteur déterminant pour le nombre de points d’accès à prévoir et l’objectif du test de couverture.

Le type d’équipements et leurs capacités sont également des éléments à prendre en compte pour comprendre ce que les utilisateurs sont en droit d’attendre du réseau. Certaines des capacités à prendre en compte sont :

• Support IEEE 802.11b/g seulement
• Capacité IEEE 802.11a ou dual bande
• Capacité IEEE 802.11n et nombre de radios en émission et en réception
• Capacités MIMO, telles que le nombre de « spatial streams » ou le « beamforming »
• Types d’ordinateurs : portables, fixes, tablettes
• L’utilisation de tags « Radio Frequency Identification » (RFID)
• L’utilisation de téléphones Wi-Fi et la fréquence utilisée
• L’utilisation de smartphones en Wi-Fi

Tous les équipements pouvant être raccordés doivent être pris en considération en incluant les futurs matériels et l’acceptation éventuelle du mouvement « Bring Your Own Device » (BYOD).

La compréhension de l’environnement radio, dans lequel le déploiement va devoir s’opérer, est fondamentale. Il existe des environnements particuliers avec leurs propres chalenges :

• Les bureaux, avec les murs et leurs atténuations
• Les fermes de bureaux, avec la forte densité de population
• Les environnements médicaux, tels que les hôpitaux et les cliniques
• Le milieu industriel, comme les ateliers d’usinage ou les usines
• Le monde de l’éducation, avec les grosses quantités de matériels mobiles

En gardant à l’esprit que les réseaux sans fil sont half-duplex et basés sur la contention, de nombreux facteurs, tels que le nombre d’équipements sans fil, les types de logiciels et matériels utilisés et le nombre de matériels d’infrastructure utilisés pour fournir l’accès (points d’accès et ponts), vont affecter leur performance. Un des enjeux de l’étude de couverture, est de définir ce que le client attend, du réseau sans fil, en terme de performance.

Le phénomène BYOD consiste à laisser les employés d’une entreprise apporter leur propre matériel, compatible IEEE 802.11, sur leur lieu de travail et les utiliser pour accéder aux ressources de l’entreprise comme internet, les imprimantes, les applications et les serveurs de fichiers. En réfléchissant un peu, on se rend compte du nombre d’équipements que ça peut concerner à la maison ou au bureau :

• PCs portables
• Smartphones
• Tablettes
• mprimantes sans fil
• Caméras vidéo sans fil
• Appareil ménager sans fil
• Lecteurs DVD ou Blu-ray
• Télévisions sans fil

En moyenne, une famille de quatre personnes peut posséder jusqu’à vingt équipements sans fil au domicile, et ce nombre ne cesse d’augmenter au fur et à mesure des évolutions technologiques. Lorsqu’une entreprise permet à ses employés d’amener leurs propres équipements sans fil sur le lieu de travail, ceci engendre un ensemble de problèmes potentiels, tels que la sécurité, le support technique et les capacités du réseau sans fil. Une approche BYOD peut nécessiter des cellules RF plus petites et un plus grand nombre de bornes pour offrir des performances à un plus grand nombre d’équipements. En plus du facteur charge, les types de technologie utilisés (IEEE 802.11a/b/g/n) ont un impact sur la nécessité de rétrocompatibilité.

Pour mener l’interview en vue de l’étude de couverture, il existe des questions génériques récurrentes, comme par exemple :

