Κινητά και Ασύρματα Δίκτυα. Εισαγωγικά στοιχεία

Transcript

1 Κινητά και Ασύρματα Δίκτυα Εισαγωγικά στοιχεία

2 Επικοινωνία;;; Επικοινωνία διαμοιρασμός ιδεών και πληροφοριών Γενικά, επικοινωνία είναι οτιδήποτε (όχι μόνο πληροφορία) που στέλνεται και λαμβάνεται Επικοινωνία = η διαδικασία μεταφοράς πληροφορίας (ή δεδομένων) από μια οντότητα σε κάποια άλλη Οντότητα που στέλνει πληροφορία = Αποστολέας (Sender) Οντότητα που λαμβάνει πληροφορία = Παραλήπτης (Receiver) Αποστολέας Παραλήπτης πληροφορία

3 Πώς φτάσαμε στα κινητά και ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών; Ζητούμενο ήταν η επικοινωνία μεταξύ τοπικά απομακρυσμένης πηγής-προορισμού Ανάλογα με την πολιτιστική και τεχνολογική εξέλιξη, έχουν χρησιμοποιηθεί διάφοροι τρόποι επίτευξης επικοινωνίας μεταξύ απομακρυσμένων μερών

4 Πώς φτάσαμε στα κινητά και ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών; Ζητούμενο ήταν η επικοινωνία μεταξύ τοπικά απομακρυσμένης πηγής-προορισμού Ανάλογα με την πολιτιστική και τεχνολογική εξέλιξη, έχουν χρησιμοποιηθεί διάφοροι τρόποι επίτευξης επικοινωνίας μεταξύ απομακρυσμένων μερών

5 Πώς φτάσαμε στα κινητά και ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών; τέλη του 19ου αιώνα: Guglielmo Marconi παρουσίασε τις δυνατότητες του ασυρμάτου

6 Πώς φτάσαμε στα κινητά και ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών; Ραγδαία εξέλιξη μετέπειτα: ραντάρ, ραδιοφωνία και τηλεόραση, μικροκυματικοί αναμεταδότες, αεροναυτικές, ναυτικές και δορυφορικές επικοινωνίες, κινητή τηλεφωνία Λόγω παραγόντων όπως: πρόοδος στην κατασκευή ψηφιακών κυκλωμάτων και κυκλωμάτων ραδιοσυχνοτήτων μεγάλης κλίμακας ολοκληρωμένα κυκλώματα (VLSI) αλματώδης ανάπτυξη της μικροτεχνολογίας κατασκευή αξιόπιστου, μικρού μεγέθους, φθηνού φορητού ασύρματου εξοπλισμού

7 Σύστημα επικοινωνιών: συστατικά Συσκευές επικοινωνιών Laptops, smartphones, tablets, σημεία πρόσβασης (access points), σταθμοί βάσης (base stations), κτλ Κανάλια επικοινωνιών Το φυσικό μέσο (καλώδια, αέρας) που χρησιμοποιείται για μεταφορά δεδομένων μεταξύ συσκευών επικοινωνίας Τεχνολογίες επικοινωνιών GSM,GPRS, WiFi, Bluetooth, 3G, 4G, κτλ Λογισμικό επικοινωνιών Εφαρμογές ή προγράμματα σχεδιασμένα να μεταφέρουν πληροφορία μεταξύ συσκευών επικοινωνίας

8 Δίκτυα επικοινωνιών Επικοινωνίες Διαδικασία μετάδοσης σημάτων μεταξύ συσκευών επικοινωνίας μέσω καναλιών επικοινωνίας Δίκτυα Τεχνολογίες και λογισμικό χρησιμοποιούνται για να διασυνδέουν συσκευές και να τους επιτρέπουν να επικοινωνούν Οι συσκευές μπορούν να συνδεθούν στο Δίκτυο με ενσύρματες συνδέσεις (Ενσύρματα Δίκτυα) ή με ασύρματες συνδέσεις (Ασύρματα Δίκτυα)

9 Συστήματα κινητών ασύρματων επικοινωνιών Πλέον, όχι μόνο καθιερωθεί παγκοσμίως αλλά Σε ορισμένες περιπτώσεις, έχουν εισάγει και καθιερώσει έναν νέο τρόπο ζωής, τον οποίο χαρακτηρίζει η συνεχής και απρόσκοπτη δυνατότητα του χρήστη να επικοινωνήσει στιγμιαία από οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη με τον οποιονδήποτε Η εξέλιξη των κινητών επικοινωνιών υπήρξε αργή και πάντοτε συνδεδεμένη με την πρόοδο των τεχνολογικών εξελίξεων: η σημερινή θεαματική εξάπλωση των κινητών προσωπικών επικοινωνιών είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την ωρίμανση των τεχνολογικών επιτευγμάτων της δεκαετίας του 1970 Η δυνατότητα προσφοράς υπηρεσιών κινητής τηλεφωνίας σε μεγάλες πληθυσμιακές μάζες συνειδητοποιήθηκε μόλις στις δεκαετίες του 60 και του 70 όταν ερευνητές στα Bell Laboratories ανέπτυξαν τις αρχές λειτουργίας της κυψελικής επικοινωνίας Με την εξέλιξη της τεχνολογίας στερεάς κατάστασης κατά την διάρκεια της δεκαετίας του 1970, επετεύχθη η κατασκευή φθηνού ασύρματου εξοπλισμού μικρού μεγέθους και υψηλής αξιοπιστίας προετοιμάζοντας το έδαφος για την έλευση της εποχής της κινητής τηλεφωνίας

10 Συστήματα κινητών ασύρματων επικοινωνιών!! Η τηλεόραση και το ραδιόφωνο, αν και ως τηλεπικοινωνιακά μέσα είναι εκ φύσεως ασύρματα στις περισσότερες περιπτώσεις, δε συμπεριλαμβάνονται στα ασύρματα δίκτυα: η μετάδοση γίνεται προς πάσα κατεύθυνση χωρίς να υπάρχει κάποιο δομημένο «δίκτυο» τηλεπικοινωνιακών κόμβων (συσκευών) με τη συνήθη έννοια τα μεταφερόμενα δεδομένα συνήθως είναι αναλογικά και, επομένως, δεν μπορούν να θεωρηθούν δίκτυα υπολογιστών

11 Ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών Δεν υπάρχουν φυσικές συνδέσεις με καλώδια Τα ασύρματα δίκτυα χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ραδιοκύματα) για τη διατήρηση καναλιών επικοινωνίας μεταξύ συσκευών Ασύρματη επικοινωνία είναι η μεταφορά δεδομένων (πληροφορίας) μεταξύ απομακρυσμένων σημείων χωρίς τη χρήση ηλεκτρικών αγωγών ή καλωδίων (μη καθοδηγούμενα σήματα) Ασύρματη Επικοινωνία αποστολέας παραλήπτης

