Une équipe de secours pénètre dans une zone dépourvue de couverture cellulaire. Plusieurs intervenants portent des radios portatives, un véhicule reste à proximité du poste de commandement temporaire et un aéronef sans pilote survole le site en transmettant de la vidéo en direct. Il n’y a ni station de base cellulaire ni contrôleur sans fil fixe entre eux, mais la voix, les informations de localisation et la vidéo peuvent néanmoins circuler au sein de l’équipe à mesure que leurs positions évoluent.
Produits et solutions associés : Systèmes radio MANET
C’est précisément le type de problème qu’une radio MANET est conçue pour résoudre.
MANET signifie Mobile Ad Hoc Network, ou réseau mobile ad hoc. Au lieu d’exiger que chaque appareil communique par l’intermédiaire d’une station de base fixe, les radios MANET peuvent découvrir les nœuds proches, établir des liaisons sans fil et acheminer le trafic les unes pour les autres. Une radio remplit donc deux fonctions simultanément : elle constitue un terminal utilisé par son propre opérateur et, lorsque cela est nécessaire, elle peut également devenir une partie du chemin réseau transportant le trafic d’autres utilisateurs.
Cette seconde fonction est ce qui distingue MANET des communications radio point à point classiques. Si la Radio A ne peut pas atteindre directement la Radio D, le réseau peut tout de même acheminer le trafic via la Radio B et la Radio C. Lorsque les personnes, les véhicules ou les nœuds aériens se déplacent, ces chemins peuvent être recalculés en fonction des liaisons qui restent disponibles.
Architecture d’un Réseau Radio MANET
Les systèmes radio traditionnels, les réseaux sans fil reposant sur une infrastructure et les réseaux MANET utilisent tous des liaisons radiofréquence, mais leurs architectures réseau sont fondamentalement différentes.
Dans un système radio direct conventionnel, deux utilisateurs communiquent lorsque leurs radios se trouvent dans une portée RF exploitable :
Radio A → Radio B
Si le terrain, la distance ou un obstacle empêche les deux radios de se recevoir, la liaison directe est interrompue, sauf si un répéteur ou une autre infrastructure a été installé.
Un réseau reposant sur une infrastructure fonctionne différemment. Les réseaux cellulaires et de nombreux systèmes sans fil conventionnels s’appuient sur des éléments de réseau fixes :
Appareil → Station de Base → Infrastructure Réseau → Appareil
Le terminal ne relaie normalement pas le trafic pour un autre terminal. La communication dépend de l’accès à l’infrastructure.
Un réseau MANET répartit une plus grande partie de cette fonction réseau entre les radios elles-mêmes :
Nœud A → Nœud B → Nœud C → Nœud D
Les Nœuds B et C ne sont pas nécessairement des répéteurs dédiés. Il peut s’agir de radios portatives, embarquées sur véhicule, portées en sac à dos ou installées sur une plateforme aérienne, utilisées pour leurs propres communications tout en relayant simultanément des paquets pour d’autres nœuds.
| Type de Réseau | Chemin du Trafic | Dépendance à l’Infrastructure |
|---|---|---|
| Radio Directe | De radio à radio | Faible, mais généralement limitée à la portée RF directe |
| Réseau avec Infrastructure | Terminal via une station de base ou un point d’accès | Dépend d’une infrastructure fixe |
| MANET | Direct ou multi-sauts via d’autres nœuds | Peut se former sans station de base centrale fixe |
L’expression "indépendant de l’infrastructure" ne signifie pas qu’un réseau MANET ne peut jamais utiliser de nœuds fixes, de véhicules de commandement ou de passerelles. Un relais installé en hauteur, une radio embarquée ou une passerelle fixe peuvent toujours améliorer la couverture et connecter le réseau de terrain à d’autres systèmes. La différence est que ces équipements ne doivent pas nécessairement constituer le point central unique par lequel communiquent tous les nœuds locaux.
