Δίκτυα ΙΙ. Ενότητα: Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα Κωνσταντίνος Οικονόμου Τμήμα Πληροφορικής

Transcript

1 Δίκτυα ΙΙ Ενότητα: Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα Κωνσταντίνος Οικονόμου Τμήμα Πληροφορικής

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο«ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ιόνιο Πανεπιστήμιο» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος«Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ενωση(Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

3 Περιεχόμενα Αʹ Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα 1 Αʹ.1 ΤοΦασματωνΑσυρματωνΣυχνοτητων Αʹ.2 ΑσυρματαΤοπικαΔικτυα Αʹ.3 ΚυψελικαΔικτυαΕυρειαςΖωνης Αʹ.4 ΣταθεραΑσυρματαΔικτυα Αʹ.5 BluetoothκαιΠροσωπικαΑσυρματαΔικτυα(PAN) Αʹ.6 ΔικτυαΔορυφορων Βιβλιογραφία 8 ii

4 Κατάλογος Σχημάτων iii

5 Κατάλογος Πινάκων iv

6 Κεφάλαιο Αʹ Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα ΠΟΛΛΑ έχουν αλλάξει από τη δεκαετία του 1980 αναφορικά με τις ασύρματες τεχνολογίες. Πέρα από τα καινούρια προβλήματα όπως αυτό της ασφάλειας, πλέον τα νέα συστήματα μπορούν και προσαρμόζονται εντυπωσιακά εύκολα στις διάφορες απαιτήσεις όπως ταχύτητα πάνω από 200 χλμ./ώρα ή την άμεση προσαρμογή του σχήματος διαμόρφωσης(modulation scheme) από στιγμή σε στιγμή. Βασικός παράγοντας της διάδοσης των ασύρματων δικτύων πέρα από τις πανθομολογούμενες επιστημονικές και τεχνολογικές ανακαλύψεις υπήρξε η κυριαρχία του IP (Internet Protocol Το Πρωτόκολλο του Διαδικτύου)πρωτοκόλλου τα τελευταία χρόνια ως βασικός παράγοντας σύζευξης των απανταχού δικτύων. Σημαντικό ρόλο στα ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών παίζει το ίδιο το ασύρματο φυσικό μέσο μετάδοσηςπουδενείναιάλλοαπότοναέρα.οαέραςόμως,δενέχειπάντοτετιςίδιεςιδιότητες. Άλληείναιησυμπεριφοράτουωςμέσωμετάδοσηςσεανοικτόχώρομιαμέραπουυπάρχει καταιγίδα και άλλη μέσα σε ένα μικρό δωμάτιο. Οπως, είναι ήδη γνωστό, το PHY (Physical Layer Φυσικό Επίπεδο)αναλαμβάνει να θωρακίσει τις μεταδόσεις από τις ιδιαιτερότητες του μέσου μετάδοσης, ενώ τα υπόλοιπα πρωτόκολλα παίζουν κάποιο συγκεκριμένο ρόλο(π.χ., πρόσβαση στο μέσο, δρομολόγηση κ.ά.). Στα ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών, πολλές φορές δεν είναι οι ρόλοι ξεκάθαροι, κυρίως λόγω της απροσδιοριστίας που προκαλεί το ασύρματο περιβάλλον. Για παράδειγμα, το TCP (Transport Control Protocol Πρωτόκολλο Ελέγχου Μεταφοράς)είναι το πλέον διαδεδομένο πρωτόκολλο εφαρμογών στα IPδίκτυα και είναι γνωστό πως εμπεριέχει έναν ιδιαίτερα πολύπλοκο μηχανισμό ελέγχου ροής που βασίζει τη συμπεριφορά τουσεχαμένα 1 πακέταπροκειμένουναυποθέσειπωςυπάρχεισυμφόρησηστοδίκτυο.είναι 1 Εναπακέτοθεωρείταιχαμένοήlostότανδενείναιδυνατήηπαράδοσήτουστονπροορισμότου.Γενικά,η αιτία για να χαθεί ένα πακέτο είναι είτε η συμφόρηση στο δίκτυο και κατά συνέπεια η έλλειψη αποθηκευτικού χώρου ή η εσφαλμένη μετάδοσή του. 1

