Exercices: Les télécommunications

Dans toute communication, il y a trois éléments : celui qui envoie (émetteur), le chemin par lequel voyage le signal (canal de transmission) et celui qui le reçoit (récepteur). Identifier ces trois éléments dans chaque situation : (a) envoyer un message avec le téléphone ; (b) regarder une vidéo sur l'ordinateur portable ; (c) jouer en ligne avec la console.

La figure montre le schéma de toute communication : un émetteur envoie un message qui arrive à un récepteur, mais l'élément central est masqué par un point d'interrogation, comme le montre le schéma.

Quel élément du schéma est masqué ? Donner deux exemples de cet élément, un filaire et un sans fil, et expliquer ce qui arriverait au message si cet élément disparaissait.

Classer ces moyens de transmission en « filaires » et « sans fil » : paire torsadée, Wi-Fi, fibre optique, Bluetooth, câble coaxial, réseaux mobiles 4G. Expliquer en une phrase la différence entre les deux groupes.

Vrai ou faux ? Justifier chaque réponse : (a) la fibre optique transmet l'information sous forme d'impulsions lumineuses ; (b) le Bluetooth est conçu pour de très courtes distances ; (c) le Wi-Fi voyage dans l'air sous forme d'ondes radio ; (d) la télécommande de la télévision peut fonctionner à des kilomètres de distance.

Relier chaque appareil au moyen qu'il utilise pour communiquer : (a) la télécommande de la télévision, (b) des écouteurs sans fil, (c) le téléphone quand vous êtes dans la rue, (d) l'ordinateur de la salle relié à la box. Moyens : 1. Bluetooth ; 2. infrarouge ; 3. câble réseau (paire torsadée) ; 4. réseau mobile 4G ou 5G.

Quand on souscrit un abonnement internet « de $600$ mégas », ces mégas sont des mégabits par seconde ($\text{Mbps}$). Expliquer, avec la comparaison d'un tuyau ou d'une route, ce que signifie qu'une connexion ait plus de mégas qu'une autre et ce qu'une famille remarque en l'utilisant.

Classer ces moyens de la plus faible à la plus grande portée typique et expliquer le critère suivi : infrarouge, satellite, Wi-Fi, Bluetooth, réseaux mobiles 4G.

Les connexions annoncent un débit descendant et un débit montant. Expliquer ce qu'est télécharger (débit descendant) et ce qu'est envoyer des données, et donner un exemple quotidien de chaque action : une où vous utilisez le débit descendant et une où vous utilisez le débit montant.

La figure montre un tableau qui compare plusieurs moyens de transmission, mais certaines cases sont à compléter, comme le montre le schéma.

Compléter les trois cases marquées d'un « ? » en raisonnant à partir des autres lignes. Expliquer ensuite quel moyen du tableau vous choisiriez pour relier par câble deux bâtiments du collège distants de $300\ \text{m}$ et pourquoi.

Le Wi-Fi de ta maison fonctionne bien moins bien dans la pièce la plus éloignée de la box. L'expliquer en pensant à ce qui arrive aux ondes radio avec la distance et lorsqu'elles traversent des murs, et justifier pourquoi cette perte ne se produit pas avec un câble réseau.

La fibre optique a remplacé l'ancien ADSL en cuivre dans de nombreux foyers. Expliquer la différence entre envoyer l'information sous forme d'impulsions lumineuses ou de courant électrique et justifier pourquoi la fibre atteint des débits bien supérieurs et se dégrade moins avec la distance.

La télécommande de la télé ne fonctionne pas si tu te mets derrière la porte, mais la manette de la console fonctionne même dans un sac à dos. Faire le lien avec le moyen utilisé par chacune (infrarouge et Bluetooth), expliquer ce qu'est la « ligne de vue directe » et dans quelles situations elle pose problème.

Ta famille paie $300\ \text{Mbps}$ de fibre, mais le test de débit donne $280\ \text{Mbps}$ avec l'ordinateur relié par câble et seulement $60\ \text{Mbps}$ avec l'ordinateur portable en Wi-Fi au fond de la maison. Analyser où ces mégas se « perdent » et proposer deux façons de les récupérer.

Dans un village sans fibre ni câble de cuivre, la seule option est internet par satellite. Expliquer comment voyagent les données dans ce cas (de l'antenne de la maison au satellite et retour), quel grand avantage présente ce moyen et quels inconvénients vous imaginez : le temps que met le signal pour monter et descendre, les orages…

La figure compare les débits typiques de quatre moyens de transmission, comme le montre le graphique.

Classer les quatre moyens du plus lent au plus rapide et choisir le plus adapté à chaque situation en justifiant : (a) des écouteurs sans fil ; (b) regarder un film en haute qualité ; (c) l'ordinateur de bureau de la maison ; (d) le téléphone dans le bus. Remarquer que la barre du Bluetooth est à peine visible : que vous dit cela sur l'utilité (et les limites) de ce moyen ?

Ton téléphone se connecte tout seul au Wi-Fi de la maison et utilise les données mobiles (4G) quand tu es dehors. Expliquer la différence entre les deux moyens en portée et en ce qui concerne qui « paie » le trafic, et justifier pourquoi il vaut mieux télécharger de gros fichiers en étant connecté au Wi-Fi.