• Y-a-t-il déjà eu une étude de couverture, même si sa qualité est directement liée au niveau de celui qui l’a fait et même si des changements physique ont eu lieu depuis ?
• Est ce que des plans suffisamment précis ou tout autre documentation de site est disponible de façon à ne pas avoir à les créer ?
• Combien d’équipements et d’utilisateurs sont prévus pour utiliser le réseau sans fil et est-ce que le BYOD sera autorisé ?
• Est ce qu’un accès public sera proposé, ce qui pourrait avoir un impact sur le nombre de bornes, la sécurité, le portail captif et la rétrocompatibilité ?
• Y-a-t-il une préférence pour un fabricant de matériel, pour faire l’étude de couverture avec les équipements prévus ?
• Quelle est la zone à couvrir, pour anticiper aussi les éventuels obstacles ?
• Est ce qu’un réseau sans fil IEEE 802.11 est déjà en place ?
  • Quelles sont les technologies utilisées (IEEE 802.11a, IEEE 802.11b/g, IEEE 802.11n) ?
  • Combien d’équipements sans fil et d’utilisateurs utilisent actuellement le réseau ?
  • Où sont localisées les bornes ?
  • Quelle utilisation est faite du réseau sans fil ?
• Y-a-t-il des zones d’interférences RF connues ?
• Y-a-t-il des zones où la couverture fait défaut et qui pourrait nécessiter des antennes spécifiques ?
• Quels types d’applications sont utilisées et ont elles des besoins spécifiques ?
• Y-a-t-il des applications voix ou autres nécessitant de la qualité de service et une qualité de signal ?
• Est ce que le « roaming » est nécessaire, qui pourrait influencer le recouvrement des cellules RF ?
• A-t-on besoin du PoE et de quel niveau de puissance ?
• Quels sont les besoins en sécurité, même si ce point n’influence pas directement l’étude de couverture mais plutôt le design ?
• Est ce que l’utilisateur externe est escorté par un employé ?
• Doit on répondre à des conformités légales (HIPAA, PCI, …) ?
• Doit-on appliquer des recommandations groupe ?

Dans la mesure où les LANs sans fil utilisent les fréquences radio pour émettre et recevoir de l’information, ils sont vulnérables à ce qui s’appelle le « RF jamming », que les interférences RF, engendrant le brouillage, soient intentionnelles ou pas. Si un intrus veut faire des ravages dans un réseau sans fil, il peut utiliser un brouilleur de signal RF pour créer des interférences sur sur la même bande de fréquences que celle utilisée pour le réseau. La seule façon de se protéger de ça, est d’utiliser une sécurité physique comme le blocage des signaux RF à l’entrée ou à la sortie d’une localisation. Cela peut être réalisé de plusieurs façons, les matériaux de blindage pouvant être du métal, de la peinture ou même du papier peint. Si la sécurité physique est une préoccupation, elle doit être prise en compte dès l’étude de couverture et le design de la solution. Dans certains cas, s’il est nécessaire d’utiliser des sécurités obsolètes pour répondre à des besoins de matériels anciens ne supportant pas tous les standards requis, il faut en tenir compte dans la conception de la solution afin que le déploiement du réseau ne compromette pas la politique de sécurité de l’entreprise.

En plus d’une couverture RF, une analyse du spectre RF est bénéfique afin de voir des sources d’interférences non IEEE 802.11.

La connaissance des équipements clients qui seront connectés sur le réseau sans fil fait partie de l’étude de couverture. Ceci inclus la connaissance du type de radio, du type d’antenne, du gain, de l’orientation, de la portabilité et de la mobilité de l’équipement. Il faut garder à l’esprit qu’un équipement client est à la fois un émetteur et un récepteur. Il doit être capable d’entendre le point d’accès et ce dernier doit pouvoir entendre l’équipement client. La taille de la cellule RF varie en fonction de l’équipement client et il est bénéfique d’effectuer l’étude de couverture avec les équipements qui seront utilisés sur le réseau sans fil. La compréhension du type et de la fonction des équipements client a un impact sur le design du réseau sans fil. Bien qu’il soit difficile de prendre en compte tous les équipements potentiels, il est intéressant de comprendre, au travers d’un interview et d’un recueil d’informations, les différents types qui seront utilisés.

La sélection de l’antenne appropriée va déterminer la propagation de la couverture radio d’un point d’accès et va contribuer au succès du déploiement du LAN sans fil. Des paramètres tels que l’esthétique, le type de couverture, les contraintes environnementales, la sécurité, l’utilisation intérieure ou extérieure et la protection de l’antenne vont être pris en compte lors du choix.