12 Αναλογικά και ψηφιακά σήματα Μέσα προώθησης δεδομένων (πληροφορίας) σε ένα κανάλι επικοινωνίας Τα αναλογικά σήματα είναι συνεχώς μεταβαλλόμενα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μεταφέρονται με διάφορα μέσα όπως : καλώδιο, οπτική ίνα, ομοαξονικό καλώδιο, διάστημα (ασύρματα) Δεν υπάρχουν κενά ούτε ασυνέχειες (συνεχή σήματα) Τα ψηφιακά σήματα είναι ακολουθίες ηλεκτρικών παλμών που μεταφέρονται με κάποιο ενσύρματο μέσο (δε μπορούν να μεταφέρουν δεδομένα στον αέρα) Διακριτά και ασυνεχή Μια σταθερή θετική τιμή τάσης αντιπροσωπεύει το δυαδικό 0 και μια σταθερή αρνητική τιμή τάσης αντιπροσωπεύει το δυαδικό 1

13 Ραγδαία ανάπτυξη κινητών / ασύρματων δικτύων Σημαντικά πλεονεκτήματα κινητών τηλεφώνων και άλλων κινητών/φορητών συσκευών: Παντού, Πάντα (Anywhere, Anytime), ασύρματη πρόσβαση στο συνολικό τηλεφωνικό δίκτυο και το Διαδίκτυο (internet) μέσω μιας φορητής, ελαφριάς, ασύρματης/κινητής συσκευής Smartphones, Tablets, Laptops, Personal Digital Assistants (PDAs - palmtop computers), Netbooks, κτλ

14 Ραγδαία ανάπτυξη κινητών / ασύρματων δικτύων Η χρήση κινητού (mobile) Internet αυξάνεται πολύ γρηγορότερα από τη χρήση σταθερού (Desktop) Internet Ο αριθμός χρηστών Mobile Internet ξεπέρασε τον αριθμό των χρηστών Desktop Internet μέσα σε 8 χρόνια

15 Ραγδαία ανάπτυξη κινητών / ασύρματων δικτύων Αριθμός συνδρομητών κινητής τηλεφωνίας παγκοσμίως: 1993: 34 εκατ (σύμφωνα με την Ericsson; Φεβρουάριος 2014): 6.7 δισεκατ. Αριθμός χρηστών κινητών τηλεφώνων παγκοσμίως: Μόνο περίπου 4.5 δισεκατ. κινητοί χρήστες Μερικοί χρήστες κινητών τηλεφώνων έχουν παραπάνω από μία συνδρομές! Αριθμός συνδρομητών σταθερής τηλεφωνίας παγκοσμίως: 2014: 1.2 δισεκατ. Ο αριθμός των συνδρομητών κινητής τηλεφωνίας είναι πλέον περίπου 6 φορές μεγαλύτερος από τον αριθμό των συνδρομητών σταθερής τηλεφωνίας!

16 Ραγδαία ανάπτυξη κινητών / ασύρματων δικτύων ΟΣΟ ΥΠΑΡΧΕΙ ΟΦΕΛΟΣ Η ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΘΑ ΔΙΑΤΗΡΕΙΤΑΙ 50 ΔΙΣΕΚΑΤ. ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΠΡΟΒΛΕΠΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΟ 2020

17 Κινητή και ασύρματη επικοινωνία Δύο πλευρές της κινητικότητας: Κινητικότητα χρήστη: οι χρήστες επικοινωνούν (ασύρματα) οποτεδήποτε, οπουδήποτε, με οποιονδήποτε Φορητότητα συσκευών: οι συσκευές μπορούν να είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο οποτεδήποτε και οπουδήποτε Ένα laptop, ένα PDA ή ένα κινητό τηλέφωνο είναι κινητές (mobile) συσκευές Ένας συμβατικός (desktop) υπολογιστής θα μπορούσε να ήταν κινητός (mobile) αν είχαμε τρόπο να τον μεταφέρουμε όπου πάμε Ασύρματος (wireless): υποδηλώνει κάποιου είδους δυνατότητα δικτυακής σύνδεσης Ένα κινητό τηλέφωνο είναι ασύρματο Ένα laptop ή ένα PDA μπορούν να είναι ασύρματες συσκευές αν διαθέτουν π.χ. ασύρματο modem

18 Κινητή και ασύρματη επικοινωνία Ασύρματο - κινητό Παραδείγματα σταθερός υπολογιστής notebook σε ξενοδοχείο ασύρματο LAN σε ιστορικά κτίρια Smartphone

19 Ασύρματες συσκευές Pager λαμβάνει μόνο μικροσκοπικές οθόνες απλά μηνύματα κειμένου PDA Laptop οθόνες με απλά γραφικά πλήρως λειτουργικό αναγνώριση χαρακτήρων βασικές εφαρμογές απλουστευμένη πρόσβαση σε WWW Αισθητήρες και ενσωματωμένοι ελεγκτές Κινητά τηλέφωνα φωνή, δεδομένα οθόνες με απλά γραφικά Palmtop μικροσκοπικό πληκτρολόγιο απλές εκδόσεις βασικών εφαρμογών απόδοση

20 Πληθώρα εφαρμογών Οχήματα Μετάδοση ειδήσεων, κατάσταση οδών, καιρός, μουσική μέσω DAB Προσωπική επικοινωνία με χρήση GSM (Global System for Mobile communications) Εντοπισμός θέσης μέσω GPS (Global Positioning System) Τοπικό αδόμητο (ad-hoc) δίκτυο με γειτονικά οχήματα για αποφυγή ατυχημάτων, σύστημα καθοδήγησης, Δεδομένα του οχήματος (π.χ., για λεωφορεία, τραίνα υψηλών ταχυτήτων) μπορούν να μεταδοθούν προκαταβολικά για εργασίες συντήρησης Καταστάσεις έκτακτης ανάγκης Έγκαιρη διακομιδή ασθενούς στο νοσοκομείο, τρέχουσα κατάσταση, αρχική διάγνωση Αντικατάσταση σταθερής υποδομής σε περίπτωση σεισμών, τυφώνων, φωτιάς κτλ.