7 2 Κεφάλαιο Αʹ. Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα σαφές πως στα ασύρματα δίκτυα που η πλειοψηφία των χαμένων πακέτων οφείλεται σε εσφαλμένες μεταδόσεις ο έλεγχος ροής του TCPδεν αποδίδει τα αναμενόμενα. Το παρόν κεφάλαιο έχει σκοπό να παρουσιάσει συνοπτικά τα διάφορα δίκτυα ασύρματων επικοινωνιών και τα χαρακτηριστικά αυτών. Αʹ.1 Το Φάσμα των Ασύρματων Συχνοτήτων Το φάσμα των ασύρματων συχνοτήτων θεωρείται σήμερα ως εθνικός πόρος και η διαθεσιμότητά του καθορίζεται από κυβερνητικές αποφάσεις στην πλειοψηφία των περιπτώσεων για συχνότητες ακόμα και ως 300 GHz. Για διάφορους λόγους(πολιτικούς αλλά και γεωγραφικούς) δεν κάνουν όλες οι χώρες την ίδια χρήση των συχνοτήτων, κάτι που έχει σοβαρές επιπτώσεις καθώς στο σημερινό παγκοσμιοποιημένο εμπόριο ο κλάδος των τηλεπικοινωνιών παίζει ένα σημαντικό ρόλο(τόσο ως μέρος του εμπορίου ο ίδιος όσο και ως μέσο επικοινωνίας). Η ITU (International Telecommunications Union Διεθνής Ενωση Τηλεπικοινωνιών)έχει κάνει προτάσεις που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τον καλύτερο συντονισμό ανάμεσα στα διάφορακράτη.τοευτύχημαείναιπωςοιδιαιρέσειςδενείναιτόσεςπολλέςόσακαιτακράτη του κόσμου. Η ITUέχει χωρίσει τον κόσμο σε τρεις περιοχές με βάση τους παράγοντες που επηρεάζουν την ασύρματη μετάδοση σημάτων. Η πρώτη περιοχή περιλαμβάνει την Ευρώπη, την Αφρική και κάποια μέρη της Μέσης Ανατολής και Βόρειας Ασίας. Η δεύτερη περιοχή περιλαμβάνει την Αμερική, την Καραϊβική και την Χαβάη. Η τρίτη περιοχή όλες τις υπόλοιπες που είναι η Κεντρική Ασία, η Νοτιανατολική Ασία, τα Νησιά του Ειρηνικού Ωκεανού, η Αυστραλία και η Νέα Ζηλανδία. Η διαφοροποίηση των ασύρματων καναλιών επικοινωνίας(radio channels) αναφορικά με τη συχνότητα του σήματος είναι πολύπλοκη. Η αιτία για την πολυπλοκότητα αυτή είναι πως τα χαρακτηριστικά της μετάδοσης εξαρτώνται από πολλούς φυσικούς και ανθρώπινους παράγοντες. Ανάλογα με την απόσταση ανάμεσα στον πομπό και τον δέκτη, τη θερμοκρασία, τα περιβάλλοντα υλικά και την κινητικότητα, τα ασύρματα κανάλια επικοινωνίας μεταβάλλονται με διαφορετικό τρόπο. Οπως αναφέρθηκε, οι κυβερνήσεις είναι ιδιοκτήτες του φάσματος των συχνοτήτων και το διαχειρίζονται με διάφορες νομοθετικές πράξεις. Μια εταιρεία που επιθυμεί να χρησιμοποιήσει κάποια συχνότητα για κάποια εφαρμογή θα πρέπει(συνήθως) να αποκτήσει άδεια χρήσης (license) που τελικά αυτό σημαίνει να αγοράσει το συγκεκριμένο φάσμα των συχνοτήτων. Σε πολλές περιπτώσεις, προκειμένου να προαχθεί η έρευνα και η επιστήμη, πολλές κυβερνήσεις έχουν αφήσει αδιάθετες συχνότητες για τις οποίες δεν απαιτούν άδεια χρήσης.