Dans une maison, il y a une fibre de $600\ \text{Mbps}$, mais l'ordinateur du grenier, connecté en Wi-Fi, n'atteint que $30\ \text{Mbps}$. Analyser où se situe le goulot d'étranglement (la fibre ou le tronçon sans fil ?) et proposer deux solutions techniques différentes (câbler la pièce, installer un point d'accès ou un adaptateur CPL qui utilise l'installation électrique), en les comparant.

Une famille hésite entre deux offres : une fibre fixe de $100\ \text{Mbps}$ ou un routeur 4G de $50\ \text{Mbps}$ que « tu peux emporter dans n'importe quelle maison ». Comparer les deux options en pensant au débit, à la stabilité, aux éventuelles limites de données et à ce qui se passerait avec quatre personnes connectées en même temps, et faire une recommandation argumentée.

Tu es en visioconférence depuis chez toi (connecté en Wi-Fi à ta box fibre) avec ton oncle, qui marche dans la rue connecté à un réseau 4G. Soudain, l'image de ton oncle se fige et sa voix disparaît, mais il t'écrit sur le chat pour dire qu'il te voit et t'entend parfaitement. Analyser la chaîne de communication (en identifiant l'émetteur, les milieux guidés et non guidés, et le récepteur), déduire de façon argumentée dans quel tronçon se situe le plus probablement la panne en écartant les tronçons qui fonctionnent bien, et expliquer quelle transformation physique subit le signal lorsqu'il passe du câble de fibre optique à l'air du réseau mobile.

Tes écouteurs Bluetooth se coupent si tu laisses le téléphone dans la chambre et que tu vas à la cuisine, mais l'enceinte Wi-Fi de la maison sonne partout. Expliquer la différence de portée et de consommation de batterie entre les deux moyens, le rôle que jouent les murs et justifier ce qui se passerait si les écouteurs utilisaient le Wi-Fi au lieu du Bluetooth.

Une maison de campagne sans fibre veut un accès internet pour travailler tous les jours. Évaluer trois solutions (routeur 4G s'il y a de la couverture, connexion par satellite, antenne de liaison radio avec le village voisin) en comparant portée, débit et difficulté d'installation, et en recommander une avec des arguments.

À bord d'un navire de croisière en haute mer, il est impossible de se connecter aux antennes 4G de la côte ou de tirer un câble direct. Le navire utilise une connexion par satellite de $50\ \text{Mbps}$, mais les passagers constatent qu'il est impossible de tenir des visioconférences fluides ou de jouer en ligne à cause de l'énorme retard du signal (latence supérieure à $600\ \text{ms}$), et que le service se coupe pendant les orages. Justifier pourquoi les antennes de téléphonie terrestres ne servent pas en haute mer, expliquer le trajet du signal jusqu'à la terre en justifiant la cause de ce grand retard par rapport à la fibre optique terrestre, et expliquer pourquoi la pluie dense bloque les micro-ondes du satellite.

Un jeu vidéo occupe $60\ \text{Go}$ et ta connexion télécharge à $100\ \text{Mbit/s}$. Rappel : $1$ octet correspond à $8$ bits. Convertir d'abord les mégabits par seconde en mégaoctets par seconde, calculer ensuite le temps théorique de téléchargement du jeu (utiliser la convention scolaire $1\ \text{Go} = 1024\ \text{Mo}$) et expliquer pourquoi, en réalité, il faudra un peu plus de temps.

Un ami affirme : « Dans le futur, les câbles disparaîtront et tout sera sans fil. » Argumenter pour et contre en utilisant ce que vous savez de la portée, du débit et de la stabilité de chaque moyen, réfléchir à qui transporte le trafic entre les villes et terminer par votre conclusion argumentée.

Défi du thème. Deviens l'administrateur réseau de ton foyer ! Ta mission est d'auditer ton réseau domestique, d'analyser comment l'information circule et de proposer des améliorations dans un court rapport réalisé avec LibreOffice.

1. Cartographie du réseau : Identifier et dessiner les éléments de ton réseau (box, ONT ou répéteurs) et lister au moins cinq appareils connectés en indiquant leur moyen de transmission (câble réseau ou Wi-Fi).

2. Relevé de données réelles : Réaliser un test de débit en ligne en mesurant la latence (en $\text{ms}$) et le débit descendant (en $\text{Mbps}$) en deux points : près de la box et dans la pièce la plus éloignée. Noter les données réelles dans un tableau (par exemple, $42,5\text{ Mbps}$ contre $12,3\text{ Mbps}$) et calculer la perte.

3. Le voyage des données : Expliquer brièvement le chemin que parcourt un paquet de données depuis que ton téléphone cherche une vidéo jusqu'à son arrivée aux serveurs d'internet par les télécommunications de ton fournisseur (fibre ou radiofréquence).

4. Proposition technique : Proposer deux solutions justifiées pour optimiser la couverture ou améliorer la sécurité de la configuration de la box (changement d'emplacement, fréquence de $5\text{ GHz}$, mots de passe robustes).

Seront évalués :

• L'identification correcte des éléments du réseau et de leurs moyens de transmission.

• La précision du relevé de données réelles et de la comparaison chiffrée.

• La compréhension du voyage de l'information à travers les télécommunications.

• La justification technique et la cohérence des améliorations proposées.