Ασύρµατα Τοπικά ίκτυα

Transcript

1 Ασύρµατα Τοπικά ίκτυα ρ. Νίκος Πασσάς Εργαστήριο ικτύων Επικοινωνιών Πανεπιστήµιο Αθηνών ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 1

2 Περιεχόµενα Παρουσίασης Τα δίκτυα 4ης γενιάς Ο ρόλος των ασύρµατων τοπικών δικτύων Γενική περιγραφή των ασύρµατων τοπικών δικτύων Προβλήµατα στη χρήση ΑΤ στα δίκτυα 4ης γενιάς Ποιότητα υπηρεσίας Κινητικότητα Ασφάλεια Συµπεράσµατα ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 2

3 Το «Όραµα» των ικτύων Τέταρτης Γενιάς Satellite GSM Services Content UMTS WLAN Bluetooth ADSL ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 3

4 IP-Based Integration ISP The Internet Satellite IP backbone Broadcast Networks (DAB, DVB-T) GPRS UMTS Wireless LANs ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 4

5 Ο Ρόλος των Ασύρµατων Τοπικών ικτύων ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 5

6 ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 6

7 Συχνότητες ιαθέσιµες για τα ΑΤ ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 7

8 Βασικοί Εκπρόσωποι των ΑΤ IEEE 'Αµερικάνικο πρότυπο σχεδιασµένο από την οµώνυµη οµάδα εργασίας της ΙΕΕΕ 'Bottom-up προσέγγιση Εκκίνηση µε ένα απλό, εύκολα υλοποιήσιµο πρότυπο, και στη συνέχεια εξέλιξή του ανάλογα µε τις ανάγκες ETSI HIPERLAN/2 'Ευρωπαϊκό πρότυπο σχεδιασµένο από τo ETSI 'Top-down προσέγγιση Σχεδιασµός ενός πλήρους προτύπου από την αρχή, και στη συνέχεια προσπάθεια υλοποίησής του Αποτέλεσµα: Προϊόντα είναι αυτή τη στιγµή διαθέσιµα σε πολύ χαµηλές τιµές, ενώ δεν υπάρχουν αντίστοιχα προϊόντα HIPERLAN/2 ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 8

9 Με οµηµένη ιάρθρωση LAN ESS STA 1 BSS 1 STA x LAN Station (STA) terminal with access mechanisms to the wireless medium and radio contact to the access point Access Point Portal Basic Service Set (BSS) group of stations using the same radio frequency Distribution System Access Point Access Point station integrated into the wireless LAN and the distribution system Portal bridge to other (wired) networks STA 3 BSS LAN STA 4 Distribution System interconnection network to form one logical network (EES: Extended Service Set) based on several BSS ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/2003 9

10 Ad-Hoc LAN STA 1 IBSS 1 STA 2 Station (STA) terminal with access mechanisms to the wireless medium STA 3 STA 1 Independent Basic Service Set (IBSS) group of stations using the same radio frequency without an Access Point STA 2 IBSS LAN ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

11 Distributed Coordination Function (DCF) - υποχρεωτική - η βασική µέθοδος πρόσβασης - βασίζεται στον ανταγωνισµό για το µέσο (contention) Point Coordination Function (PCF) - προαιρετική - χωρίς ανταγωνισµό -µειώνει τις µεταβολές στις καθυστερήσεις µετάδοσης -µόνο στη δοµηµένη διάρθρωση Μέθοδοι Πρόσβασης ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

12 Distributed Coordination Function Net Allocation Vector ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

13 Point Coordination Function Superframe Synchronization beacon (Start of contention free period) Variable duration of Contention Free Period ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

14 Περιορισµοί του (για την παροχή Ποιότητας Υπηρεσίας) To DCF βασίζεται στον ανταγωνισµό και γι αυτό το λόγο δεν παρέχει διαφοροποίηση της κίνησης και εγγυηµένες καθυστερήσεις ή απώλειες Στο PCF το Beacon µπορεί να καθυστερήσει αν το κανάλι χρησιµοποιείται για µετάδοση, καθυστερώντας τη µετάβαση σε contention-free περίοδο Στο PCF είναι άγνωστη η περίοδος µετάδοσης ενός τερµατικού στο οποίο δίνεται η άδεια µετάδοσης (polling) Οι περιορισµοί αυτοί αντιµετωπίζονται σε ένα βαθµό µε το πρότυπο e (συµπλήρωµα στο για βελτίωση της παροχής ΠΥ) ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