Les étapes typiques d’une étude de couverture sont :

1. Recueil d’information et discussions sur les besoins de l’entreprise, pour déterminer les besoins et ne pas perdre de temps avec les personnes utiles qui n’ont pas été incluses dans le projet.
2. Calendrier du projet et planning, pour expliquer les étapes du processus de « site survey » et permettre à toutes les personnes impactées d’être en phase.
3. Visite de site et vérification avant la conception, afin de voir physiquement des problèmes qui auraient pu échapper sur plan, vérifier la propagation RF. Un « site survey » prédictif sans visite préalable est réalisable mais peut comporter des risques dans un environnement inconnu.
4. Design du LAN sans fil, pour déterminer les zones de couverture RF et les interférences, ainsi que les emplacements possibles des points d’accès.
5. Analyse de spectre RF et test RF, pour trouver les interférences invisibles avec un chipset Wi-Fi et déterminer la couverture.
6. Déploiement des équipements d’infrastructure, à partir de la documentation réalisée lors du design.
7. Vérification de la couverture RF, par des tests ponctuels ou complets et en effectuant les ajustements nécessaires en fonction des résultats.
8. Support technique, pour accompagner le client dans les ajustements et modifications nécessaires. Certains ajustements peuvent être réalisés automatiquement si la solution déployée le permet.

L’étude de couverture RF sur le site est un processus itératif qui doit être renouvelé périodiquement pour prendre en considération les évolutions de l’environnement radio. L’analyseur de spectre radio est un outil indispensable pour visualiser la couche physique. C’est un matériel spécifique qui peut être attaché à un PC sous forme d’une carte ou d’un accessoire USB, ou qui peut être un accessoire autonome utilisable pour tout autre chose que les réseaux sans fil. Certains fabricants intègrent des outils d’analyse de spectre dans des équipements réseau comme les points d’accès de façon à surveiller continuellement le spectre RF. D’autres proposent des équipements indépendants qui peuvent être utilisés pour surveiller des zones spécifiques.

L’analyse RF permet de mettre en évidence le manque de couverture appelé « dead spots » et les interférences causées par d’autres équipements et d’autres réseaux 802.11 qui opèrent dans la même bande de fréquence. Les interférences Wi-Fi et non-Wi-Fi sont de plus en plus nombreuses et justifient l’analyse de spectre radio.

Dans la bande ISM, les sources d’interférences non-Wi-Fi peuvent être, par exemple :

• Des fours à micro-ondes
• Des téléphones sans fil
• Des équipements bluetooth IEEE 802.15
• Des équipements médicaux
• Des équipements de fabrication ou industriels
• Des caméras vidéo sans fil
• Des systèmes radar (5 GHz)

Les interférences Wi-Fi sont dues à des équipements réseaux qui opèrent dans les bandes 2,4 GHz ISM ou 5 GHz U-NII. Il existe les « co-channel interferences » (d’autres équipements sur le même canal) et les « adjacent channel interferences » (d’autres équipements à cheval sur les canaux). Les types de réseaux suivants causent des interférences Wi-Fi :

• Réseaux FHSS (2,4 GHz)
• Réseaux DSSS (2,4 GHz)
• Réseaux ERP-OFDM (2,4 GHz)
• OFDM (5 GHz)
• HT-OFDM (2,4 GHz et 5 GHz)

La norme 802.11 définit un canal adjacent comme tout canal n’ayant aucun recouvrement de fréquences pour les PHY DSSS et HR/DSSS. Avec ERP et OFDM, la norme définit un canal adjacent comme le premier canal avec un espace sans recouvrement de fréquences. Par exemple, pour illustrer le terme « Adjacent Overlapping Channel », les canaux 1 et 2 sont « overlapping » et « adjacent », alors que pour illustrer le terme « Adjacent non-Overlapping Channel », les canaux 1 et 6 sont « adjacent » mais « non-overlapping ». Les canaux 1 et 7 ou 1 et 8 sont « non-overlapping » et ne sont pas « adjacent ». Cette définition contredit la façon dont le terme « adjacent channel interference » est généralement utilisé dans l’industrie. La majorité des fabricants utilisent ce terme pour qualifier à la fois les interférences résultantes de chevauchements de cellules et de chevauchements de fréquences.