8 Αʹ.2. Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα 3 Αʹ.2 Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα Τα πρωτόκολλα για τα WLANs (Wireless Local Area Networks Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα) είθισται να περιλαμβάνουν τις προδιαγραφές για τα επίπεδα PHYκαι DLC (Data Link Control Layer Επίπεδο Ελέγχου Σύνδεσης Δεδομένων). Οι προδιαγραφές του PHYεστιάζουν στη χρήση των ασύρματων καναλιών που βρίσκονται σε εσωτερικό χώρο και τη λήψη του ασύρματα μεταδιδόμενου σήματος. Σε αυτές τις προδιαγραφές γενικά υπάρχουν δύο είδη περιορισμών: αυτοί που προκύπτουν από τις(κυβερνητικές συνήθως) υπηρεσίες που διαχειρίζονται το φάσμα των συχνοτήτων και άλλοι που καθορίζονται από υπηρεσίες καθορισμού προδιαγραφών πρωτοκόλλων. Συνήθως θέματα σχετιζόμενα με το εύρος ζώνης και την ακτινοβολία ρυθμίζονται από τις πρώτες υπηρεσίες, ενώ οι μηχανισμοί για τη χρησιμοποίηση του bandwidth (εύρος ζώνης)και τη ρύθμιση της ισχύος μετάδοσης καθορίζονται από τις δεύτερες(μέσα στα νομικά πλαίσια που έχουν καθορίσει οι πρώτες βέβαια). Οι προδιαγραφές για τους μηχανισμούς του MAC (Medium Access Control Ελεγχος Πρόσβασης Μέσου)καθορίζονται εξ ολοκλήρου από τις υπηρεσίες καθορισμού πρωτοκόλλων. Αυτές οι προδιαγραφές καθορίζουν θέματα α- ναφορικά με την πρόσβαση στο μέσο, τον συγχρονισμό των πλαισίων, τον έλεγχο ισχύος, τη διαχείριση πόρων κ.ά. Τα πλέον δημοφιλή WLANπρότυπα είναι εκείνα που προτείνονται από την IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) τα οποία και αναφέρονται ως η IEEE σουίτα πρωτοκόλλων και που χρησιμοποιούν υπέρυθρες ακτίνεςκαι φάσμα αδιάθετων συχνοτήτων. Πολλές χώρες έχουν διαθέσει αυτά τα φάσματα για έρευνα και ανάπτυξη στην βιομηχανία (industry I),τηνεπιστήμη(science S)καιτηνυγεία(medicine M),καιγιατούτοκαλείται ως η ISM (Industry-Science-Medicine)ζώνη. Το πρότυπο της IEEEγια το PHYπεριέχει πολλούς μηχανισμούς για τη χρήσης της ISMζώνης που έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίσουν προβλήματα interference(παρεμβολή)από άλλες πηγής της ίδιας ζώνης συχνοτήτων. Αυτό είναι απαραίτητο από τη στιγμή που μπορεί να υπάρχουν πολλοί σταθμοί που να προκαλούν παρεμβολές καθώς δεν υπάρχει κάποιος έλεγχος(αφού πρόκειται για χρήση του φάσματος των αδιάθετων συχνοτήτων). Το MACπεριλαμβάνει τον κατανεμημένο μηχανισμό συντονισμού της πρόσβασης στο κανάλι DCF (Distributed Coordination Function Λειτουργία ΚατανεμημένουΣυντονισμού) 2. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι λειτουργίας των συγκεκριμένων πρωτοκόλλων IEEE και ειδικότεραοad hoc(κατάπερίπτωση)τρόποςλειτουργίας 3 καιοβασισμένοςσευποδομήτρόπος λειτουργίας. Ο πρώτος τρόπος στηρίζεται στην ισότιμη συμμετοχή όλων των κόμβων στη 2 Κατανεμημένοςυπότηνέννοιαπωςυλοποιείταισεόλουςτουςκόμβουςτουδικτύου. 3 Εδώγίνεταιαναφοράστον ad hocτρόπολειτουργίαςσταπλαίσιατου IEEE προτύπου. Δενθα πρέπει να γίνεται σύγχιση με τα ad hocδίκτυα τα οποία δεν βασίζονται κατ ανάγκη στο συγκεκριμένο πρότυπο και έχουν πολλές ενδιαφέρουσες θεωρητικές προεκτάσεις και πρακτικές εφαρμογές.