15 Εξέλιξη του IEEE b συµβατό πρωτόκολλο πολλαπλής πρόσβασης µεγαλύτερος ρυθµός µετάδοσης στα 2,4 GHz (11Mbps) Direct Sequence Spread Specrtum IEEE a συµβατό πρωτόκολλο πολλαπλής πρόσβασης µετάδοση στα 5 GHz OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ρυθµός µετάδοσης µέχρι 54 Mbps ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

16 Συµπληρωµατικά Πρότυπα του g Yποστήριξη 20+ Mbps στα 2,4GHz e Yποστήριξη ποιότητας υπηρεσίας στα πρότυπα h Αποφυγή παρεµβολών µε άλλα πρότυπα στα 5GHz (π.χ. Bluetooth) i Επεκτάσεις ασφάλειας µετάδοσης ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

17 Προβλήµατα στη Χρήση ΑΤ στα ίκτυα 4 ης Γενίας Ποιότητα Υπηρεσίας (Quality of Service QoS) Υποστήριξη εφαρµογών πραγµατικού χρόνου (VoIP, video-ondemand, κτλ.) Προσαρµογή των µηχανισµών για IP QoS στα ΑΤ Κινητικότητα Τα ΑΤ δεν υποστηρίζουν µεταποµπή µε εγγυηµένη ποιότητα υπηρεσίας (seamless handover) Ενίσχυση των ΑΤ µε µηχανισµούς υποστήριξης µεταποµπής Ασφάλεια Βασικό πρόβληµα είναι η πιστοποίηση (authentication) Χρήση των µηχανισµών πιστοποίησης του GPRS/UMTS ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

18 Παραδοσιακό IP και Ποιότητα Υπηρεσίας Το παραδοσιακό IP στην ουσία δεν παρέχει ποιότητα υπηρεσίας Η υπηρεσία που παρέχει αναφέρεται συχνά ως Best Effort Από τις λίγες τεχνικές παροχής ποιότητας υπηρεσίας µπορεί να θεωρηθεί η διόρθωση λαθών του TCP Η επιλογή µηχανισµού είναι απλή: TCP/IP για εφαρµογές µη πραγµατικού χρόνου (error control) UDP/IP για εφαρµογές πραγµατικού χρόνου (no error control) Απαιτούνται επιπλέον µηχανισµοί που θα διαφοροποιούν τη λειτουργία του πρωτοκόλλου ανάλογα µε τις απαιτήσεις τις κίνησης ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

19 Resource reservation Protocol (RSVP) Πρωτόκολλο σηµατοδοσίας για εξασφάλιση ποιότητας υπηρεσίας end-to-end ήλωση απαιτήσεων ανά ροή (flows) Οµαδοποίηση των ροών στο δίκτυο κορµού (DiffServ) To RSVP παρέχει µόνο τη σηµατοδοσία και όχι την πολιτική εξασφάλισης της ποιότητας υπηρεσίας ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

20 RSVP Operation ύο βασικά µηνύµατα: PATH: από τον αποστολέα προς τον παραλήπτη, παρέχοντας τα χαρακτηριστικά κίνησης και την κατάσταση του δικτύου RESV: από τον παραλήπτη στον αποστολέα, ζητώντας συγκεκριµένο εύρος ζώνης και συγκεκριµένα χαρακτηριστικά ποιότητας υπηρεσίας Το RSVP υποθέτει σταθερούς κόµβους (σταθερό µονοπάτι) και σταθερό διαθέσιµο εύρος ζώνης µεταξύ των κόµβων (στατικές δεσµεύσεις εύρους ζώνης) ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

21 To RSVP Πάνω από Ασύρµατο Κανάλι Το RSVP παρέχει στατικές δεσµεύσεις (σταθερές καθ όλη τη διάρκεια µιας κλήσης) κάτι που δηµιουργεί προβλήµατα σε κανάλια µεταβλητού διαθέσιµου εύρους ζώνης (όπως είναι τα ασύρµατα) Αν η διαθέσιµη χωρητικότητα µειωθεί κάτω από το σύνολο των δεσµεύσεων για όλες τις ροές, η ποιότητα υπηρεσίας δεν είναι εγγυηµένη Ασύρµατη χωρητικότητα εσµευµένο εύρος ζώνης time ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