Les équipements réseaux provoquant les interférences peuvent opérer en mode infrastructure ou en mode ad hoc. Le nombre d’équipements connectés au réseau va aussi déterminer l’ampleur des interférences. Le terme « Adjacent Channel Interference » est utilisé quand au moins deux points d’accès émettent une couverture sur une même zone physique en utilisant des fréquences « overlapping ». Les trames 802.11 peuvent être corrompues à cause du recouvrement de fréquence, ce qui induit des retransmissions et donc une dégradation du débit et de la latence. Le terme « Co-channel Interference » indique une situation dans laquelle au moins deux points d’accès, couvrant une même zone physique, émettent sur le même canal. Cette situation induit plus de contention sur le média RF, ayant pour conséquence une dégradation du débit et de la latence.

Bien que l’étude de couverture manuelle soit parfois considérée comme étant de la vieille école, c’est celle qui permet d’avoir les résultats les plus précis. Elle nécessite de se déplacer dans les zones à couvrir en enregistrant, à l’aide d’outils natifs, commerciaux ou libres, des informations telles que :

• La force du signal ou « Signal Strengh »
• Le rapport signal sur bruit (SNR)
• Le débit radio des équipements connectés
• Les interférences RF

L’étude de couverture manuelle peut être très consommatrice de temps et d’énergie. Les principales étapes d’une telle étude sont :

• Obtenir un plan de la zone à couvrir, sur lequel seront consignés les emplacements des bornes et les informations de force du signal et SNR des équipements clients
• Réaliser une analyse du spectre radio et localiser les éventuels autres réseaux sans fil qui pourraient être sources d’interférences
• Tester le placement des points d’accès, en utilisant de préférence la même borne que celle prévue et les mêmes équipements clients que ceux qui seront en exploitation
• Prendre des photos du placement des bornes pour documenter le rapport
• Analyser les résultats de l’étude de couverture, pour déterminer les emplacements des points d’accès

Une étude de couverture manuelle peut être réalisée en utilisant un logiciel commercial conçu spécifiquement pour ça. Ces programmes peuvent avoir des coûts, des complexités et des fonctionnalités diverses, telles que :

• La capacité de faire un « site survey » passif et actif
• La capacité d’importer des plans dans divers formats
• La possibilité d’enregistrer des informations importantes comme la force du signal et le SNR
• La possibilité de réaliser une représentation graphique de la propagation du signal RF sur la zone étudiée
• La possibilité d’effectuer une analyse offline des résultats enregistrés

Un « site survey » passif consiste à analyser l’air et enregistrer les informations RF de tous les points d’accès et les équipements clients à portée de signal de la station. Ce type d’étude ne nécessite pas d’authentification et d’association IEEE 802.11 à un point d’accès. Aucun échange ne passe entre la station et le point d’accès. Cette étude fournit une vision de l’utilisation RF sur la zone analysée, y compris le bruit et les autres réseaux sans fil IEEE 802.11. Dans la mesure où il n’y a aucune association à un point d’accès, toutes les fréquences radio sont détectées, affichées et enregistrées. La majorité des logiciels commerciaux, possédant cette fonctionnalité, ont la possibilité de filtrer des points d’accès spécifiques une fois les informations enregistrées.

Un « site survey » actif consiste à associer la station d’analyse à un point d’accès. Certains disent que dans la mesure où il y a une authentification et une association IEEE 802.11, cette méthode d’étude de couverture manuelle est plus précise. Réaliser une étude passive ou active nécessite de passer par les mêmes étapes qu’une étude de couverture manuelle, mais en ajoutant les capacités des outils commerciaux utilisés qui enregistrent les informations automatiquement.

