Ιόνιο Πανεπιστήµιο Τµήµα Πληροφορικής ίκτυα Η/Υ Ασύρµατα ίκτυα Ενότητα (7 Απρ 2006) ρ. Ε. Μάγκος Syllabus Ασύρµατες Μεταδόσεις Φυσικό Επίπεδο ορυφορικές Επικοινωνίες LEO, MEO, GEO Κινητή Τηλεφωνία 2G, 3G, 4G Ασύρµατα Μητροπολιτικά ίκτυα Wi-MAX, Ασύρµατα Τοπικά ίκτυα Bluetooth, Wi-fi, Chronological list 1860s J.C. Maxwell postulates electromagnetic waves 1880s H.R. Hertz provides proof of electromagnetic waves 1895 G. Marconi demonstrates wireless communication and applies for patent 1913 Establishment of marine radio telegraphy 1921 Detroit police conducts field trials with mobile radio 1946 Bell Lab. deploys first commercial mobile radio telephone system 1950 Microwave links are developed 1980s Wide deployment of analog cellular systems 1992 Introduction of 2nd generation digital cellular systems 1993 Introduction of multiservices capabilities in the 2nd generation systems 2000 Third generation cellular systems with multimedia capabilities are introduced 2003 Start of commercial deployment of 3rd generation systems Source: B. Furht, Handbook of Internet and Multimedia Systems and Applications. IEEE Press, 1999 http://www.google.com.gr/url?sa=u&start=2&q=http://cpk.auc.dk/~tatiana/cn61_lecture1.ppt&e=747
Ταξινόµηση Ασύρµατων ικτύων (βάσει εµβέλειας) Ασύρµατα ίκτυα - Παραδείγµατα WWAN GSM/ GPRS, 3G WMAN IEEE802.16 WLAN IEEE802.11 (Wi- Fi), IR WPAN Bluetooth WAN WAN-MAN MAN Pico-Cell MAN-LAN LAN-PAN PAN Personal Operating Space ~50km ~2km 0km ~10m Courtesy of IEEE 802.15, Jan. 2001 http://www.cpe.ku.ac.th/~anan/publications/publication-document/wlan Design and Implementation-KMITNBJan2004.ppt (a) Wireless PAN (b) Wireless LAN «Στοιχεία» ενός Ασύρµατου ικτύου Ασύρµατα ίκτυα - Παραδείγµατα (c) Wireless MAN (d) Wireless WAN
«Στοιχεία» ενός Ασύρµατου ικτύου network infrastructure Ασύρµατοι Κόµβοι Laptop, PDA, Τηλέφωνο Εκτελούν Εφαρµογές Σταθεροί (fixed) ήκινητοί (Mobile) Ασύρµατος δε σηµαίνει πάντα Κινητός «Στοιχεία» ενός Ασύρµατου ικτύου network infrastructure Σταθµός Βάσης Συνήθως συνδέεται σε ενσύρµατο δίκτυο. Αποστολή και προώθηση πακέτων από/ προς την περιοχή ευθύνης του Π.χ. «Πύργοι» κινητής τηλεφωνίας, access points σε WLAN κ.λ.π «Στοιχεία» ενός Ασύρµατου ικτύου network infrastructure Ασύρµατη Ζεύξη Σύνδεση κόµβων µε σταθµό βάσης ή µεταξύ τους Πολλαπλή Πρόσβαση (Multiple Access) στο µέσο Σύνδεση µε συγκεκριµένο ρυθµό µετάδοσης (data rate) σε συγκεκριµένη απόσταση Πρότυπα Ασύρµατων ικτύων Ταχύτητα και Εµβέλεια