9 4 Κεφάλαιο Αʹ. Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα δημιουργία του δικτύου, ενώ ο δεύτερος στηρίζεται στην ύπαρξη υποδομής και ειδικότερα ενός AP (Access Point Σταθμός Βάσης)το οποίο είναι υπεύθυνο για την επικοινωνία δύο σταθμών. Κατά τον δεύτερο αυτό τρόπο λειτουργίας, το APεκτελεί διάφορες ενέργειες πέρα από το να προωθεί τα πακέτα των διαφόρων κόμβων και ειδικότερα υλοποιεί τον PCF (Point Coordination Function Λειτουργία Κεντρικού/Σημείου Συντονισμού)μηχανισμό συντονισμού που επιτρέπει να κρατούνται προς χρήση οι πόροι του συστήματος(resrvation) προκειμένου να χρησιμοποιηθούν για κίνηση δεδομένων με ειδικές απαιτήσεις(π.χ., με χρονικούς περιορισμούς όπωςηφωνή). Το MACυποεπίπεδο του IEEE αφορά τον μηχανισμό πρόσβασης μέσου. Ο μηχανισμός είναι παρόμοιος με τον μηχανισμό του Ethernet (IEEE πρότυπο για ενσύρματα τοπικά δίκτυα). Το Ethernetχρησιμοποιεί τον μηχανισμό CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection Πρόσβαση Μέσου με Ανίχνευση Φέρουσας και Εντοπισμό Σύγκρουσης)προκειμένου να αποφύγει συγκρούσεις δεδομένων. Ομως, η χρήση του μηχανισμού εντοπισμού σύγκρουσης(cd) δεν είναι κατάλληλη για το ασύρματο περιβάλλον εξαιτίας της ταχύτατης μεταβολής του σήματος με την απόσταση. Στη θέση αυτού, ο μηχανισμός αποφυγής συγκρούσεων CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance Πρόσβαση Μέσου με Ανίχνευση Φέρουσας και Αποφυγή Σύγκρουσης)προδιαγράφεται ο ο- ποίος στηρίζεται στον καθορισμό ενός ελάχιστου χρονικού διαστήματος πριν γίνει η μετάδοση δύο πακέτων. Ο χρόνος αυτός ονομάζεται IFS (Inter-Frame Spacing Ενδιάμεσος Χρόνος Πλαισίων)και παίζει ιδιαίτερο ρόλο στο MACυποεπίπεδο του IEEE και ειδικότερα όταν πρέπει να διαφοροποιηθούν οι υπηρεσίες ως προς τη παρεχόμενη ποιότητα QoS (Quality of Service Ποιότητα Υπηρεσιών). Αʹ.3 Κυψελικά Δίκτυα Ευρείας Ζώνης Τα κυψελικά δίκτυα ευρείας ζώνης(καθότι η έννοια της κυψέλης κάλλιστα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε άλλα δίκτυα) αναπτύχθηκαν κατά κύριο λόγο εξυπηρετώντας τη μετάδοση φωνής και κατά συνέπεια σε πλήρη παραλληλισμό με το παραδοσιακό τηλεφωνικό δίκτυο PSTN (Public Switch Telephone Network Δίκτυο Μεταγωγών Δημόσιας Τηλεφωνίας)με μόνη διαφορά τη(σημαντική διαφορά) πως οι χρήστες μπορούσαν πλέον να κινούνται. Σήμερα τα δίκτυα αυτά δεν εξυπηρετούν μόνο υπηρεσίες φωνής αλλά και έναν όλο αυξανόμενο όγκο δεδομένων.

10 Αʹ.3. Κυψελικά Δίκτυα Ευρείας Ζώνης 5 Παρόλο που υπήρχαν τέτοια συστήματα Η μεγάλη και εν πολλοίς μη αναμενόμενη επιτυχία των κινητής τηλεφωνίας στην Αμερική αμέ- κινητών τηλεφώνων δεύτερης γενιά όπως ονομάζονται σωςμετάτονβ ΠαγκόσμιοΠόλεμο,ή- ταν ιδιαίτερα ακριβά, εξυπηρετούσαν μι- κατά την τελευταία δεκαπενταετία οφείλεται κατά κύριο λόγο σε κοινωνικούς παρά οικονομικούς παράγοντες. Αυτό προκύπτει από τις συντηρητικές προβλέψεις κρόαριθμόπελατών 4 καιείχανμεγάλο όλων ανεξαιρέτως των εμπλεκομένων(εταιρειών, κατασκευαστών, κρατικών οργανισμών κ.ά.) που βασιζό- όγκο(για τούτο και χρησιμοποιούνταν συνήθως σε αυτοκίνητα). Διάφορα άλλα συστήματα εισήχθησαν κατά καιρούς παταγωδώς να προβλέψουν την επερχόμενη ανάπτυμενοι σε καθαρά τεχνο-οικονομικά κριτήρια απέτυχαν σεαμερικήκαιευρώπηταοποίαβασίζονταν κατά κύριο λόγο σε αναλογικές εξυπηρετούσε την έμφυτη ανθρώπινη ανάγκη για επιξητουτομέα. Ολόγοςήτανπωςτοκινητότηλέφωνο κοινωνίαόλεςτιςώρεςκαισεκάθεσημείο(σεαντι- διαστολή με το παραδοσιακό σταθερό τηλέφωνο που τεχνολογίες και οι οποίες ονομάζονται γενικά 1G (First Generation Πρώτη μπορούσε κάποιος να το χρησιμοποιήσει όλες τις ώρες Γενιά)ασύρματες κινητές επικοινωνίες. από δεδομένα σημεία). Για τον ίδιο ακριβώς λόγο(τη Ημεγάληανατροπήήρθεμετιςψηφιακέςεπικοινωνίες τη 2G (Second Ge- ακριβώς εμπλεκόμενοι απέτυχαν(ξανά) παταγωδώς μη σωστή εκτίμηση του κοινωνικού παράγοντα) οι ίδιο να προβλέψουν τα μεγέθη της τρίτης γενιάς κινητής neration Δεύτερη Γενιά) και ειδικότερα με το ευρωπαϊκό πρότυπο GSM (Glo- τηλεφωνίας κάνοντας υπεραισιόδοξες προβλέψεις. Ο παράγοντας που παρέβλεψαν ήταν πως η πλειοψηφία bal System for Mobile Communications των καταναλωτών έχοντας πλέον σε χαμηλές τιμές κινητό τηλέφωνο(και ικανοποιώντας τη βασική ανάγκη τοαρχικόόνομαήταν: Groupe Speciale Mobile). Οι εργασίες της πρώτης για επικοινωνία παντού και πάντα) δεν έδειχνε το ίδιο ομάδαςάρχισαντο1982καιηπρώτηεμπορικήχρήσητουέγινετο1992στηχε συγκριτικά μόνο πλεονεκτήματα όπως η καλύτερη ενδιαφέρον για ακριβότερη τεχνολογία που του παρεί- περιοχή συχνοτήτων των 900 MHz. Αρ- πρόσβαση στο Internet(Διαδίκτυο). γότερα ανατέθηκαν και άλλες συχνότητες στην περιοχή των 1800 MHz. Το GSMμπορεί να λειτουργήσει και στην περιοχή των 1900 MHz(όπως γίνεται στην Αμερική) αλλά και στην περιοχή των 450 MHz για λόγους συμβατότητας με παλιότερα συστήματα. Το GSMχρησιμοποιήθηκε σχεδόν παντού στον κόσμο και όχι αποκλειστικά στην Ευρώπη αριθμώντας εκατοντάδες εκατομμύρια χρήστες. Η χρήση εφαρμογών φωνής, παρόλο που ήταν ικανοποιητική και έδωσε τη μεγάλη αυτή ώθηση στο GSM, δεν ήταν η μόνη εφαρμογή που απαιτούσαν οι συνδρομητές. Ετσι, προστέθηκε και το GPRS (General Packet Radio Service)σύστημα για τη μεταφορά δεδομένων, το οποίο είναι γνωστό και ως 2.5Gτεχνολογία. Οι ρυθμοί μετάδοσης στις 2.5Gτεχνολογίες κυμαίνονται από 14,4έως 115,2 kbps,πουκρίθηκαν(ορθά)ανεπαρκήςγιατιςσύγχρονεςκαιμελλοντικές 4 Είναιπροφανέςπωςημεγάληεπιτυχίατωνσημερινώνσυστημάτωνκινητήςτηλεφωνίαςοφείλεταισε μεγάλο βαθμό στην εξέλιξη της τεχνολογίας που επέτρεψε το ίδιο φάσμα συχνοτήτων να υποστηρίζει μεγάλο αριθμό πελατών με αποτέλεσμα το κόστος ανά πελάτη να είναι περιορισμένο.