Pour réaliser une étude de couverture manuelle, des matériels sont nécessaires dans le kit emporté sur site :

• Un analyseur de spectre radio, optionnel mais fortement recommandé pour trouver les sources d’interférences non Wi-Fi
• Un ou deux points d’accès sans fil correspondant à ceux prévus en exploitation ou avec des caractéristiques très proches, en maintenant la puissance d’émission à moins de 50% pour laisser une marge de manœuvre pendant le déploiement et en tenant compte de la différence de longueur d’onde entre le 2,4 GHz et le 5 GHz
• Un équipement client sans fil comme un PC portable ou une tablette, en y associant éventuellement des équipements prévus en exploitation
• Différentes antennes si les bornes utilisées n’ont pas d’antennes intégrées et qu’il est prévus de mixer plusieurs types d’antennes
• Un système de fixation temporaire pour les bornes, qui soit pratique et sans danger
• Un appareil de mesure de distances à bande, un odomètre ou un laser, en tenant compte que ce dernier est souvent limité en distance de mesure
• Un appareil photo pour illustrer ce qui est parfois difficile à expliquer
• Du papier, des crayons, des feutres et des stylos, même s’il est possible de prendre des notes sur le PC ou la tablette
• Une échelle ou un escabeau pour installer les bornes de façon temporaire, en sachant qu’il est possible que leur utilisation soit interdite dans certains endroits
• Un chariot pour transporter tout le kit (bornes, batteries, pieds, échelle, …) sur la zone à étudier

Un « site survey » prédictif ou « Predictive Modeling Site Survey » est une méthode d’étude de couverture qui peut être précise sans avoir à se déplacer sur le site. Cette méthode s’appuie sur un logiciel d’étude de couverture et un plan sur lequel on trace la zone à couvrir. Le logiciel simule la propagation radio des points d’accès en utilisant les propriétés d’atténuation des différents matériaux qui sont tracés sur le plan par la personne en charge de l’étude. Il existe des logiciels spécifiques ou des programmes proposés par les constructeurs de solutions Wi-Fi qui les intègrent parfois aux contrôleurs, mais qui fournissent de plus en plus de solution en ligne accessible par une interface web.

La précision d’une étude prédictive dépend de la qualité des informations injectées dans le logiciel :

• Types de murs (plâtre, brique, béton préfabriqué)
• Épaisseurs des murs
• Types de fenêtres (verre, épaisseur, traitements)
• Types de portes (creuses, pleines, coupe-feu, bois, métal)
• Certains équipements comme les armoires
• Hauteur de plafond

Les analyseurs de protocoles sont disponibles sous forme logicielles à installer sur un PC ou une tablette et sous forme de matériels dédiés portables. La majorité des logiciels pour PC nécessitent l’utilisation d’adaptateurs spécifiques. Certains analyseurs possèdent des fonctionnalités avancées pour visualiser différentes informations et générer des rapports, avec comme objectif de chercher les problèmes réseau, les failles de sécurité et optimiser la performance. Un analyseur peut visualiser toutes les informations qui sont dans l’espace radio étudié. L’analyseur peut également servir à documenter les réseaux Wi-Fi existants afin de les prendre en compte dans l’étude de site à effectuer.