Maillage Autoformé et Découverte des Voisins
Un réseau MANET devient utile avant même qu’une route multi-sauts ne soit créée. Les radios doivent d’abord déterminer quels autres nœuds peuvent réellement être atteints par liaison radio.
Lorsque les nœuds deviennent actifs, ils échangent des informations permettant au réseau d’identifier les radios proches et les liaisons sans fil disponibles. La signalisation exacte dépend de l’implémentation MANET, mais le processus comprend généralement plusieurs fonctions.
Découverte des Voisins
Chaque nœud identifie les radios actuellement accessibles. Une radio portative se déplaçant avec un intervenant peut détecter simultanément une autre radio portative, un nœud embarqué sur véhicule et un relais aérien.
Ces relations ne restent pas fixes. Une radio considérée comme voisine à un moment donné peut sortir de la portée exploitable quelques minutes plus tard lorsque des personnes ou des véhicules se déplacent.
Évaluation de la Liaison
La découverte d’une autre radio ne signifie pas automatiquement qu’elle constitue le meilleur chemin. Le réseau MANET peut évaluer des caractéristiques telles que la qualité du signal, la disponibilité de la liaison, les conditions du canal et d’autres métriques de routage prises en charge par le système.
Une liaison directe de bonne qualité peut être privilégiée à un moment donné, tandis qu’un autre chemin multi-sauts peut devenir plus adapté après qu’un nœud se soit déplacé derrière un bâtiment ou un obstacle naturel.
Formation des Routes
Une fois que suffisamment d’informations sur la topologie sont disponibles, le trafic peut être acheminé à travers un ou plusieurs nœuds.
Supposons que le Nœud A ne puisse pas atteindre directement le Nœud D, tandis que les liaisons suivantes restent utilisables :
A → B → C → D
Un paquet généré par le Nœud A peut d’abord être transmis à B. Le Nœud B le transmet à C, puis C le transmet à D. Du point de vue de l’application, A et D sont connectés même s’il n’existe aucune liaison RF directe entre eux.
Cela conduit à l’une des façons les plus utiles de décrire une radio MANET :
Une radio MANET est à la fois un terminal de communication et, lorsque cela est nécessaire, une partie de l’infrastructure réseau utilisée pour acheminer le trafic d’autres nœuds.
La capacité à créer automatiquement ces chemins est généralement qualifiée d’autoformation. Elle réduit la nécessité pour le personnel de configurer manuellement une nouvelle route de relais chaque fois que la topologie du terrain évolue.
Routage Multi-Sauts et Topologie Dynamique
Le mot "Mobile" dans Mobile Ad Hoc Network est important car la topologie du réseau est appelée à changer.
Considérons une route opérationnelle qui se présente initialement ainsi :
Nœud A → Nœud B → Nœud C → Nœud D
Si le Nœud B s’éloigne et que ses liaisons disparaissent, la route d’origine ne peut plus transporter le trafic. Si un autre nœud fournit une alternative exploitable, le réseau peut se réorganiser :
Nœud A → Nœud E → Nœud C → Nœud D
Selon l’implémentation MANET, la gestion des routes peut utiliser des méthodes de routage proactives, réactives, hybrides ou propriétaires. Certains systèmes maintiennent en permanence les informations de topologie, tandis que d’autres découvrent ou mettent à jour les routes lorsqu’une communication est nécessaire. L’algorithme précis varie, mais l’objectif technique reste similaire : le trafic doit suivre un chemin actuellement exploitable à mesure que l’environnement radio évolue.
Ce comportement est souvent appelé auto-rétablissement, mais ce terme doit être interprété avec précaution. L’auto-rétablissement ne signifie pas qu’une radio défaillante se répare elle-même et ne garantit pas non plus des communications ininterrompues dans toutes les topologies.
Cela signifie que lorsqu’un nœud ou une liaison devient indisponible, le réseau peut sélectionner une autre route si un chemin RF alternatif existe.
