Un réseau sans fil ad hoc ou WANET (Wireless Ad Hoc Network) ou MANET (Mobile Ad Hoc Network, du nom du groupe de travail qui a créé ce protocole) est un type de réseau sans fil décentralisé. Le réseau est ad hoc car il ne s’appuie pas sur une infrastructure préexistante, comme des routeurs dans les réseaux filaires ou des points d’accès dans les réseaux sans fil administrés. Au lieu de cela, chaque nœud participe au routage en retransmettant les données aux autres nœuds, de façon que le choix du nœud qui va transmettre les données est opéré dynamiquement sur la base de la connectivité du réseau et de l’algorithme de routage utilisé.
Dans le système d’exploitation Windows, le ad-hoc est un mode de communication (paramètre) qui permet aux ordinateurs de communiquer directement entre eux sans routeur.
Les réseaux sans fil ad hoc sont des réseaux auto-configurants et dynamiques dans lesquels les nœuds sont libres de se déplacer. Les réseaux sans fil ne souffrent pas des complexités liées à la configuration et à l’administration d’infrastructures, permettant ainsi aux appareils de créer et joindre des réseaux à la volée – n’importe où, n’importe quand.
Principe Chaque entité ( ou nœud) communique directement avec sa voisine. Pour communiquer avec d’autres entités, il lui est nécessaire de faire passer ses données par d’autres qui se chargeront de les acheminer. Pour cela, il est d’abord primordial que les entités se situent les unes par rapport aux autres, et soient capables de construire des routes entre elles : c’est le rôle du protocole de routage.
Ainsi, le fonctionnement d’un réseau ad-hoc le différencie notablement d’un réseau comme le réseau GSM ou des réseaux Wi-Fi avec des points d’accès : là où une ou plusieurs stations de base sont nécessaires à la plupart des communications entre les différents nœuds du réseau (mode Infrastructure), les réseaux ad-hoc s’organisent d’eux-mêmes et chaque entité peut jouer différents rôles. alt=Schéma du parallèle entre le mode d'échange infrastructure et ad-hoc|centré|542x542px|Parallèle entre le mode d'échange infrastructure et ad-hoc L’utilisation la plus simple et la plus courante des réseaux ad-hoc est faite par les réseaux sans fil Wi-Fi en permettant une mise en place rapide d’une connexion réseau entre deux ordinateurs.
Histoire du packet radio Le plus ancien réseau de données sans fil est appelé réseau “packet radio”, et est promu par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) au début des années 1970. Bolt, Beranek and Newman Technologies (BBN) et SRI International conçoivent, construisent, et expérimentent avec ces systèmes initiaux. On compte parmi les chercheurs Robert Elliot Kahn, Jerry Burchfiel, et Ray Tomlinson. Des expériences similaires prennent place au sein de la communauté des radioamateurs avec le protocole x25. Ces premiers systèmes packet radio prédatent Internet, et font ainsi partie de la motivation derrière le protocole Internet original. Plus tard, les expériences du DARPA incluent le projet SURAN (Survivable Radio Network) qui prend place pendant les années 1980. Une troisième vague de recherches académiques commence au milieu des années 1990 avec l’avènement des cartes radio 802.11 bon marché pour PC. Les réseaux sans fil ad hoc actuels sont principalement conçus pour des usages militaires.. Les problèmes du packet radio sont : (1) éléments encombrants, (2) débit de données lent, (3) incapable de maintenir les liaisons si la mobilité est élevée. Le projet n’avance pas beaucoup plus jusqu’au début des années 1990, lorsque les réseaux sans fil ad hoc sont nés.