Πρότυπα Ασύρµατων ικτύων Ταχύτητα και Εµβέλεια network infrastructure Infrastructure mode O σταθµός βάσης συνδέει τους κόµβους στο ενσύρµατο δίκτυο Μεταποµπή (handoff): Μεταφορα µιας σύνδεσης απο τη δικαιοδοσια ενός σταθµού βάσης σε έναν άλλο Ασύρµατη και «Κινητή» Σύνδεση Πρότυπα Ασύρµατων ικτύων Ταχύτητα και Εµβέλεια Ad hoc mode ενυπάρχουνσταθµοί βάσης Οι κόµβοι σχηµατίζουν µόνοι τους ένα δίκτυο. Οι κόµβοι µεταδίδουν προς κόµβους που βρίσκονται εντός εµβέλειας Κινητή (Mobile) ή Ασύρµατη (Wireless) Σύνδεση Wireless Σταθερό Ασύρµατο (Fixed Wireless) «Κινητή» (Mobile) ήσταθερή(fixed) Πρόσβαση; «Κινητή» και Ασύρµατη Mobile wireless Ασύρµατη (Wireless) ή Ενσύρµατη (Wired); Mobile Κινητή αλλά ΟΧΙ ασύρµατη: π.χ. Συνδέω το laptop στοεκάστοτεδίκτυοπου εργάζοµαι http://www.google.com.gr/url?sa=u&start=2&q=http://cpk.auc.dk/~tatiana/cn61_lecture1.ppt&e=747
«Κινητές» (Mobile) Συσκευές Pager receive only tiny displays simple text messages PDA simpler graphical displays character recognition simplified WWW Laptop fully functional standard applications Ασύρµατα ίκτυα Πλεονεκτήµατα (+) & Μειονεκτήµατα (-) + Ευελιξία στην εγκατάσταση, στη συντήρηση και στη χρήση + Απαλλαγή από καλωδίωση + Μειωµένο κόστος + Ιδανικά για µικροµεσαίες επιχειρήσεις + Επεκτασιµότητα, plug and play Mobile phones voice, data simple graphical displays performance http://www.hig.se/~dhe/wap/wap-f1.ppt Palmtop tiny keyboard simple versions of standard applications - Χαµηλότεροι µέγιστοι ρυθµοί µετάδοσης (εύρος bandwidth) - Υψηλότεροι Ρυθµοί Σφαλµάτων Overlay Networks - the global goal Συστήµατα Μετάδοσης Σχετικοί όροι integration of heterogeneous fixed and mobile networks with varying transmission characteristics vertical handover in-house campus-based metropolitan area horizontal handover regional http://www.hig.se/~dhe/wap/wap-f1.ppt Ενσύρµατα συστήµατα, πρωτεύων ρόλος: ποιότητα του µέσου Ασύρµατα συστήµατα, πρωτεύων ρόλος: ποιότητα του σήµατος Κεραίες (antenna) Αποστολή και Λήψη του σήµατος Κατευθυντικότητα του σήµατος Κατευθυντική Μετάδοση (Directional) - Πολύ-κατευθυντική Μετάδοση (Omnidirectional) Φάσµα Συχνοτήτων (συνάφεια µε Bandwidth) Ραδιοκύµατα, Μικροκύµατα, Υπέρυθρες ιάδοση του σήµατος (propagation) Κύµατος Εδάφους (Ground Wave) Κύµατος Χώρου (Sky-Wave Propagation) ιάδοση Οπτικής Επαφής (LOS: Line of Sight)
Κεραία (Antenna) Yagi-Uda Ηλεκτρικός αγωγός Μετάδοση Εκποµπή ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας Λήψη Συλλογή ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας Yagi Hertz Marconi Parabolic Reflective (Ασύρµατη) Μετάδοση Φάσµα Συχνοτήτων Φάσµα Συχνοτήτων Συχνότητες Ραδιοκυµάτων (Radio frequency) 30 MHz 1GHz Ιδανικές για Πολυκατευθυντική (Omniderictional) Μετάδοση Μικροκυµατικές Συχνότητες (Microwave) 1 GHz 100 GHz Επίγειες (terrestrial) και ορυφορικές Μικροκυµατικές Ζεύξεις Συχνότητες Υπέρυθρων (Infrared) 3x10 11 έως 2x10 14 Hz Ιδανικές για Κατευθυντική (directional) µετάδοση Μεταδόσεις Σηµείο προς Σηµείο (Point to Point) σε µικρές αποστάσεις