Par exemple, si le Nœud B tombe en panne mais que les Nœuds A et C peuvent tous deux atteindre le Nœud E, le routage peut être déplacé vers E. Si le Nœud B constituait le seul pont RF reliant physiquement deux groupes distincts et qu’aucun chemin alternatif n’existe, le réseau peut être divisé en deux segments déconnectés. Cette situation est généralement appelée partition du réseau.
Le positionnement des nœuds reste donc important. MANET réduit la dépendance à l’infrastructure fixe, mais ne peut pas contourner les principes fondamentaux de propagation RF. Le terrain, les bâtiments, la distance et les interférences déterminent toujours si suffisamment de liaisons existent pour permettre le routage.
Voix, Vidéo et Données sur un Réseau MANET
Les systèmes MANET modernes ne se limitent pas au transport de la voix push-to-talk. Une fois que les radios forment un réseau mobile compatible IP, différents types d’applications peuvent partager le transport sans fil.
Un intervenant peut transmettre de la voix PTT et sa position GPS tandis qu’un autre utilisateur envoie des images. Un nœud embarqué sur véhicule peut transporter des données de télémétrie ou connecter une caméra IP locale. Un nœud aérien peut transmettre de la vidéo en temps réel vers un véhicule de commandement mobile.
Un flux vidéo peut, par exemple, suivre un chemin tel que :
Caméra / Radio MANET → Nœud de Terrain → Nœud Relais → Radio MANET du Véhicule → Application de Commandement
Le défi est que ces applications n’ont pas les mêmes exigences réseau.
La voix consomme généralement relativement peu de bande passante, mais elle est très sensible à la latence, à la gigue et à la perte de paquets. Une conversation peut devenir difficile même lorsque le débit semble suffisant si les paquets arrivent trop tard ou de manière irrégulière.
La vidéo en direct nécessite beaucoup plus de bande passante et peut adapter son débit binaire en fonction de la capacité disponible du réseau. À mesure que le nombre de sauts augmente ou que les conditions RF se dégradent, le maintien d’une vidéo haute résolution peut devenir plus difficile.
La localisation GPS, la messagerie et la télémétrie consomment généralement beaucoup moins de bande passante, mais ces services peuvent nécessiter des mises à jour fréquentes et fiables afin qu’une application de commandement conserve une situation opérationnelle précise.
La conception d’un réseau MANET ne consiste donc pas uniquement à maximiser le débit de pointe. Un réseau opérationnel doit prendre en compte :
La latence pour la voix en temps réel et le trafic de commandement ;
La gigue et la perte de paquets sur des liaisons RF changeantes ;
La bande passante disponible pour la vidéo en direct ;
Le traitement QoS des différentes classes de trafic ;
La stabilité des liaisons lorsque les nœuds se déplacent dans la zone d’opération.
Un réseau capable d’afficher un débit élevé entre deux radios fixes en terrain ouvert peut se comporter très différemment lorsque dix ou vingt nœuds mobiles commencent à relayer simultanément de la voix, de la télémétrie et plusieurs flux vidéo.
Portée MANET, Nombre de Sauts et Capacité Réseau
"Quelle est la portée d’une radio MANET ?" semble être une question simple, mais une valeur unique de portée décrit rarement les performances réelles d’un réseau MANET.
Il existe deux concepts distincts : la portée RF sur un seul saut et la portée réseau de bout en bout.
La portée sur un seul saut décrit la distance sur laquelle deux nœuds peuvent communiquer directement dans des conditions données. Elle dépend de la fréquence, de la puissance d’émission, du gain et de la hauteur des antennes, du terrain, des bâtiments, de la végétation, des interférences et des performances du récepteur.
Une liaison directe peut se présenter ainsi :
Nœud A → Nœud B
Un réseau MANET peut étendre les communications au-delà de cette liaison individuelle en utilisant des nœuds intermédiaires :
Nœud A → Nœud B → Nœud C → Nœud D
Le Nœud A peut ainsi échanger du trafic avec le Nœud D même lorsque les deux se trouvent largement hors de leur portée radio directe respective.