Premiers travaux sur le MANET Au début des années 1990, Charles Perkins de SUN Microsystems USA, et Chai Keong Toh de l’université de Cambridge commencent séparément à travailler sur un nouvel Internet : celui des réseaux sans fil ad hoc. Perkins travaille sur les problèmes d’adressage dynamique. Toh travaille sur un nouveau protocole de routage appelé ABR (Associativity-Based Routing)Chai Keong Toh Associativity-Based Routing for Ad Hoc Mobile Networks, Wireless Personal Communications Journal, 1997.. Perkins propose finalement le routage DSDV (Destination Sequence Distance Vector), qui est basé sur du routage distribué à vecteurs de distance. La proposition de Toh est un routage à la demande, c’est-à-dire que les routes sont découvertes à la volée en temps réel quand elles sont nécessaires. L’ABRChai Keong Toh IETF MANET DRAFT: Long-lived Ad Hoc Routing based on the Concept of Associativity est soumis à l’IETF sous la forme de RFCs. ABR est implémenté avec succès sous système Linux sur des ordinateurs portables équipés de la Lucent WaveLAN 802.11a, et il est ainsi démontré en 1999 qu’un réseau mobile sans fil est possible. Un autre protocole de routage connu sous le nom de AODV est subséquemment présenté puis, plus tard, prouvé et implémenté en 2005"AODV Implementation Design and Performance Evaluation" by Ian D. Chakeres ; en 2007, David Johnson et Dave Maltz proposent le DSR : Dynamic Source RoutingThe Dynamic Source Routing Protocol (DSR) for Mobile Ad Hoc Networks for IPv4.
Applications La nature décentralisée des réseaux sans fil ad hoc les rend adaptés à une multitude d’applications où l’on ne peut pas s’appuyer sur des nœuds centraux, et peut améliorer la scalabilité par rapport aux réseaux sans fil administrés, bien que des limites théoriques et pratiques aux capacités globales de ce type de réseaux aient été identifiées. Une configuration minimale et un déploiement rapide rendent les réseaux ad hoc adaptés aux situations d’urgence comme les catastrophes naturelles ou les conflits militaires. La présence de protocoles de routage dynamiques et adaptatifs permet aux réseaux ad hoc de se former rapidement. Les réseaux sans fil ad hoc peuvent être classés selon leurs applications :
Réseaux mobiles ad hoc (MANETs) Un réseau mobile ad hoc (MANET) est un réseau continuellement auto-configurant, auto-organisant et sans infrastructure de dispositifs mobiles connectés sans fils. Ils sont parfois connus sous le nom de réseaux “à la volée” ou “réseaux spontanés”.
Réseaux véhiculaires ad hoc (VANETs)
Les VANETs sont utilisés pour la communication entre véhicules et équipements routiers. Les réseaux véhiculaires ad hoc intelligents (InVANETs) sont un type d’intelligence artificielle qui aide les véhicules à se comporter de manière intelligente lors de collisions vehicle-to-vehicle ou accidents. Les véhicules utilisent des ondes radios pour communiquer entre eux, créant instantanément des réseaux de communication à la volée alors qu’ils se déplacent sur les routes. Réseaux de smartphones ad hoc (SPANs) Un SPAN met à profit du hardware (principalement Wi-Fi et Bluetooth) et du software (protocoles) existant dans les smartphones disponibles à la vente, afin de créer des réseaux pair à pair sans s’appuyer sur des réseaux cellulaires, des points d’accès sans fil ou des infrastructures réseau traditionnelles. L’iPhone d’Apple avec iOS 8.4 et plus est capable de gérer des réseaux maillés ad hoc multipairs, permettant à des millions de smartphones de créer des réseaux ad hoc sans dépendre des communications cellulaires. Il a été revendiqué que cela allait “changer le monde”.