11 6 Κεφάλαιο Αʹ. Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα συνδέσεις δεδομένων. Για τον λόγο αυτό συνεστάθη από την ITUιδιαίτερα νωρίς(1992) μια ομάδα εργασίας που ξεκίνησε μελέτες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των κυψελικών συστημάτων 3G (Third Generation Τρίτη Γενιά). Το αποτέλεσμα ήταν το πρότυπο IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000)που περιλαμβάνει βελτιωμένη ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων(μέχρι 2 Mbps) βασιζόμενο τόσο στο GSMόσο και στην τεχνολογία CDMA πουεπιτρέπειτηχρήσητωνίδιωνσυχνοτήτωντηνίδιαχρονικήστιγμήμετηχρήση κατάλληλων κωδίκων. Το μέλλον των ασύρματων κυψελικών δικτύων επικοινωνίας 4G (Fourth Generation Τέταρτη Γενιά)φαίνεται να είναι αυτό της δημιουργίας ενός ολοκληρωμένου συστήματος μεταγωγής πακέτου που να βασίζεται εξ ολοκλήρου στο IPπου θα επιτρέπει στους χρήστης τη διαφανή πρόσβαση σε διάφορες εφαρμογές πολυμέσων ανεξάρτητα από τα χαρακτηριστικά των ασύρματων δικτύων. Αʹ.4 Σταθερά Ασύρματα Δίκτυα Η έννοια του ασύρματου δικτύου δεν υποδηλώνει απαραίτητα τη δυνατότητα μετακίνησης των χρηστών. Βεβαίως, όπως ειπώθηκε, η κινητικότητα των χρηστών υπήρξε μια σημαντική αιτία της διάδοσης των ασύρματων κυψελικών δικτύων αλλά η ίδια η ασύρματη επικοινωνία έχει ένα ακόμα ενδιαφέρον και χρήσιμο από οικονομικής πλευράς χαρακτηριστικό: δεν απαιτεί καλώδια.αυτόδενσημαίνειμόνοτονπεριορισμότουκόστουςγιαταίδιατακαλώδιαωςυλικό αλλά ακόμα μεγαλύτερη οικονομία αφού δεν απαιτείται η δαπανηρή και χρονοβόρα διαδικασία τοποθέτησης των καλωδίων. Συνυπολογίζοντας την εξέλιξη των τεχνολογιών από τα τέλη της δεκαετίας του ενενήντα έγινε φανερό πως ασύρματα σταθερά ευρυζωνικά συστήματα με LoS (Line of Sight Οπτική Επαφή)θα ήταν μια κατάλληλη εναλλακτική επιλογή για την ενσύρματη ευρυζωνική πρόσβαση στο Internet. Για την υποστήριξη τέτοιων συστημάτων πολλέςχώρεςκαθόρισαντοφάσμαγύρωαπότα 28 GHz. Ενα χαρακτηριστικό τέτοιο σταθερό ασύρματο σύστημα πρόσβασης είναι το LMDS (Local Multipoint Distribution System)το οποίο έχει τη δυνατότητα υψηλών ρυθμών μετάδοσης δεδομένων(της τάξης των εκατοντάδων Mbps). Ενα πιο σύγχρονο σύστημα είναι αυτό που περιγράφεται από το πρότυπο IEEE (Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems)το οποίο αναμένεται να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο παρέχονται οι υπηρεσίες Internet. Το ίδιο το IEEE εξ ορισμού λειτουργεί σε συνθήκες LoSστο φάσμα GHz, ενώ η επέκτασή του IEEE α έχει δυνατότητες NLoS (Non-Line of Sight Μη Οπτική Επαφή)στο φάσμα 2-11 GHz.