Cela ne signifie pas que chaque saut supplémentaire offre gratuitement une couverture réseau supplémentaire. Le relais multi-sauts a un coût.
Les nœuds intermédiaires ont besoin de temps d’antenne pour recevoir et retransmettre le trafic. Selon l’architecture radio, le plan de fréquences et l’implémentation du réseau, l’augmentation du nombre de sauts peut accroître la latence de bout en bout et réduire la capacité disponible pour chaque flux de données. Un relais très sollicité situé au centre de la topologie peut également transporter simultanément le trafic de nombreux utilisateurs.
Un nombre plus élevé de sauts peut donc entraîner :
Une latence supplémentaire ;
Une consommation plus importante du temps d’antenne partagé ;
Une réduction du débit effectif sur certaines routes ;
Des changements de route plus fréquents lorsque les nœuds intermédiaires se déplacent ;
Une exposition accrue aux interférences et aux liaisons RF faibles.
L’avantage de MANET n’est donc pas une "portée radio illimitée". Sa valeur réside dans la possibilité d’utiliser des nœuds distribués pour étendre la portée du réseau vers des zones où une liaison RF directe unique ne serait pas possible.
La densité des nœuds est importante pour la même raison. Un nombre insuffisant de nœuds répartis sur une vaste zone d’opération peut laisser des zones sans chemin alternatif. L’ajout de positions de relais pertinentes peut améliorer la connectivité, mais ajouter simplement des radios sans tenir compte des conditions RF et de la charge du trafic n’améliore pas automatiquement la capacité du réseau.
Paramètres de Déploiement et Intégration du Backhaul
Les performances MANET dépendent fortement de la manière dont le réseau est déployé. L’algorithme de routage ne peut pas compenser toutes les mauvaises décisions de conception RF ou système.
Fréquence et Largeur de Bande
La fréquence influence la propagation, les caractéristiques des antennes et la manière dont les signaux interagissent avec les bâtiments, le terrain et la végétation. La largeur de bande du canal influence la capacité de données disponible et peut également affecter le fonctionnement du réseau dans un spectre encombré ou fortement perturbé.
Un déploiement optimisé pour la voix longue portée et la transmission de positions peut donc utiliser des paramètres RF très différents de ceux d’un réseau conçu pour transporter plusieurs flux vidéo à haut débit.
Densité et Mobilité
MANET a besoin de suffisamment de relations sans fil exploitables pour créer des chemins alternatifs. Si les nœuds sont trop éloignés les uns des autres, le routage multi-sauts ne dispose d’aucune liaison utilisable.
La mobilité influence également la stabilité des routes. Un réseau composé d’équipes au sol se déplaçant relativement lentement voit généralement sa topologie évoluer moins rapidement qu’un réseau combinant des véhicules rapides, des aéronefs et des utilisateurs portatifs se déplaçant dans des environnements urbains denses.
Positionnement des Antennes
Le positionnement de l’antenne peut être aussi important que la puissance d’émission. Une radio embarquée sur véhicule avec une antenne externe correctement installée peut fournir une position de relais beaucoup plus efficace qu’une radio portative portée près du corps. Un nœud aérien peut parfois créer des liaisons utiles en visibilité directe entre des équipes au sol séparées par le relief ou des bâtiments.
Pour cette raison, les radios MANET portatives, embarquées sur véhicule et aériennes sont souvent complémentaires plutôt qu’interchangeables.
Réseau de Terrain et Backhaul
MANET traite principalement les communications entre les nœuds situés dans la zone d’opération. Une organisation de commandement peut également avoir besoin de transférer les informations au-delà de ce réseau local.
Une architecture typique pourrait être :
Nœuds MANET Portatifs / Véhicules / UAV → Nœud de Commandement Mobile → Backhaul 4G / 5G / Satellite / Fibre → Centre de Commandement Distant
MANET et le backhaul répondent à des problématiques différentes. MANET fournit le maillage mobile local entre les utilisateurs sur le terrain. Les réseaux cellulaires, satellitaires, micro-ondes ou fibre peuvent assurer la liaison longue distance entre ce réseau de terrain et un centre de commandement distant.