21 Πληθώρα εφαρμογών Περιοδεύων Πωλητής (Travelling salesmen) Άμεση πρόσβαση σε αρχεία πελατών κεντρικά αποθηκευμένα Συνεπής βάση δεδομένων για όλους τους πωλητές Κινητό γραφείο Αντικατάσταση σταθερών δικτύων Απομακρυσμένοι αισθητήρες, π.χ., για καιρό, σεισμική δραστηριότητα Ευελιξία για εμπορικές εκθέσεις LANs σε ιστορικά κτίρια Διασκέδαση, εκπαίδευση,... Εξωτερική πρόσβαση στο Internet Έξυπνη ξενάγηση με ενημερωμένες πληροφορίες που εξαρτώνται από τη θέση Αδόμητα (ad-hoc) δίκτυα για παιχνίδια με πολλούς συμμετέχοντες History Info

22 Ασύρματα δίκτυα: προκλήσεις Τα ασύρματα/κινητά δίκτυα παρουσιάζουν δύο σημαντικές προκλήσεις (πέραν αυτών των παραδοσιακών ενσύρματων δικτύων): Ασύρματη επικοινωνία: με χρήση ασύρματων συνδέσμων Μετάδοση φωνής και δεδομένων με χρήση ηλεκτρομανγητικών (ράδιο) κυμάτων σε ανοιχτό χώρο (με χρήση δεδομένου φάσματος συχνοτήτων) Η ποιότητα ενός συνδέσμου επηρεάζεται από πολλούς (περιβαλλοντικούς) παράγοντες και μπορεί να παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις Κινητικότητα (Mobility): διαχείριση κινητών χρηστών που αλλάζουν σημείο σύνδεσης στο δίκτυο

23 Κινητικότητα (mobility);;; Αρχικά, τα τηλεφωνικά δίκτυα και το Internet σχεδιάστηκαν με την υπόθεση ότι οι τερματικοί σταθμοί των χρηστών είναι στατικοί Δεν υπάρχει αλλαγή τοποθεσίας (σημείου σύνδεσης) κατά τη διάρκεια μιας κλήσης Το τερματικό ενός χρήστη συνδέεται στο δίκτυο πάντα από μια συγκεκριμένη τοποθεσία Δύο όψεις της κινητικότητας: Φορητότητα συσκευής: η συσκευή μεταφέρεται εύκολα και μπορεί να συνδεθεί (ασύρματα) στο δίκτυο πάντα και παντού. Η αλλαγή σημείου σύνδεσης στο δίκτυο γίνεται offline (σύνδεση από το σπίτι, τη δουλειά, την καφετέρια, κτλ) Κινητικότητα χρήστη (περιλαμβάνει και τη μεταφερσιμότητα συσκευής): οι χρήστες επικοινωνούν (ασύρματα) με οποιονδήποτε, πάντα και παντού. Η αλλαγή σημείου σύνδεσης στο δίκτυο γίνεται online (ο χρήστης οδηγεί από το σπίτι στη δουλειά και η κλήση/σύνδεση μεταφέρεται από μία κυψέλη σε κατά τη διάρκεια της κλήσης)

24 Φορητότητα συσκευών: επιδράσεις Τροποποιήσεις στο υλικό (hardware) Ανάγκη για υλικό ελαφρύτερο, πιο εύρωστο, με μικρότερη κατανάλωση ισχύος Περιορισμένοι πόροι Περιορισμένη χωρητικότητα μπαταριών, περιορισμένη υπολογιστική ισχύς, οθόνες χαμηλής ανάλυσης, περιορισμένη μνήμη, μικρό μέγεθος δίσκου Απώλεια δεδομένων Μεγαλύτερη πιθανότητα απώλειας δεδομένων, δηλ., ελαττώματα συσκευών, κλοπές, κτλ., που πρέπει να ληφθεί υπόψη προκαταβολικά κατά το σχεδιασμό (συγχρονισμός δεδομένων) Περιορισμένες διεπαφές χρήστη (user interface) Συμβιβασμός μεταξύ μεγέθους δακτύλων και φορητότητας

25 Ασύρματα δίκτυα: οφέλη Δυνατότητα κινητικότητας Ελευθερία κίνησης χωρίς δέσμευση από καλώδια Οι εταιρείες μπορούν να στραφούν σε προσωπικό που κινείται Αυξανόμενη αξιοπιστία Δυσλειτουργίες δικτυακών καλωδίων αποτελούν την πιο συνηθισμένη αιτία δικτυακών προβλημάτων Ευκολότερη και φθηνότερη εγκατάσταση Η εγκατάσταση δικτυακής καλωδίωσης μπορεί να είναι δύσκολη, χρονοβόρα και ακριβή διαδικασία! Εγκατάσταση σε περιοχές όπου καλωδίωση είναι δύσκολη Επεκτασιμότητα Ευκολία προσθήκης σταθμών εργασίας αφού δεν απαιτούνται καλώδια Μακροπρόθεσμη εξοικονόμηση χρημάτων Δεν υπάρχει ανάγκη αλλαγής καλωδίωσης σε περίπτωση αναδιοργάνωσης μιας εταιρείας (π.χ., νέες κατόψεις, διαχωρισμοί γραφείων, μεταφορά σε άλο κτίριο, ανακαίνιση)

26 Ασύρματα Ενσύρματα Δίκτυα: σύγκριση Υψηλότεροι ρυθμοί απωλειών λόγω (I): Θορύβου και παρεμβολών: Αυτό-παρεμβολές Παρεμβολές μεταξύ των συμβόλων λόγω προώθησης μέσω πολλαπλών μονοπατιών Παρεμβολές εντός του συστήματος Παρεμβολές με άλλες πηγές ραδιοκυμάτων που εκπέμπουν στο ίδιο φάσμα συχνοτήτων Π.χ., ένα ασύρματο τηλέφωνο 2.4 GHz προκαλεί παρεμβολές σε ένα ασύρματο LAN b Ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος Οι φούρνοι μικροκυμάτων λειτουργούν εκπέμποντας ένας πολύ ισχυρό σήμα στο φάσμα συχνοτήτων 2.4 GHz και προκαλού θόρυβο σε συστήματα που λειτουργούν σε αυτή τη συχνότητα Παρεμπόδισης ραδιοσημάτων λόγω εμποδίων (Shadowing)

27 Ασύρματα Ενσύρματα Δίκτυα: σύγκριση Υψηλότεροι ρυθμοί απωλειών λόγω (IΙ): Μείωσης της ισχύος του σήματος καθώς αυτό προωθείται Η προώθηση σημάτων στα ενσύρματα δίκτυα γίνεται προς την κατεύθυνση που καθορίζουν τα καλώδια Η προώθηση σημάτων στα ασύρματα δίκτυα γίνεται με απρόβλεπτο τρόπο Τα σήματα εξασθενούν όσο μακρύτερα ταξιδεύουν Τα σήματα εξασθενούν καθώς περνούν μέσα από υλικά (αέρας, χιόνι, βροχή, ομίχλη, νερό, γυαλί, κτλ)

28 Ασύρματα Ενσύρματα Δίκτυα: σύγκριση Περιορισμένη διαθεσιμότητα φάσματος συχνοτήτων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί Οι ραδιοσυχνότητες χρειάζονται συντονισμό στη χρήση τους, όλες οι χρήσιμες συχνότητες είναι κατειλημμένες Μικρότερη ασφάλεια και ευκολία στις υποκλοπές/επιθέσεις Radio interface προσβάσιμο από οποιονδήποτε, π.χ., ένας Σταθμός Βάσης μπορεί να προσομοιωθεί και να προσελκύει κλήσεις από κινητά τηλέφωνα Πάντα διαμοιραζόμενο μέσο Μηχανισμοί πολλαπλής πρόσβασης είναι ουσιώδεις Παρεμβολές μεταξύ αποστολέων