12 Αʹ.5. Bluetooth και Προσωπικά Ασύρματα Δίκτυα (PAN) 7 Αʹ.5 Bluetooth και Προσωπικά Ασύρματα Δίκτυα(PAN) Τα ασύρματα δίκτυα μικρής εμβέλειας που ονομάζονται και PAN (Personal Area Networks Δίκτυα Προσωπικής Περιοχής), ομοιάζουν περισσότερο με τα σταθερά ασύρματα δίκτυα παρά με τα κινητά δίκτυα καθότι η κινητικότητα των κόμβων αναμένεται(και συνήθως είναι) μικρή. Γίνεται χρήση των ISMσυχνοτήτων και οι βασικές εφαρμογές έχουν να κάνουν με τη διασύνδεση για παράδειγμα του κινητού τηλεφώνου με τον προσωπικό υπολογιστή του χρήστη, με τον εκτυπωτή του και γενικά με όποιες συσκευές συνδέονται με μικρού μήκους καλώδια. Τα πρότυπα στην περιοχή αυτή των ασύρματων επικοινωνιών είναι το γνωστό Bluetooth, το IRDA (Infrared Data Assosiation)και το IEEE Ειδικότερα, η ομάδα εργασίας για το IEEE έχει προτείνει πρότυπα που ποικίλουν από το Bluetooth(IEEE ) έως χαμηλής πολυπλοκότητας, ταχύτητας και κατανάλωσης ενέργειας(ieee ). Αʹ.6 Δίκτυα Δορυφόρων Οι επικοινωνίες μέσω δορυφόρων δεν είναι καινούριες όπως οι ασύρματες τεχνολογίες που αναφέρθηκαν ως τώρα. Παραμένουν σε ισχύ και πολλά δίκτυα χρησιμοποιούν δορυφορικές ζεύξεις προκειμένου να επικοινωνήσουν με άλλους προορισμούς. Ενα σοβαρό πρόβλημα στις δορυφορικές επικοινωνίες είναι η μεγάλη καθυστέρηση(της τάξηςτων 500 msec)τοοποίοόμωςαντισταθμίζεταιωςέναβαθμόαπότονόλοαυξανόμενο όγκο υπηρεσιών που δεν έχουν αυστηρές απαιτήσεις καθυστέρησης. Ενα, επίσης σοβαρό πρόβλημα, είναι η ίδια η θέση των δορυφόρων αναφορικά με την περιστροφή της Γης. Ενα δορυφόρος μπορεί να είναι GEO (Geosynchronous Earth Orbit Γεωστατικός Δορυφόρος), LEO (Low Earth Orbit ΧαμηλήςΑπόστασηςαπότηΓη)ή MEO (Medium Earth Orbit Μέσης Απόστασης από τη Γη). Οι GEOδορυφόροι βρίσκονται σε απόσταση km από τη Γη και είναι σταθερή σε σχέση με την επιφάνειά(ονομάζονται και γεωσύγχρονοι). Οι LE- Oδορυφόροι είναι σε απόσταση km από την επιφάνεια της γης(ιδιαίτερα χαμηλά), ενώ οι MEOβρίσκονται σε απόσταση μεγαλύτερη από αυτή των LEOκαι μικρότερη από αυτή των GEO.Σαφέστατα,οιδορυφόροιπουείναικοντάστηΓηέχουντοπλεονέκτηματηςμικρότερης καθυστέρησης και γενικότερας της καλύτερης επικοινωνίας. Από την άλλη πλευρά, οι δορυφόροι αυτοί χάνονται πιο εύκολα από εκείνους σε μεγαλύτερο ύψος(με εξαίρεση τους GEOπου δεν χάνονται ποτέ) και συνεπώς απαιτείται ευέλικτος σχεδιασμός των πρωτοκόλλων επικοινωνίας(π.χ., δρομολόγηση) προκειμένου να διατηρούνται οι επικοινωνίας ανεπηρέαστες.