22 RSVP και Κινητικότητα Με βάση το πρότυπο RSVP, όταν ένας κόµβος αλλάζει σηµείο πρόσβασης πρέπει να επαναδεσµεύσει πόρους για όλες τις ενεργές ροές (end-to-end path re-establishment) Κινητός Κόµβος R1 Σηµατοδοσία RSVP R2 Μειονέκτηµα Μεγάλες καθυστερήσεις και απώλειες πακέτων ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

23 RSVP και Κινητικότητα ύο βασικές κατηγορίες λύσεων: 1. Προκαταβολική επανεγκατάσταση µονοπατιού (advance path re-establishment) προϋποθέτει περιοχή κάλυψης από το παλιό και το νέο και τη συνεργασία µε τεχνικές πρόβλεψης µεταποµπής 2. Μερική επανεγκατάσταση µονοπατιού (partial path reestablishment) προϋποθέτει αλλαγές του προτύπου RSVP ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

24 Προκαταβολική επανεγκατάσταση µονοπατιού B. Moon and H. Aghvami, Seamless Switching of RSVP Branch Path for Soft Handoff in All-IP Wireless Networks, IEICE Trans. Commun., vol. E86-B, no. 6, June 2003 ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

25 Μερική επανεγκατάσταση µονοπατιού S. Paskalis et al., An Efficient RSVP/Mobile IP Interworking Scheme, ACM Mobile Networks Journal, vol. 8, no. 3, June 2003 ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

26 Ασφάλεια στα Ασύρµατα Τοπικά ίκτυα Σήµερα: Χρήση του Wired Equivalent Protocol (WEP) τόσο για πιστοποίηση όσο και για κρυπτογραφηµένη µετάδοση (προαιρετική υλοποίηση στο ) δεν παρέχει µεγάλη ασφάλεια (όποιος υποκλέψει ένα κλειδί µπορεί και να πιστοποιηθεί και να µεταδώσει) δεν επιτρέπει ευέλικτη σχεδίαση του µηχανισµού πιστοποίησης για ενσωµάτωση των ΑΤ σε ολοκληρωµένα δίκτυα ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

27 HLR Πιστοποίηση µέσω GPRS/UMTS Corresponding Node (3) (4) GPRS/ UMTS Internet IWU (2) Authentication Server (7) IP Gateway (5) WLAN AP (6) (1) EAP-SIM A. Salkintzis et. al, WLAN-GPRS integration for next-generation mobile data networks, IEEE Communications Magazine, vol. 9, no. 5, October 2002, pp ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

28 Προτυποποίηση ιαλειτουργικότητας WLAN/UMTS 3GPP TS V2.0.0 ( ): 3GPP system to Wireless Local Area Network (WLAN) Interworking; System Description (Release 6) TS V0.6.0 ( ): 3GPP system to Wireless Local Area Network (WLAN) Interworking; Security (Release 6) The WLAN Smart Card Consortium WLAN-SIM Specification, Version 1.0 ( ) ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/

29 Συµπεράσµατα Τα Ασύρµατα Τοπικά ίκτυα µπορούν να αποτελέσουν ένα σηµαντικό κοµµάτι των δικτύων 4ης γενιάς, λόγω του µεγάλου εύρους ζώνης που µπορούν να προσφέρουν σε τοπικά περιβάλλοντα Η χρήση του εντοπίζεται κύρια σε κτιριακές εγκαταστάσεις και σηµεία συγκέντρωσης µεγάλου αριθµού χρηστών (hot-spots) Απαραίτητη η οµαλή συνεργασίας µε δίκτυα ευρείας περιοχής κάλυψης (GPRS/UMTS) Καθώς τα ΑΤ δίκτυα δε σχεδιάστηκαν γι αυτή τη χρήση, απαιτούνται επιπλέον µηχανισµοί, κύρια για την παροχή: ' ποιότητας υπηρεσίας, ' κινητικότητας, και ' ασφάλειας ιατµηµατικό ΠΜΣ στην ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ και ΙΟΙΚΗΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ 2/12/