29 Ασύρματα Ενσύρματα Δίκτυα: σύγκριση Γενικά, σε σύγκριση με τα ενσύρματα δίκτυα (αν και αυτό αλλάζει γρήγορα με τις νέες τεχνολογίες που εισάγονται (4G, LTE, LTE+)) Μικρότερο εύρος ζώνης (bandwidth), μικρότεροι ρυθμοί μετάδοσης, χαμηλότερη ταχύτητα Μειωμένη Ποιότητα Υπηρεσιών (QoS) Μεγαλύτερες καθυστερήσεις, μεγαλύτεροι χρόνοι αποκατάστασης σύνδεσης Γενικά πολύ χαμηλοί ρυθμοί μετάδοσης για αυξανόμενοι αριθμό χρηστών ( διαμοιραζόμενοι πόροι )

30 Διαδικασία και στοιχεία ασύρματης διάδοσης

31 Διαδικασία και στοιχεία ασύρματης διάδοσης Πομπός (Transmitter) και Διαμόρφωση (Modulation ) Πομπός είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που με τη βοήθεια μιας κεραίας παράγει ραδιοκύματα Ο πομπός παράγει ένα ταλαντευόμενο ρεύμα ηλεκτρονίων (ή παλμούς) με συγκεκριμένη συχνότητα, που εφαρμόζεται στην κεραία. Όταν διεγείρεται από αυτό το ταλαντευόμενο ηλεκτρικό ρεύμα, η κεραία εκπέμπει ραδιοκύματα στη συγκεκριμένη συχνότητα Ο πομπός περιέχει ένα σύστημα (το Διαμορφωτή- Modulator) που διαμορφώνει (αλλάζει) κάποιες ιδιότητες αυτού του ταλαντευόμενου ηλεκτρικού σήματος, ώστε να μπορεί να μεταφέρει ένα σήμα. Ο πομπός στέλνει το διαμορφωμένο ρεύμα στην κεραία η οποία το μετατρέπει σε ηλεκτρομαγνητικό κύμα που μπορεί να προχωρήσει στον αέρα

32 Διαδικασία και στοιχεία ασύρματης διάδοσης Κεραία (Antenna) Είναι ηλεκτρική συσκευή που μετατρέπει ταλαντευόμενα ηλεκτρικά ρεύματα σε ραδιοκύματα, και αντίστροφα Κατά τη Μετάδοση (Transmission): Ένας πομπός στέλνει ένα ταλαντευόμενο ηλεκτρικό ρεύμα στα τερματικά της κεραίας και η κεραία εκπέμπει την ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (ραδιοκυμάτων) πομπός ρεύμα κεραία ραδιοκύματα Κατά τη Λήψη (Reception): Η κεραία λαμβάνει και ανακόπτει μέρος της ενέργειας ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος για να παράγει ένα ταλαντευόμενο ηλεκτρικό ρεύμα στα τερματικά της, που εφαρμόζεται στο Δέκτη για να ενισχυθεί κύμα κεραία ρεύμα δέκτης

33 Διαδικασία και στοιχεία ασύρματης διάδοσης Κεραία (Antenna) Σε ένα ασύρματο περιβάλλον, ένας Σταθμός Βάσης (Base Station) ή Σημείο Πρόσβασης (Access Point) (π.χ., μια κεραία) χρειάζεται ράδιο-σύνδεση με όλους τους άλλους Σταθμούς Βάσης εντός της ακτίνας εκπομπής τους πρέπει να εξασφαλιστεί ταυτόχρονη πρόσβαση σε πολλούς χρήστες εντός της ακτίνας εκπομπής Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης (Multiple Access techniques) χρησιμοποιούνται για τον αποδοτικό διαμοιρασμό του διαθέσιμου φάσματος σε μεγάλο αριθμό κινητών χρηστών: Frequency Division Multiple Access (FDMA) Time Division Multiple Access (TDMA) Code Division Multiple Access (CDMA) Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)

34 TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA Υπάρχει διαθέσιμο φάσμα συχνοτήτων Σε μία χρονική μονάδα: FDMA: ένας χρήστης χρησιμοποιεί αποκλειστικά το κανάλι TDMA: το κανάλι μοιράζεται ισόποσα σε πολλούς χρήστες CDMA: όλοι οι χρήστες χρησιμοποιούν το κανάλι ταυτόχρονα με διαφορετική κωδικοποίηση OFDMA: ο σταθμός βάσης χρησιμοποιεί το κανάλι για να στείλει ταυτόχρονα σε όλους τους χρήστες μέσω πολύ κοντινών αλλά καλά διαχωρισμένων συχνοτήτων

35 TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA Υπάρχει διαθέσιμο φάσμα συχνοτήτων Σε μία χρονική μονάδα: FDMA: ένας χρήστης χρησιμοποιεί αποκλειστικά το κανάλι TDMA: το κανάλι μοιράζεται ισόποσα σε πολλούς χρήστες CDMA: όλοι οι χρήστες χρησιμοποιούν το κανάλι ταυτόχρονα με διαφορετική κωδικοποίηση OFDMA: ο σταθμός βάσης χρησιμοποιεί το κανάλι για να στείλει ταυτόχρονα σε όλους τους χρήστες μέσω πολύ κοντινών αλλά καλά διαχωρισμένων συχνοτήτων

36 TDMA, FDMA, CDMA FDMA: Κάθε συζήτηση γίνεται σε διαφορετικό δωμάτιο για να αποφευχθούν οι παρεμβολές. Αφού οι συζητήσεις δεν ακούγονται μεταξύ διαφορετικών δωματίων, διαχωρίζονται μεταξύ τους με αλλαγή δωματίου. TDMA: Σε κάθε δωμάτιο, όλοι μιλούν με τη σειρά - ο ένας μετά τον άλλον - ώστε να αποφευχθούν οι παρεμβολές. Σε κάθε δωμάτιο, κάθε άτομο λαμβάνει μόνο μια φορά το λόγο, οπότε όλοι πρέπει να μιλούν γρήγορα για να πουν όλα όσα θέλουν. CDMA: Όλοι μιλούν ταυτόχρονα στο ίδιο δωμάτιο αλλά σε διαφορετική γλώσσα. Αφού κάθε γλώσσα είναι μοναδική, οι συζητήσεις μπορούν να διαχωριστούν χωρίς παρεμβολές.