Ασύρµατες Μεταδόσεις- Ραδιοκύµατα Ασύρµατες Μεταδόσεις Μικροκύµατα Ευρύτατες εφαρµογές ασύρµατη σταθερή και κινητή τηλεφωνία ραδιοεπικοινωνία, ραδιοφωνία, τηλεοπτικές µεταδόσεις Χαµηλότερες συχνότητες από τα µικροκύµατα Μικρότερη χωρητικότητα (capacity) ιανύουν µεγαλύτερες αποστάσεις χωρίς ανάγκη αναµεταδότη ιαπερνούν ηµιδιαφανή ή/και αδιαφανή αντικείµενα. Αρκετά ευαίσθητα σε παρεµβολές ή / και καιρικά φαινόµενα. Εκχώρηση ειδικών αδειών για συχνότητες εκποµπής-λήψης Ονοµασίες Συχνοτήτων VLF (υπερ-µακρά), LF (Μακρά), MF (Μεσαία), HF (Βραχέα), VHF (Υπερ- Βραχέα) Ευρύτατες εφαρµογές στη µετάδοση τηλεοπτικών προγραµµάτων, και σε δορυφορικές συνδέσεις, ανίχνευση radar,.. Κατευθυντική (Directional) Μετάδοση Υψηλές συχνότητες (σε σχέση µε ραδιοκύµατα) Μεγάλες χωρητικότητες Επηρεάζονται σηµαντικά από κακές καιρικές συνθήκες Ονοµασίες Συχνοτήτων UHF Ultra High Frequency SHF Super High Frequency, EHF (Extremely High Frequency).
Ασύρµατες Μεταδόσεις: Υπέρυθρα - Lazer Οι υπέρυθρες ακτίνες και τα lazer έχουν εφαρµογή σε περιπτώσεις όπου τα ενσύρµατα ή άλλα ασύρµατα µέσα είναι ανεπιθύµητα (υψηλό κόστος, αδυναµία εγκατάστασης). Παράδειγµα: Συνδέση σηµείο προς σηµείο, µεταξύ δύο κτιρίων κάποιας περιοχής ή ενός οικοδοµικού τετραγώνου. Η επικοινωνία µε IR - lazer προυποθέτει οπτική επαφή και παρέχει υψηλή χωρητικότητα. Ωστόσο, καιρικοί παράγοντες (π.χ. υψηλή θερµοκρασία) επηρεάζουν τη µετάδοση (π.χ αλλαγή κατεύθυνσης δέσµης) ε διαπερνούν αδιαφανή και ηµιδιαφανή αντικείµενα a) ιάδοση Κύµατος Εδάφους (Ground Wave propagation) Η γη δρα ως κυµατοδηγός c) ιάδοση Οπτικής Επαφής (LOS: Line of Sight) b) ιάδοση Κύµατος Χώρου (Sky- Wave Propagation) Ανάκλαση από την Ιονόσφαιρα Μπάντες Συχνοτήτων Effective Line of Sight d = 3. 57 Kh
Σφάλµατα κατά την Ασύρµατη Μετάδοση (LOS) Άλλοι τρόποι ιάδοσης Σε κάθε σύστηµα επικοινωνίας, το σήµα πουλαµβάνεται διαφέρει από το σήµα πουεστάλη Εξασθένηση Θόρυβος Παραµόρφωση Σφάλµατα Πολλαπλών ιαδροµών (Multipath) Αντανάκλάση, ιάθλαση, κ.λ.π Συχνότητες, Εύρος ζώνης (Bandwidth) και Εξασθένηση Σύγκριση Ενσύρµατων και Ασύρµατων µέσων (* = υπέρ ενσύρµατων, - = υπέρ ασύρµατων) Υψηλότεροι ρυθµοί µετάδοσης (οπτική ίνα, χαλκός Cat 5,6,7) Λιγότερα σφάλµατα από παρεµβολές / θορύβους (STP, Ίνες) εν επηρεάζονται από καιρικούς / ατµοσφαιρικούς παράγοντες Χαµηλότερο κόστος προµήθειας και εγκατάστασης. Μεγαλύτερες Συχνότητες : Μεγαλύτερο Εύρος ζώνης ΑΛΛΑ ΚΑΙ Μεγαλύτερη Εξασθένηση (L) Απροβληµάτιστη µεταφορά για µεγάλες αποστάσεις χωρίς την ανάγκη χρήσης αναµεταδοτών.
