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Les connexions WiFi fonctionnent en semi-duplex tandis que la partie filaire du réseau local est en duplex intégral. Il semble donc qu'en se connectant via WiFi, quelque chose ait dû céder. Avons-nous été floués ? Aimez-vous perdre la moitié de quoi que ce soit? Pire, ne pourrons-nous pas effectuer certaines tâches avec nos ordinateurs et périphériques s'ils étaient connectés via WiFi ?
Duplex contre Simplex
En réseau, le terme « duplex » signifie la capacité de deux points ou appareils à communiquer entre eux, par opposition au « simplex » qui fait référence à la communication unidirectionnelle. Dans un système de communication duplex, les deux points (dispositifs) peuvent transmettre et recevoir des informations. Des exemples de systèmes duplex comprennent les téléphones et les talkies-walkies.
D'autre part, les systèmes simplex permettent à un seul appareil de transmettre des informations, tandis qu'un autre reçoit. La télécommande infrarouge commune est un excellent exemple de système simplex, où la télécommande infrarouge transmet des signaux mais n'en reçoit jamais en retour.
Full et Half-Duplex
La communication en duplex intégral entre deux composants signifie que les deux peuvent transmettre et recevoir des informations entre eux simultanément. Les téléphones sont des systèmes en duplex intégral afin que les deux parties au téléphone puissent parler et écouter en même temps.
Dans les systèmes semi-duplex, la transmission et la réception d'informations doivent se faire alternativement. Pendant qu'un point transmet, l'autre ne doit que recevoir. La communication radio par talkie-walkie est un système semi-duplex, caractérisé par le fait de dire « fini » à la fin d'une transmission pour signifier que la partie est prête à recevoir des informations.
Une illustration simple d'un système de communication semi-duplex. Crédit image : Wikipédia
Comment le duplexage affecte les routeurs WiFi
Les routeurs WiFi sont des appareils qui modulent et programment le flux d'informations vers et depuis n'importe quel appareil électronique compatible WiFi (comme un ordinateur portable ou un smartphone) vers Internet, en utilisant une norme ou un protocole spécifique appelé IEEE 802.11 qui fonctionne en semi-duplex. Le WiFi n'est que la marque de fabrique de ce IEEE la norme ( comprendre les normes WiFi courantes ).
Les appareils WiFi se connectent sans fil au routeur en utilisant des ondes radio à 2,4 GHz ou à 5 GHz. Le routeur programme et s'assure que les informations correctes circulent entre chaque appareil connecté et Internet ; sans collision ni perte ; par un appel de processus Time Division Duplexing (TDD) pour se comporter comme du duplex intégral.
TDD émule le duplex intégral en configurant ou en divisant des périodes de temps qui alternent entre la transmission et la réception. Les paquets de données circulent dans les deux sens selon les divisions temporelles. En coupant finement ces périodes de temps, les appareils connectés de cette manière semblent émettre et recevoir simultanément.
Pourquoi les routeurs actuels ne peuvent-ils pas fonctionner en duplex intégral ?
Le plus gros problème pour atteindre la capacité full-duplex par radio est l'auto-interférence. Cette interférence ou ce bruit est plus intense que le signal lui-même. En termes simples, des interférences dans un système en duplex intégral se produisent lorsqu'un seul point émet et reçoit simultanément, et il recevra également sa propre transmission, d'où une auto-interférence est produite.
Diagramme illustrant l'auto-interférence. Crédit: Réseau Kumu
Le sans fil full-duplex pratique est possible dans les domaines de la recherche et du milieu universitaire. Ceci est largement réalisé en annulant l'auto-interférence à deux niveaux. Le premier est par inversion de signal du signal de bruit lui-même, puis le processus d'annulation de bruit est encore amélioré numériquement. Quelques étudiants de l'Université de Stanford ont construit des prototypes de radio full-duplex fonctionnels en 2010 et 2011 ( lire le livre blanc ). Certains de ces étudiants ont formé une startup commerciale appelée Réseaux KUMU , engagé à révolutionner les réseaux sans fil.
D'autres ouvrages tels que IBFD (In-Band Full-Duplex) par l'Université Cornell et STAR (Simultaneous Transmit and Receive) de Photonic Systems Inc. peut également être trouvé.
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Qu'en est-il du réseau local filaire ?
La partie câblée du réseau local communique en duplex intégral avec deux paires de fils torsadés formant la connexion par câble Ethernet. Chaque paire est dédiée à transmettre et recevoir des paquets d'informations simultanément, donc aucune collision de données et aucune interférence.
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Câble FTP3 par Baran Ivo - Propre travail. Sous licence du domaine public via Wikimedia Commons
Progrès dans la connectivité WiFi
Dans le protocole IEEE 802.11, des modifications ont été apportées pour obtenir une meilleure portée ou un meilleur débit de données, ou les deux. De ses jours de formation en 1997 à 2013, les normes WiFi ont été modifiées de 802.11 à 802.11b/a, 802.11g, 802.11n et enfin, 802.11ac (devriez-vous acheter un routeur sans fil-AC ?). Peu importe à quel point ils sont devenus avancés, ils appartiennent toujours à la famille 802.11, qui fonctionnera toujours en semi-duplex. Bien que des améliorations aient été apportées, notamment avec l'inclusion de MIMO ( c'est quoi MIMO ?), le fonctionnement en semi-duplex réduit de moitié l'efficacité spectrale globale.
Fait intéressant, les routeurs pris en charge par MIMO (multiple-input multiple-output) annoncent des débits de données beaucoup plus rapides. Ces routeurs utilisent plusieurs antennes pour transmettre et recevoir plusieurs flux de données simultanément, ce qui peut augmenter les taux de transfert globaux. Cela se trouve couramment dans les routeurs 802.11n et plus récents, qui annoncent des vitesses de 600 mégabits par seconde et plus. Cependant, comme ils fonctionnent en semi-duplex, 50 % (300 mégabits par seconde) de la bande passante sont réservés à la transmission tandis que les 50 % restants sont utilisés pour la réception.
Wi-Fi en duplex intégral à l'avenir
Il existe un intérêt commercial croissant pour la connectivité sans fil en duplex intégral. La raison principale étant que les avancées dans les FDD et TDD en half-duplex sont en train de saturer. Les améliorations logicielles, les avancées de modulation et les améliorations MIMO sont de plus en plus difficiles. À mesure que de plus en plus d'appareils se connectent sans fil, le besoin d'une efficacité spectrale accrue deviendra finalement primordial. Les connexions sans fil full-duplex ont démontré avec succès le doublement instantané de cette efficacité spectrale.
Dans les domaines où l'impact sur le matériel, la reconfiguration logicielle, les changements réglementaires et les investissements monétaires sont minimes, ce passage du semi-duplex au duplex intégral commencera à prendre de plus en plus d'importance. Poussés initialement par le besoin de plus de capacité, nous pourrions trouver dans un proche avenir le WiFi full-duplex, initialement côte à côte avec les derniers composants semi-duplex.
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