37 OFDMA Κάθε χρήστης κατέχει ένα υποσύνολο συχνοτήτων για κάποιο χρονικό διάστημα Σε κάθε χρονικό διάστημα οι χρήστες δε χρησιμοποιούν ίδιες συχνότητες Το φάσμα συχνοτήτων που δίνεται σε κάθε χρήστη μπορεί να μεταβάλλεται σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα

38 Διαδικασία και στοιχεία ασύρματης διάδοσης Ασύρματη Διάδοση Σήματος Αφού δημιουργηθούν, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είτε μεταδίδονται απευθείας είτε η πορεία τους τροποποιείται λόγω ανάκλασης, διάθλασης, (Πολυδιαδρομική διάδοση-multipath propagation) Η ένταση των κυμάτων εξασθενεί κατά τη διάδοση Ο θόρυβος γενικά τροποποιεί το σήμα τέτοιες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές προέρχονται από φυσικές πηγές, αλλά και από άλλες τεχνητές όπως άλλοι πομποί και τυχαίες πηγές εκπομπής Όταν ο θόρυβος είναι μεγάλος, το σήμα παύει να είναι ευδιάκριτο αυτό αποτελεί θεμελιώδη περιορισμό των ασύρματων επικοινωνιών

39 Διαδικασία και στοιχεία ασύρματης διάδοσης Ασύρματη Διάδοση Σήματος Πολυδιαδρομική Διάδοση: Πολλαπλά αντίγραφα του ίδιου σήματος φτάνουν στην κεραία του δέκτη μέσω δύο ή περισσότερων μονοπατιών/διαδρομών

40 Διαδικασία και στοιχεία ασύρματης διάδοσης Δέκτης και Αποδιαμόρφωση Το ηλεκτρομαγνητικό (διαμορφωμένο ραδιο-) κύμα ανακόπτεται από την κεραία του δέκτη που παρακρατά μέρος της ενέργειας του κύματος και το μετατρέπει εκ νέου σε ταλαντευόμενο ηλεκτρικό ρεύμα στο δέκτη Ο δέκτης χρησιμοποιεί ηλεκτρονικά φίλτρα για να διαχωρίσει ένα ραδιοσήμα από όλα τα άλλα σήματα που λαμβάνει στην κεραία του Στο δέκτη, τα ηλεκτρικά ρεύματα αποδιαμορφώνονται (μέσω πληροφορίας που περιέχεται στο διαμορφωμένο ραδιοκύμα) και μετατρέπονται σε μορφή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάφραση των δεδομένων

41 Στοιχεία ασύρματων δικτύων Ασύρματος σταθμός τελική συσκευή που εκτελεί εφαρμογές Laptop, palmtop, smartphone, tablet, κτλ. μπορεί να είναι σταθερός (μηκινητός) ή κινητός

42 Στοιχεία ασύρματων δικτύων Σταθμός Βάσης (Base Station) Βασικό τμήμα της υποδομής του ασύρματου δικτύου Υπεύθυνος για την αποστολή πακέτων μεταξύ ενσύρματων δικτύων και ασύρματων σταθμών στην «περιοχή» του: Cell towers, Access Points

43 Στοιχεία ασύρματων δικτύων Υποδομή Δικτύου (Network Infrastructure) Μεγαλύτερο δίκτυο με το οποίο μπορεί να θέλει να επικοινωνήσει ο ασύρματος σταθμός Συνήθως ενσύρματο δίκτυο Παρέχει παραδοσιακές δικτυακές υπηρεσίες (π.χ., διευθυνσιοδότηση και δρομολόγηση) Μπορεί να μην υπάρχει πάντα (Ad Hoc δίκτυα)

44 Δομημένα και αδόμητα (ad hoc) ασύρματα δίκτυα Δομημένα δίκτυα Οι ασύρματοι σταθμοί σχετίζονται με έναν Σταθμό Βάσης Παραδοσιακές δικτυακές υπηρεσίες παρέχονται από το ενσύρματο δίκτυο Ανάθεση πόρων, ανάθεση διευθύνσεων, δρομολόγηση, κτλ Αδόμητα (Ad hoc) δίκτυα Οι ασύρματοι σταθμοί δε συνδέονται σε κάποια υποδομή (δε σχετίζονται με Σταθμό Βάσης) Οι ίδιοι οι σταθμοί πρέπει να παρέχουν δικτυακές υπηρεσίες (οι σταθμοί πρέπει να αυτό-οργανώνονται σε δίκτυο) Οι ασύρματοι σταθμοί πρέπει να συνεργάζονται με αποκεντρωμένο τρόπο για να βρίσκουν διαδρομή μεταξύ τους

45 Τύποι ασύρματων δικτύων Single hop Με υποδομή Ο Σταθμός Βάσης συνδέεται με μεγαλύτερο ενσύρματο δίκτυο και οι κόμβοι επικοινωνούν απευθείας με το Σταθμό Βάσης (π.χ.., Wireless LAN, Κυψελικά Δίκτυα) Χωρίς υποδομή Δεν υπάρχει ενσύρματο δίκτυο. Ένας κόμβος συντονίζει τις μεταδόσεις των άλλων (π.χ., Bluetooth) Multi-hop Υπάρχει Σταθμός Βάσης αλλά κάποιοι κόμβοι στέλνουν δεδομένα μέσω άλλων κόμβων (π.χ., Wireless Sensor Networks) Δεν υπάρχει Σταθμός Βάσης και κάποιοι κόμβοι αναμεταδίδουν μέσω άλλων κόμβων (π.χ., Mobile Ad Hoc Networks)

46 Κατηγοριοποίηση ασύρματων δικτύων Με βάση την υποδομή Δομημένα Αδόμητα Με βάση την τεχνολογία πολλαπλής πρόσβασης FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA Με βάση τα διάφορα πρότυπα 3GPP: WCDMA, HSDPA, LTE 3GPP2: CDMA2000, EV-DO, UMB IEEE: IEEE , IEEE Με βάση την κινητικότητα Υποστηρίζεται μεταπομπή κλήσεων (handover) (π.χ., Κυψελικά Δίκτυα - 2G, 3G, 4G) Δεν υποστηρίζεται μεταπομπή κλήσεων (π.χ., IEEE , IEEE )

47 Κατηγοριοποίηση ασύρματων δικτύων Με βάση την εμβέλεια (κάλυψη) του δικτύου Personal Area Networks (PAN) - π.χ.: IEEE Bluetooth Local Area Networks (LAN) - π.χ.: IEEE WiFi Metropolitan Area Networks (MAN) - π.χ.: IEEE WiMax Wide Area Networks (WAN) - π.χ.: 2G, 3G, 4G, δορυφορικά δίκτυα

48 Ασύρματα/Κινητά δίκτυα Wireless Personal Area Network (IEEE Bluetooth) Wireless Local Area Network (IEEE Wi-Fi) Wireless Metropolitan Area Network (IEEE WiMAX) Cellular Networks (2G, 2.5G, 3G, 4G) Mobile Ad Hoc Network (MANET) Wireless Sensor Networks (WSN)