Τηλεπικοινωνιακοί ορυφόροι - Εισαγωγή Μετάδοση Σηµείο προς Μετάδοση Σηµείο προς σηµείο Σηµείο (Point και Μετάδοση to Point) Εκποµπής Σχετικοί όροι Σταθµός Εδάφους (earth station) Uplink Μετάδοση από έναν επίγειο σταθµό προς το δορυφόρο Downlink - Μετάδοση από το δορυφόρο προς έναν επίγειο σταθµό Μετάδοση Εκποµπής Τηλεπικοινωνιακοί ορυφόροι LEO, GEO Τα δορυφορικά συστήµατα αποτελούνται από τους επικοινωνιακούς δορυφόρους και τους αντίστοιχους σταθµούς εδάφους Ο δορυφόρος πρέπει να βρίσκεται πάντα σε οπτική επαφή µε ένανσταθµό εδάφους, ώστε να υπάρχει αδιάλειπτη επικοινωνία Ένας δορυφόρος είναι µια γιγάντια Kεραία που στέλνει-δέχεται σήµατα (UHF, SHF, EHF) στους/από τους σταθµούς εδάφους. Λειτουργεί και ως επαναλήπτης (Repeater) ιαφορετική συχνότητα για Uplink και Downlink Κατηγοριοποίηση βάσει της απόστασης από τη γη: Χαµηλής τροχιάς (LEO), Μέσης Τροχιάς (MEO) Γεωστατικοί ορυφόροι (Geostationary)
Κατηγοριοποίηση ορυφόρων ορυφορικές Συνδέσεις Γεωστατικοί ορυφόροι Hellas SAT (GEO) 35.800 Km
. Γεωστατικοί ορυφόροι Γεωστατικοί ορυφόροι Πλεονεκτήµατα εν ισχύει το φαινόµενο Doppler (σχετική κίνηση του δορυφόρου ως προς τους σταθµούς εδάφους) Εύκολη ανίχνευση δορυφόρου από τους σταθµούς εδάφους Μεγάλη κάλυψη (απαιτούνται ελάχιστοι δορυφόροι για κάλυψη του πλανήτη) Μειονεκτήµατα Εξασθένηση λόγω απόστασης Χαµηλήκάλυψηστιςπεριοχές γύρω από τους πόλους της γης Καθυστέρηση διάδοσης σήµατος Υψηλό κόστος ίκτυα VSAT ορυφόροι Μέσης Τροχιάς (MEO) Σε σχέση µε LEO Λιγότερες µεταπηδήσεις (handoffs) Σε σχέση µε GEO Μικρότερες καθυστερήσεις (διάδοση σήµατος) Λιγότερο ισχυροί ποµποί για να τους «φθάσουµε»
Περίπτωση MEO: Το σύστηµα GPS ορυφόροι Χαµηλής Τροχιάς (LEO) http://www.aero.org/education/primers/gps/howgpsworks.html Πλεονεκτήµατα Μικρή καθυστέρηση διάδοσης. υνατό σήµα (µικρότερες εξασθενήσεις). Οι σταθµοί εδάφους δε χρειάζονται υψηλή ισχύ υνατότητα χρήσης υψηλών συχνοτήτων (µεγαλύτερο εύρος ζώνης). Μειονεκτήµατα Συχνές µεταπηδήσεις (handoffs). Σχετική κίνηση δορυφόρου ως προς επίγειο σταθµό (Doppler). Αλλαγή της τροχιάς λόγω επιδράσεων από την ατµόσφαιρα. Πολλοί δορυφόροι για πλήρη κάλυψη του πλανήτη. ορυφόροι Χαµηλής Τροχιάς (LEO) - IRIDIUM ορυφόροι Χαµηλής Τροχιάς (LEO) (a) (b) (a) The Iridium satellites form six necklaces around the earth. (b) 1628 moving cells cover the earth. (a) Relaying in space. (IRIDIUM) (b) Relaying on the ground. (Globalstar)