Il est important de maintenir une distinction entre ces deux couches lors de l’évaluation de la résilience. Une panne du backhaul satellite ne signifie pas nécessairement que les utilisateurs MANET locaux perdent la communication entre eux. De la même manière, une liaison satellite opérationnelle ne peut pas compenser un réseau MANET de terrain divisé en segments RF isolés.
FAQ
Une Radio MANET Est-elle Identique à un Talkie-Walkie ?
Pas nécessairement. Un talkie-walkie conventionnel communique généralement directement avec une autre radio ou via une infrastructure fixe de répéteurs. Une radio MANET peut participer à un réseau de données ad hoc dans lequel les nœuds se découvrent mutuellement et peuvent acheminer des paquets sur plusieurs sauts sans fil. Selon le système, ce réseau peut transporter de la voix PTT ainsi que des données IP, de la vidéo, des informations de localisation et d’autres services.
Une Radio MANET Nécessite-t-elle une Station de Base ?
Un réseau MANET peut établir des communications entre les nœuds participants sans nécessiter de station de base centrale conventionnelle. Des relais fixes, des nœuds embarqués sur véhicule, des radios installées en hauteur ou des passerelles peuvent toujours être ajoutés afin d’améliorer la couverture, la capacité ou la connectivité avec d’autres réseaux, mais ils ne constituent pas nécessairement le point de contrôle unique de tous les chemins de communication locaux.
Que Se Passe-t-il Si un Nœud MANET Devient Indisponible ?
Si un autre chemin exploitable existe, le réseau peut acheminer le trafic à travers différents nœuds. Par exemple, une route utilisant initialement A → B → C peut être remplacée par A → D → C après la disparition du Nœud B. Si le nœud défaillant constituait le seul pont RF entre deux parties du réseau et qu’aucun chemin alternatif n’existe, le réseau MANET peut être partitionné jusqu’au rétablissement de la connectivité.
Les Radios MANET Peuvent-elles Transporter de la Vidéo en Direct ?
Oui, les systèmes MANET disposant d’un débit IP suffisant peuvent transporter de la vidéo en direct, mais les performances réelles dépendent des conditions RF, de la largeur de bande du canal, de la modulation, des interférences, du débit vidéo, du nombre d’utilisateurs actifs et du nombre de sauts sans fil sur la route. Le trafic vidéo sollicite généralement beaucoup plus la capacité du réseau que la voix, la messagerie ou la transmission de positions.
Quelle Est la Différence entre une Radio Mesh et une Radio MANET ?
Les deux termes sont parfois utilisés ensemble car ils peuvent tous deux désigner un acheminement sans fil à travers plusieurs nœuds. MANET met particulièrement l’accent sur une topologie mobile ad hoc dans laquelle les nœuds du réseau peuvent se déplacer et les routes s’adaptent aux changements de connectivité. "Mesh radio" est une description plus large qui peut également désigner des réseaux maillés sans fil fixes ou principalement statiques.
Quelle Est la Différence entre MANET et RoIP ?
Ils répondent à des problématiques de communication différentes. MANET crée le réseau IP sans fil entre les nœuds mobiles, tandis que RoIP transporte l’audio radio et les signaux de commande sur un réseau IP. Une passerelle RoIP peut étendre ou intégrer un canal radio existant via IP, mais elle ne crée pas à elle seule le type de réseau maillé mobile dynamique multi-sauts associé à MANET.
Becke Telcom fournit des solutions de radio MANET, de passerelle RoIP, de dispatch radio, de communication IP et de communications unifiées pour les équipes mobiles, les véhicules de commandement et les environnements de communication de terrain, avec des options d’intégration système pour la voix, les données, la vidéo et la connectivité backhaul distante.