49 Ιδέα: Κυψελικά δίκτυα-cellular networks (2G, 2.5G, 3G, 4G) Σε ένα κυψελικό δίκτυο μια γεωγραφική περιοχή χωρίζεται σε επικαλυπτόμενες κυψέλες (cells) και κάθε μία εξυπηρετείται από έναν σταθερό Σταθμό Βάσης Επιτυγχάνεται συνεχής κάλυψη υπηρεσιών σε αυτή τη γεωγραφική μέσω μεταπομπής (handoff), δηλ., μέσω μη αντιληπτής από το χρήστη μεταφοράς μιας κλήσης από έναν Σταθμό Βάσης σε έναν άλλον καθώς ο κινητός σταθμός περνάει τα όρια της κυψέλης

50 Wi-Fi Η ασύρματη δικτύωση, γνωστή ως Wi-Fi (WIreless Fidelity), επιτρέπει σε κατάλληλα εξοπλισμένες φορητές συσκευές να χρησιμοποιούν ορισμένα πρότυπα επικοινωνίας για να συνδέονται μεταξύ τους ή με το Διαδίκτυο, χωρίς καλώδια, αξιοποιώντας το φάσμα των ραδιοσυχνοτήτων Το πιο διαδεδομένο πρότυπο ασύρματης δικτύωσης είναι το και οι επεκτάσεις του b και g Η ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων πάνω σε δίκτυα Wi-Fi που χρησιμοποιούν την εν λόγω οικογένεια πρωτοκόλλων ξεκινά από τα 2Mbps και μπορεί να ξεπεράσει ακόμη και τα 50Mbps Για να συνδεθεί μια φορητή συσκευή στο Internet μέσω Wi- Fi πρέπει να βρεθεί στην ακτίνα δράσης ( 10 μ) κάποιου σημείου πρόσβασης

51 WiFi 3G Αν διαθέτουμε ευρυζωνικές υπηρεσίες (broadband, π.χ., με καλώδιο ή τηλεφωνική γραμμή) στο σπίτι μας, μάλλον έχουμε και έναν δρομολογητή (router), μια συσκευή που κάνει την ευρυζωνική σύνδεση ασύρματη: με άλλα λόγια, έχουμε Wi-Fi Έχουμε έτσι τη δυνατότητα να χρησιμοποιούμε laptop, tablet ή άλλες συσκευές μέσα στο σπίτι, ΑΛΛΑ τι γίνεται όταν είμαστε στο αυτοκίνητο ή στην παραλία; Δεν υπάρχει Wi-Fi δεν υπάρχει Internet Εδώ υπεισέρχεται το 3G

52 WiFi 3G 3G = μορφή Wi-Fi παντού : εξασφαλίζει πρόσβαση στο Internet μέσω των κεραιών που παρέχουν υπηρεσία φωνής στο κινητό μας τηλέφωνο ( 4G είναι χοντρικά το ίδιο πράγμα αλλά πιο γρήγορα) Δε διαθέτουν όλες οι συσκευές εξοπλισμό για πρόσβαση στην υπηρεσία 3G Π.χ., κάποια tablets (Kindle Fire και Nook Color) παρέχουν μόνο δυνατότητα Wi-Fi: μπορούν να συνδεθούν στο Internet ΜΟΝΟΝ όταν υπάρχει κάποιο Wi-Fi hotspot (όπως, ο δρομολογητής στο σπίτι ή αντίστοιχος σε καφέ, βιβλιοθήκη, αεροδρόμιο, κτλ) Υπάρχουν laptops, tablets και gadgets που διαθέτουν εξοπλισμό και για 3G και για Wi-Fi: τότε, συνήθως, απαιτείται συνδρομή σε κάποιον πάροχο

53 GSM Global System for Mobile communications - Παγκόσµιο Σύστηµα Κινητών Επικοινωνιών [1990] Κοινό Ευρωπαϊκό ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς (2G) που ονομάστηκε αρχικά Group Special Mobile (GSM) που υιοθετήθηκε και από πολλές άλλες χώρες των άλλων Ηπείρων, εκμεταλλευόμενο διάφορες ζώνες συχνοτήτων Κυψελικό ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας που χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά σήματα και την τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαχωρισμό του διαθέσιμου φάσματος συχνοτήτων σε ένα αριθμό καναλιών και την διαίρεση αυτών σε χρονοθυρίδες για την μετάδοση σημάτων (TDM) Eπιτρέπει συνδέσεις μεταγωγής πακέτων αντί κυκλώματος σε κυψελικά δίκτυα Υπηρεσίες όπως κλήση, λήψη κλήσεως, αποστολή και λήψη sms, αποστολή και λήψη mms, εκτροπή κλήσεων, φραγή κλήσεων, απόκρυψη κλήσεων, αναμονή και κράτηση κλήσεων, τηλεδιάσκεψη, λειτουργούν χάρη στις τεχνικό υπόβαθρο ενός δικτύου GSM

54 GPRS General Packet Radio Service - Γενικό Πακέτο Ραδιο-Υπηρεσιών Υπηρεσία μετάδοσης δεδομένων σε δομή πακέτων διαθέσιμη σε χρήστες κινητής τηλεφωνίας, περισσοτέρων των 200 χωρών παγκοσμίως Χρεώνεται από τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας Η χρέωση χρήσης της υπηρεσίας GPRS, βασίζεται είτε στη λογική του προπληρωμένου πακέτου όγκου δεδομένων, είτε στη μέθοδο πληρωμή σύμφωνα με τη χρήση Χρησιμοποιείται από 2G και 3G GSM συστήματα Πρωτοτυποποιήθηκε από το European Telecommunications Standards Institute (ETSI Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Προτύπων Τηλεπικοινωνίας) προς βελτίωση των παλαιοτέρων τεχνολογιών CDPD και i-mode Σήμερα, συντηρείται από το 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Η τεχνολογία 2G, συνδυασμένη με το GPRS, μερικές φορές χαρακτηρίζεται ως 2,5G, ανάμεσα δηλαδή στις τεχνολογίες κινητής τηλεφωνίας δεύτερης και τρίτης γενιάς. Όλες οι εκδόσεις GSM από την 97 και πέρα, ενσωματώνουν την τεχνολογία GPRS.

55 UMTS Universal Mobile Telecommunication System - Καθολικό Σύστημα Κινητών Τηλεπικοινωνιών Σύστημα τεχνολογιών κινητής τηλεφωνίας τρίτης γενιάς (3G) που έχει επίσης εξελιχθεί για χρήση και στην τεχνολογία τέταρτης γενιάς (4G) Αποτελεί εξέλιξη του συστήματος GSM Οι περισσότερες φορητές συσκευές UMTS, υποστηρίζουν επίσης δίκτυα GSM, επιτρέποντας άρρηκτη διπλή λειτουργία: το UMTS μερικές φορές προβάλλεται ως 3GSM, δίνοντας έμφαση στην πολύ στενή σχέση με το GSM και διαφοροποιούμενο από άλλες ανταγωνιστικές τεχνολογίες. Η διακριτική ονομασία UMTS, χρησιμοποιείται κυρίως στην Ευρώπη. Εκτός Ευρώπης, το συγκεκριμένο σύστημα είναι γνωστό με άλλα ονόματα όπως FOMA ή W-CDMA. Στην αγορά προβάλλεται ως 3G ή 3G+.