13 Βιβλιογραφία [1] K. Oikonomou, N. B. Pronios, Ad-Hoc Networking: A Unified Evaluation Framework, IST Mobile & Communications Summit 2003, Aveiro- Portugal, June [2] Hend Koubaa, Reflections on Smart Antennas for MAC Protocols in Multihop Ad Hoc Networks, European Wireless 2002, February 25-28, 2002, Florence, Italy. [3] T. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall; 2nd edition, December 31, [AAhmad-2005] Aftab Ahmad, Wireless and Mobile Data Networks, John Wiley & Sons Inc., [Murthy-2004] C. Siva Ram Murthy, and B. S. Manoj, Ad Hoc Wireless Networks, Architectures and Protocols Prentice Hall PRT, Pearson Education Inc., [TRappaport-2002] Theodore S. Rappaport, Wireless Communications, Principles and Practice, 2nd Edition, Prentice Hall Inc., [4] N. Pronios, Performance considerations for slotted spread-spectrum random access networks with directional antennas, in Proc. of IEEE GLOBECOM 89, Nov [5] Y.B. Ko, V. Shankarkumar, and N.H. Vaidya, Medium access control protocols using directional antennas in ad hoc networks, in Proceedings of IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), volume 1(3), pages 13 21, Tel Aviv, Israel, Mar [6] J. Ward and R. T. Compton, Improving the Performance of Slotted ALOHA Packet Radio Network with an Adaptive Array, IEEE Transactions on Communications, 40(2): , February

14 Βιβλιογραφία 9 [7] R. T. Compton, Jr. and J. Ward, High throughput slotted ALOHA packet radio networks with adaptive arrays, IEEE Trans. Comm., vol. 41, no. 3, pp , March [8] R. Wattenhofer, L. Li, P. Bahl, and Y. M. Wang, Distributed topology control for power efficient operation in multihop wireless ad hoc networks, in Proc. IEEE Infocom, [9] M. Kubisch, H. Karl, A. Wolisz, L. C. Zhong and J. Rabaey, Distributed Algorithms for Transmission Power Control in Wireless Sensor Networks, in WCNC 2003, New Orleans, LA, March [10] J. Monks, V. Bharghavan, and W. W. Hwu, Transmission power control for multiple access wireless packet networks, in Proceedings of The 25th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN 2000), Tampa, FL, November [11] S. Narayanaswamy, V. Kawadia, R. S. Sreenivas, and P. R. Kumar, Power control in ad-hoc networks: Theory, architecture, algorithm and implementation of the COMPOW protocol, in Proceedings of European Wireless Conference, [12] J. P. Monks, J.-P. Ebert, A. Wolisz, and W. mei W. Hwu, A study of the energy saving and capacity improvement potential of power control in multi-hop wireless networks, in Workshop on Wireless Local Networks, Tampa, Florida, USA, also Conf. of Local Computer Networks (LCN), Nov [13] R. Zheng and R. Kravets, On-demand power management for ad hoc network, IEEE Infocom 2003, San Franciso, CA, USA, March 30 - April 3, [14] R. Kravets and P. Krishnan, Power management techniques for mobile communication, in Proc. ACM Mobicom 99, pages 24 35, [15] W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, An energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks, in INFOCOM 2002, New York, June 23-27, [16] S. Singh and C. S. Raghavendra, PAMAS: Power Aware Multi-Access protocol with Signalling for Ad Hoc Networks, (to appear) ACM Computer Communications Review, [17] U. Kozat, I. Koutsopoulos and L. Tassiulas, A Framework for Cross-layer Design of Energy-efficient Communication with QoS Provisioning in Multi-hop Wireless Networks,