Un des principaux objectifs d’une étude de site est de déterminer les zones de couvertures et d’interférences RF. Le meilleur placement des points d’accès est déterminant pour atteindre l’objectif, tout prenant en compte la couverture RF désirée, la bande passante souhaitée, les contraintes esthétiques, les applications matérielles et logicielles, les recouvrements de cellules RF et le modèle de réutilisation des canaux ou « Channel Reuse Patterns ». Le placement des points d’accès doit tenir compte des contraintes de câblage Ethernet et de la disponibilité de l’énergie électrique ou PoE. De facto, une étude du réseau Ethernet filaire est également réalisée pendant le « site survey », pour vérifier la faisabilité du projet sans fil et la disponibilité des ressources filaires pour accueillir le nouveau projet sans fil. Un équipement client sans fil nécessite une communication bidirectionnelle, ce qui implique que le récepteur doit être capable de recevoir suffisamment de signal pour déterminer l’information émise par l’expéditeur. Les équipements clients utilisent ce qui s’appelle le « Received Signal Strength » pour afficher la quantité d’énergie reçue. La quantité reçue est déterminée par le type d’application utilisé et le niveau de bruit RF dans la zone. Il est nécessaire de vérifier, avec le constructeur, la quantité minimum d’énergie nécessaire pour fonctionner. Un fabricant de téléphone sans fil peut recommander un minimum de -65 dBm à -67 dBm, alors qu’un fabricant de PC peut demander -70 dBm. Le SNR est la différence entre le signal reçu et le bruit. Si le signal reçu et de -65 dBm et le bruit de -95 dBm, alors le SNR est de 30 dB. Le SNR généralement recommandé est de 20 à 25 dB.

Si plusieurs types d’antennes sont utilisés pour le déploiement, alors il convient de les tester pendant l’étude de couverture. Certaines organisations qui déploient un réseau sans fil sont fortement concernées par les problèmes esthétiques et elles ne permettent que l’utilisation de certains modèles d’antennes. Du fait de la polarisation de l’antenne, celle-ci doit être placée, pendant le test, dans la même position que celle prévue pour le déploiement.

A ce jour, il existe deux types d’architectures pour les canaux. « Multiple-Channel Architecture » (MCA) est l’architecture la plus communément utilisée. Elle consiste à attribuer un canal différent à chaque borne pour éviter les interférences, le choix de canal pouvant être automatisé. « Single-Channel Architecture » (SCA) est une architecture, disponible chez un seul constructeur, qui permet aux bornes de communiquer sur le même canal, avec le contrôleur qui évite les interférences « co-channel ». Dans les déploiements SCA, tous les points d’accès ne transmettent pas en même temps. Le contrôleur détermine quelles bornes peuvent transmettre en même temps, en fonction des équipements clients qui sont dans une zone spécifique. Un vocabulaire spécifique est utilisé pour les réseaux SCA : « Stacking », « Spanning » et « Blanketing ». Dans un bâtiment de plusieurs étages, le fait de sélectionner un canal par étage s’appelle le « Stacking » (premier étage sur canal 1, deuxième étage sur canal 6 et troisième étage sur canal 11). Le fait d’utiliser le même canal sur tout l’étage est pris en charge par la technologie SCA pour éviter les « Co-Channel Interference » et « Overlapping Channel Interference ». L’architecture SCA fait gagner du temps lors d’une étude de site.

Les contraintes physiques d’installation pour les matériels doivent être prises en compte sur le terrain, qui peut présenter des situations plus difficiles que ce qui peut être évalué sur un plan :

• Les points d’accès doivent intégrer les accessoires de montage nécessaires
• Les antennes autres que celles directement connectées sur la borne doivent tenir compte des problèmes de montage, de câblage, d’esthétique et des restrictions de hauteur
• La disponibilité des ports Ethernet, la capacité de l’infrastructure et la disponibilité du PoE suffisamment dimensionné pour recevoir les nouveaux équipements, afin de vérifier si une évolution du réseau filaire est un prérequis
• Les restrictions légales qui peuvent influencer les positionnements ou les matériels utilisés (comme les câbles retardateurs de flammes)

Le rapport final d’étude doit comporter tous les éléments évoqués ci-dessus, en s’adaptant au contexte du client. La plupart des logiciels commerciaux d’étude de site incorporent un module de génération de rapports qui peuvent être inclus dans le dossier final. Les principaux chapitre du rapport devraient inclure :

• Les analyses des demandes client
• Les analyses des sources d’interférences
• L’analyse de la couverture RF
• La capacité des équipements client et des applications
• Le positionnement des équipements d’infrastructure et les informations de configuration

L’environnement RF est un contexte en perpétuel mouvement et le processus d’étude doit être vu comme itératif.