56 Διαφορά GSM/GPRS - UMTS Βασίζεται στον τρόπο διαμοιρασμού περιορισμένου φάσματος διαθέσιμων συχνοτήτων σε πολύ μεγαλύτερο αριθμό χρηστών (ή αιτήσεων επικοινωνίας) Πολυπλεξία (Multiplexing) UMTS: Code Division Multiple Access (CDMA) GSM/GPRS: Time Division Multiple Access (TDMA)

57 Δίκτυα 4G Ο όρος 4G χρησιμοποιείται για νε περιγράψει τα επόμενα βήματα στις ασύρματες επικοινωνίες (ετερογενή δίκτυα) Δεν υπάρχει επίσημος ορισμός για τα δίκτυα 4G, αλλά οι στόχοι που προβλέπεται να επιτευχθούν από τα δίκτυα 4G συνοψίζονται ως εξής: Η τεχνολογία 4G θα βασίζεται πλήρως ολοκληρωμένο σύστημα βασισμένο στο πρωτόκολλο IP και θα προσφέρει κάθε είδους υπηρεσία Πάντα, παντού" με ρυθμούς μετάδοσης υψηλότερους από προηγούμενες γενιές

58 Δίκτυα 4G Αρχιτεκτονική ασύρματων συστημάτων 4G Η τεχνολογία 4G αποσκοπεί στη σύγκλιση ενσύρματων και ασύρματων κόσμων και internet Υπηρεσίες και εφαρμογές

59 Δίκτυα 4G Θα μπορούν να παρέχουν ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων: 100 Mbit/s όταν ο πελάτης κινείται με μεγάλη ταχύτητα σε σχέση με το σταθμό 1 Gbit/s όταν πελάτης και σταθμός είναι σε σχετικά σταθερές θέσεις Θα υποστηρίζεται αποδοτική διαχείριση του φάσματος συχνοτήτων Θα παρέχεται υψηλή χωρητικότητα δικτύου: περισσότεροι χρήστες θα εξυπηρετούνται ταυτόχρονα ανά κυψέλη Θα υποστηρίζεται διαφανής μεταπομπή (handoff) μεταξύ ετερογενών δικτύων Η παροχή μιας υπηρεσίας θα συνεχίζεται ακόμα και αν υπάρχει μετάβαση μεταξύ διαφορετικών δικτύων (π.χ. από Κυψελικό σε WLAN ή Wimax) Θα υποστηρίζεται υψηλή ποιότητα υπηρεσιών (QoS) με υψηλή ασφάλεια και ανεκτό κόστος Συνολικά, ένα σύστημα 4G θα μπορεί δυναμικά και διαμοιράζει και να χρησιμοποιεί πόρους ετερογενών δικτύων ώστε να ικανοποιεί ακόμα και τις πιο λεπτομερείς απαιτήσεις 4G χρηστών

60 G : γενιές κινητής τηλεφωνίας Γενιά (Generation): σύνολο ασύρματων τεχνολογιών που επιτρέπουν τη μετάδοση φωνής ή και δεδομένων στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας πρώτη γενιά (1G): αναλογική τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας που χρησιμοποιούταν από αρκετές χώρες της Ευρώπης και της Αμερικής με βασικά χαρακτηριστικά τη χαμηλή ποιότητα μετάδοσης της φωνής με πολλά προβλήματα σύνδεσης, ογκώδεις και βαριές συσκευές, χαμηλό επίπεδο ασφάλειας, έλλειψη ποικίλων υπηρεσιών κτλ. χρησιμοποιείται σε ασυρμάτους CΒ, ραδιοταξί, περιπολικά δεύτερη γενιά (2G): η ψηφιακή τεχνολογία που ακολούθησε την πρώτη γενιά όπως GSM, TDMA και CDMA που αποτελούν τρέχουσες τεχνολογίες μετάδοσης δεδομένων στα δίκτυα δεύτερης γενιάς τα ραδιοσήματα που χρησιμοποιούν τα δίκτυα πρώτης γενιάς είναι αναλογικά, ενώ τα δεύτερης γενιάς δίκτυα χρησιμοποιούν ψηφιακά υπάρχουν και ενδιάμεσες μεταβατικές γενιές που προσφέρουν υψηλότερες ταχύτητες στα δίκτυα δεύτερης γενιάς όπως αυτή του GPRS (2.5G) αλλά και η πολλά υποσχόμενη τεχνολογία EDGE (2.75G)

61 G : γενιές κινητής τηλεφωνίας τρίτη γενιά (3G): τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε δίκτυα κινητής τηλεφωνίας συνολικά για φωνή και δεδομένα, θεωρείται ότι δίνει καλύτερη ποιότητα φωνητικών κλήσεων και μεγαλύτερες ταχύτητες στη διακίνηση δεδομένων Σε αντίθεση με προηγούμενες τεχνολογίες που βασίζονται σε μετάδοση δεδομένων πάνω από απευθείας σύνδεση των δύο μερών (circuit-switched), οι τεχνολογίες που ανήκουν στην ομάδα τρίτης γενιάς βασίζονται σε υψηλής ταχύτητας μετάδοση δεδομένων μοιρασμένων σε πακέτα (packet-switched) Η τεχνολογία 3G στηρίζεται στα γνωστά δίκτυα GSM με μια παραλλαγή του CDMA με το όνομα WCDMA (Wideband-CDMA) η οποία είναι ικανή να επιτύχει ταχύτητες μετάδοσης έως και 2Mbps Στην πράξη, ο συνδυασμός WCDMA με τις υπό διάθεση συσκευές προσφέρει στον τελικό χρήστη ταχύτητες έως και 384Kbps, οι οποίες όμως είναι αρκετές για να μετατρέψουν το κινητό σε μια ασύρματη συσκευή πολυμέσων

62 G : γενιές κινητής τηλεφωνίας τέταρτη γενιά (4G): τεχνολογία που παρέχει mobile internet για: Χρήση υπηρεσιών δεδομένων με πραγματικές ταχύτητες πολλαπλάσιες των σημερινών Αποστολή και λήψη μεγάλων αρχεία σε ελάχιστο χρόνο Χρήση εφαρμογών πολυμέσων (multimedia) όπως η αναπαραγωγή βίντεο υψηλής ευκρίνειας (High Definition), HD Streaming και HD Video- Conferencing

63 Γενιές κινητής τηλεφωνίας (2000-) ( ) ( ) ( )