15 10 Βιβλιογραφία [18] R. Albert and A.-L. Barabási, Statistical mechanics of complex networks, Rev. Mod. Phys., in press. [19] R. Albert, H. Jeong and A.-L. Barabási, 1999, Nature (London), 401, 130. [20] M. Faloutsos, P. Faloutsos and C. Faloutsos, Computer Communications Review, 29, 251. [21] B. Bollobas, 1981, Discrete Math [22] D. J. Watts and S. H. Strogatz, 1998, Nature (London), 393, 440. [23] A.-L Barabási and R. Albert, 1999, Science 286, 509. [24] R. Krishnan and J.P.G. Sterbenz, An Evaluation of the TSMA Protocol as a Control Channel Mechanism in MMWN, Technical report, BBN Technical Memorandum No. 1279, [25] Dimitri Bertsekas and Robert Gallager, Data networks, 2nd edition, Prentice-Hall, Inc., [26] G. Wang and N. Ansari, Optimal Broadcast Scheduling in Packet Radio Networks Using Mean Field Annealing, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, VOL. 15, NO. 2, pp , February [27] IEEE , Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, Nov Draft Supplement to Standard IEEE , IEEE, New York, January [28] P. Karn, MACA- A new channel access method for packet radio, in ARRL/CRRL Amateur Radio 9th Computer Networking Conference, pp , [29] F. A. Tobagi and L. Kleinrock, Packet Switching in Radio ChannelsQ Part II - the Hidden Terminal Problem in Carrier Sense Multiple Access Modes and the Busy-Tone Solution, IEEE Transactions on Communications, Vol. 23, pp , [30] V. Bharghavan, A. Demers, S. Shenker, and L. Zhang, MACAW: A Media Access Protocol for Wireless LAN s, Proceedings of ACM SIGCOMM 94, pp , [31] F. Talucci, M. Gerla and L. Fratta, MACA-BI (MACA By Invitation): A Receiver- Oriented Access Protocol for Wireless Multihop Networks, PIMRC 97, the 8th IEEE International Symposium on Personal Indoor and Mobile Communications, Vol. 2, 1997, pp

16 Βιβλιογραφία 11 [32] J. Deng and Z. J. Haas, Busy Tone Multiple Access (DBTMA): A New Medium Access Control for Packet Radio Networks, in IEEE ICUPC 98, Florence, Italy, October 5-9, [33] C. Wu and V.O.K. Li, Receiver-Initiated Busy Tone Multiple Access in Packet Radio Networks, ACM Computer Communications Review, 17(5): , August [34] R. Nelson, L. Kleinrock, Spatial TDMA, A collision-free Multihop Channel Access Protocol, IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-33, No. 9, September [35] C. Zhu and S.M. Corson, A Five-Phase Reservation Protocol (FPRP) for Mobile Ad Hoc Networks, in Proceedings of IEEE Infocom 98, Vol. 1, Pp , San Francisco, CA, March/April [36] I. Chlamtac and A. Farago, Making Transmission Schedules Immune to Topology Changes in Multi-Hop Packet Radio Networks, IEEE/ACM Trans. on Networking, 2:23-29, [37] J.-H. Ju and V. O. K. Li, An Optimal Topology-Transparent Scheduling Method in Multihop Packet Radio Networks, IEEE/ACM Trans. on Networking, 6: , [38] J. A. Stankovic, T. Abdelzaher, C. Lu, L. Sha, J. Hou, Real-Time Communication and Coordination in Embedded Sensor Networks, Proceedings of the IEEE, 91(7): , July (invited paper). [39] R. Rozovsky and P. R. Kumar, SEEDEX: A MAC protocol for ad hoc networks, ACM Mobihoc 01, October [40] Ian Stewart, Galois Theory, Chapman & Hall/CRC Mathematics, 3rd Edition, [41] K. Oikonomou and I. Stavrakakis, Analysis of a Probabilistic Topology-Unaware TDMA MAC Policy for Ad-Hoc Networks, IEEE JSAC Special Issue on Quality-of- Service Delivery in Variable Topology Networks, Vol. 22, No. 7, September 2004, pp [42] C. P.. P. Bhagwat, Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance Vector Routing (DSDV) for Mobile Computers, Proceedings of ACM SIGCOMM 94, pp , September 1994.

17 12 Βιβλιογραφία [43] S. Murthy and J.J. Garci-Luna-Aceves, A Routing Protocol for Packet Radio Networks, in Proceedings of ACM First International Conference on Mobile Computing & Networking (MOBICOM 95), November [44] C. Perkins and E. Royer, Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing, Proceedings of 2nd IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications, February [45] D. B. Johnson and D. A. Maltz, Mobile Comupting, Kluwer Academic Publishers, [46] M.R. Pearlman, Z.J. Haas, Determining the Optimal Configuration for the Zone Routing Protocol, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 17(8), , August [47] Y,-B. Ko and N.H. Vaidya, Location-Aided Routing (LAR) in Mobile Ad Hoc Networks, in Proceedings of the 4th ACM/IEE International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom), pp , Dallas, Texas, October 1998.