Réseaux maillés sans fil Les réseaux maillés sans fil tiennent leur nom de la topologie du réseau résultant. Dans un maillage totalement connecté, chaque nœud est connecté à tous les autres nœuds, créant un ainsi “maillage”. Un maillage partiel, au contraire, à une topologie dans laquelle certains nœuds ne sont pas connectés aux autres, cependant ce terme est très peu utilisé. Les réseaux sans fil ad hoc peuvent prendre la forme d’un réseau maillé ou autre. Un réseau sans fil ad hoc n’a pas de topologie fixée, et sa connectivité entre nœuds est totalement dépendante du comportement des dispositifs, leurs mobilités, les distances entre eux, etc. Ainsi, les réseaux maillés sans fil sont des types particuliers de réseaux sans fil ad hoc, avec un accent particulier sur la topologie du réseau résultant. Tandis que certains réseaux maillés sans fil (particulièrement ceux sans les maisons) ont une mobilité relativement peu fréquente, et donc peu de ruptures de liaisons, d’autres réseaux maillés plus mobiles nécessitent des ajustements fréquents de routage afin de prendre en compte les liaisons perdus. Google Home, Google Wi-Fi et Google OnHub supportent tous les réseaux Wi-Fi maillés (i.e. la Wi-Fi ad hoc). L’AirPort d’Apple permet la formation de réseaux maillés sans fil à la maison, connectant ensemble des dispositifs Wi-Fi divers et fournissant une bonne couverture et connectivité sans fil à la maison.
MANETs tactiques de l’US Army L’armée a besoin de moyens de communication mobile depuis longtemps. Les communications mobiles ad hoc permettent de bien répondre à ce besoin, en particulier par leur absence d’infrastructure, leur déploiement rapide et leur fonctionnement. Les MANETs militaires sont utilisés par les unités avec un accent sur le déploiement rapide, les réseaux sans infrastructure et totalement sans fil (pas de tour radio fixée), la robustesse (les ruptures de liaison ne sont pas un problème), la sécurité, la portée, et le fonctionnement instantané. Les MANETs peuvent être utilisés dans les mines “sautantes” de l’armée, dans des pelotons où les soldats communiquent en terrain étranger, leur donnant la supériorité sur le champ de bataille. Des MANETs tactiques peuvent être formés automatiquement pendant la mission, et le réseau “disparaît” quand la mission s’arrête. Ils sont parfois appelés réseaux sans fil tactiques “à la volée”.
Réseaux sans fil ad hoc des drones de l’US Air Force
Les drones sont des aéronefs sans pilote à bord. Les drones peuvent être contrôlés à distance (c’est-à-dire dirigés par un pilote dans une station au sol) ou peuvent voler de façon autonome en se basant sur des plans de vol pré-programmés. L’utilisation civile de drones inclut la modélisation de terrains 3D, la livraison de colis (Amazon), etc…
Les drones militaires sont aussi utilisés par l’US Air Force pour la collecte de données et la détection de situations, sans risquer que le pilote soit dans un environnement étranger et hostile. Avec la technologie de réseaux sans fil ad hoc embarquée dans les drones, plusieurs drones peuvent communiquer entre eux et travailler en équipe, collaborativement afin de compléter une tâche et une mission. Si un drone est détruit par un ennemi, sa donnée peut être rapidement déchargée sans fil aux autres drones voisins. Les réseaux de communication ad hoc de drones sont aussi parfois appelés réseaux célestes instantanés de drones.
Réseaux ad hoc de l’US Navy Les bateaux de la marine utilisent traditionnellement les communications satellite et d’autres radios afin de communiquer entre eux ou avec les stations sur la terre ferme. Cependant, ces communications sont limitées par des délais et une bande passante limitée. Les réseaux sans fil ad hoc permettent à des réseaux de zone d’être formés sur les bateaux alors qu’ils sont en mer, permettant des communications sans fil à grande vitesse entre les bateaux, améliorant le partage d’images et de données multimédia, et une meilleure coordination dans les opérations sur le champ de bataille. Certaines entreprises de défense (comme Rockwell Collins et Rohde & Schwarz) ont créé des produits qui améliorent les communications de bateau à bateau et de bateau à la côte.
Réseaux sans fil pour capteurs Éclairage intelligent ad hoc