64 Mobile Ad Hoc Network (MANET) Τα τυπικά ασύρματα δίκτυα (WLANs, GSM, GPRS, UMTS, κτλ) βασίζονται στην ύπαρξη υποδομής Επικοινωνία υπάρχει μεταξύ των ασύρματων κόμβων και των Σημείων Πρόσβασης (όχι απευθείας των ασύρματων κόμβων) Τι συμβαίνει αν Δεν υπάρχει υποδομή; π.χ., σε περιοχές που έχουν υποστεί καταστροφές Είναι εξαιρετικά ακριβό και δύσκολο να επανεγκατασταθούν; π.χ., τοπικά απομακρυσμένες κατασκευαστικές εταιρείες Δεν υπάρχει χρόνος για εγκατάσταση; π.χ., σε στρατιωτικές επιχειρήσεις Λύση: Κατασκευή δικτύου χωρίς υποδομή χρησιμοποιώντας μόνο της δυνατότητες δικτύωσης των συμμετεχόντων Κατασκευή ενός αδόμητου (Ad Hoc) δικτύου

65 Mobile Ad Hoc Network (MANET) Ορισμός: Κινητό Αδόμητο Δίκτυο (MANET): συλλογή αυτόνομων κινητών κόμβων που συνεργατικά και δυναμικά αυτό-οργανώνονται σε αυθαίρετες και προσωρινές δικτυακές τοπολογίες χωρίς την υποστήριξη κάποιας υποδομής Προβλήματα/Προκλήσεις Αδόμητων (Ad Hoc) δικτύων Ελλείψει κεντρικής υποδομής υπάρχουν σημαντικές αντιξοότητες Ανάγκη για μη κεντρικοποιημένη λειτουργία Τα κυριότερα προβλήματα οφείλονται σε: Έλλειψη κεντρικής οντότητας υπεύθυνης για οργάνωση (ανάγκη για αυτόοργάνωση - π.χ., για δρομολόγηση, κατανομή πόρων) Περιορισμένη ακτίνα εκπομπής τερματικών (ανάγκη για multihop επικοινωνία) Κινητικότητα συμμετεχόντων (ανάγκη για δυναμική επανα-ρύθμιση τοπολογίας)

66 Mobile Ad Hoc Network (MANET) Εφαρμογές MANET: Πεδίο μάχης: Διατήρηση επικοινωνίας μεταξύ στρατιωτών, οχημάτων και στρατηγείων Επικοινωνία μεταξύ οχημάτων (VANET): Ανεύρεση θέσεων στάθμευσης σε πόλεις χωρίς τη μεσολάβηση εξυπηρετητή (server) Αποφυγή δρόμων με κίνηση, κτλ Τοπικό επίπεδο: Δημιουργία κατ απαίτηση στιγμιαίων και προσωρινών δικτύων πολυμέσων για τη διάδοση η το διαμοιρασμό πληροφορίας μεταξύ συμμετεχόντων (συνέδριο, αίθουσα διδασκαλίας)

67 Wireless Sensor Networks (WSN) Νέα κλάση αδόμητων (ad hoc) δικτύων Η εστίαση στα Ασύρματα Αδόμητα Δίκτυα είναι η επικοινωνία μεταξύ ατόμων Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks) εστιάζουν στην παρακολούθηση περιβάλλοντος Ένα Ασύρματο Δίκτυο Αισθητήρων (WSN) είναι ένα ασύρματο δίκτυο που αποτελείται από μεγάλο αριθμό τοπικά διασκορπισμένων αυτόνομων αισθητήρων που συνεργατικά παρακολουθούν φυσικές ή περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως: θερμοκρασία, υγρασία, κίνηση, φωτισμό, πίεση, σύσταση εδάφους, επίπεδα θορύβου, παρουσία ή απουσία συγκεκριμένων ειδών αντικειμένων κτλ

68 Wireless Sensor Networks (WSN) Η θέση των κόμβων-αισθητήρων δε χρειάζεται να προκαθοριστεί Επιτρέπεται τυχαία τοποθέτηση σε μη προσβάσιμες περιοχές ή κατά την εξέλιξη επιχειρήσεων ανακούφισης από καταστροφές Απαιτείται τα πρωτόκολλα σε δίκτυα αισθητήρων να μπορούν να διαχειρίζονται δυνατότητες αυτό-οργάνωσης

69 Wireless Sensor Networks (WSN) Ενδεικτικές εφαρμογές Στρατιωτικές επιχειρήσεις: Επίβλεψη πεδίων μαχών: Κρίσιμες περιοχές, προσέγγιση διαδρομών, μονοπατιών και στενών μπορούν πολύ γρήγορα να εντοπιστούν με δίκτυα αισθητήρων και να παρακολουθηθούν για δραστηριότητες των αντιπάλων Στόχευση: Δίκτυα αισθητήρων μπορούν να ενσωματωθούν σε συστήματα καθοδήγησης έξυπνων πυρομαχικών Ανίχνευση και αναγνώριση πυρηνικών, βιολογικών και χημικών επιθέσεων Περιβαλλοντικές εφαρμογές Ανίχνευση πυρκαγιάς σε δάσος: Αισθητήρες πυκνά τοποθετημένοι σε ένα δάσος μπορούν να ανιχνεύσουν και να αναμεταδώσουν την ακριβή προέλευση της φωτιάς πριν εξαπλωθεί ανεξέλεγκτα Περιβαλλοντολογικός έλεγχος: Ανίχνευση χημικών ουσιών, ρύπανσης, επιπέδων ραδιενέργειας κτλ Ιατρικές εφαρμογές Ιατρική παρακολούθηση από απόσταση: Αισθητήρες συλλέγουν δεδομένα για έναν ασθενή τα οποία αποθηκεύονται για μακρά χρονική περίοδο και χρησιμοποιούνται για ιατρική έρευνα και εξ αποστάσεως ιατρική παρακολούθηση. Αυτό είναι καλύτερο για τον ασθενή ενώ επιτρέπει στο γιατρό να κατανοήσει καλύτερα την τρέχουσα κατάσταση του ασθενούς

70 Wireless Sensor Networks (WSN) Σχεδιαστικές προκλήσεις Ανοχή σε σφάλματα: Οι αισθητήρες συχνά παρουσιάζουν δυσλειτουργίες/σφάλματα (εξάντληση μπαταρίας, καταστροφή, ) Τέτοια σφάλματα δε θα πρέπει να επηρεάζει τη συνολική εργασία ενός δικτύου αισθητήρων Επεκτασιμότητα: ένα δίκτυο αισθητήρων θα πρέπει να μπορεί να δουλεύει με μεγάλο πλήθος κόμβων Περιορισμοί υλικού: Οι μονάδες αίσθησης, επεξεργασίας, μετάδοσης και ισχύος θα πρέπει χωράνε σε πολύ μικρά μέρη Κατανάλωση ισχύος: Ενίοτε η αντικατάσταση των πόρων ισχύος μπορεί να είναι αδύνατη π.χ., σε πεδία μαχών, στα βάθη των ωκεανών Η ενεργειακή αποδοτικότητα επηρεάζει το χρόνο ζωής ενός δικτύου αισθητήρων και επομένως είναι ήσσονος σημασίας!!!