Το Project Teledesic Teledesic ορυφορικό internet Οι δορυφόροι θα αποθηκεύουν και θα δροµολογούν δεδοµένα Έναρξη λειτουργίας το 2005 Θα αποτελείται από 288 δορυφόρους LEO Θα εκπέµπουν στην Ka-band Παγκόσµια κάλυψη Κάθε περιοχή θα καλύπτεται ταυτόχρονα από 3-4 δορυφόρους Υπόσχεται 99,99% ποσοστό επιτυχίας Downlink έως 720 Mbps και Uplink έως 100 Μb/s Θα κοστίσει 9 δισεκατοµµύρια δολάρια http://dias.aueb.gr/~gcp/wireless/slides/ws-07.ppt Teledesic 840 Teledesic 288 ορυφορικές Συχνότητες και Εύρος Ζώνης ορυφόροι - Κατανοµή Χωρητικότητας (Capacity Allocation) Οι στρατηγικές κατανοµής χωρητικότητας εµπίπτουν σε µια εκ των ακόλουθων κατηγοριών: 1. Πολυπλεξία µε ιαίρεση Συχνότητας (FDMA) 2. Πολυπλεξία µε ιαίρεση Χρόνου (TDMA) 3. Πολυπλεξία µε ιαίρεση Κώδικα (CDMA) Tanenbaum 2002
FDM TDMA Επαναχρησιµοποιήση Συχνοτήτων (Frequency Reuse) Αρχιτεκτονική Κυψελωτών ικτύων «Πολλοί» ποµποδέκτες χαµηλής ισχύος (π.χ. 100 Watt) Κάθε περιοχή χωρίζεται σε κυψέλες ή κελιά (cells) Κάθε κυψέλη εξυπηρετείται από έναν σταθµό βάσης Χρήση προ-καθορισµένου εύρους ζώνης σε κάθε κυψέλη ιαφορετικές συχνότητες χρησιµοποιούνται από γειτονικές κυψέλες για την αποφυγή θορύβου (crosstalk) Μη γειτονικές κυψέλες µπορούν να χρησιµοποιήσουν τις ίδιες συχνότητες
Κυψελωτά ίκτυα Κινητή Τηλεφωνία MTSO ιασύνδεση µε τους υπόλοιπους σταθµούςβάσηςκαθώςκαιµε το δίκτυο σταθερής τηλεφωνίας Πραγµατοποίηση Κλήσης Μεταπηδήσεις (Handoffs) Η µεταπήδηση (handoff) εξαρτάται από την ποιότητα του σήµατος Πόσο «δυνατό» είναι το σήµα πουλαµβάνει η συσκευή; Στόχος: Ολοκλήρωση της διαδικασίας χωρίς την διακοπή της επικοινωνίας
Κατανοµή Χωρητικότητας ίκτυα Κινητής Τηλεφωνίας Περίπτωση: FDMA Ιδανικά, τα διαθέσιµα κανάλιασυχνοτήτων(channels) σε µια κυψέλη (cell) ισούνται µε τοµέγιστο πλήθος των συνδροµητών που µπορεί να γίνουν ενεργοί µια δεδοµένη χρονική στιγµή Κάτι τέτοιο δεν είναι εφικτό! Ως εκ τούτου, ένα κυψελωτό δίκτυο µε πολλούς χρήστες θα πρέπει να διαθέτει ένα αποτελεσµατικό σύστηµα κατανοµής χωρητικότητας Η κατανοµή της χωρητικότητας αφορά φωνή και δεδοµένα Μετάβαση: ίκτυα 1 ης, 2 ης και 3 ης Γενιάς 1η Γενιά(1G) - (1970-1990) Αναλογική µετάδοση Φωνή (Αποκλειστικά) Αναλογική Κωδικοποίηση Φωνής: FM (Frequency Modulation) Β. Αµερική: AMPS (Advanced Mobile Phone Service) Κατανοµή Χωρητικότητας (Περίπτωση: AMPS) Πολυπλεξία FDM - Το εύρος ζώνης (25 ΜΗz= 12.5 uplink +12.5 downlink) µοιράζεται σε κανάλια συχνοτήτων (30 ΚΗz ανά κανάλι) Επαναχρησιµοποίηση Συχνοτήτων Κάθε κανάλι χρησιµοποιείται από έναν συνδροµητή Συστήµατα 2 ης Γενιάς ίκτυα Κινητής Τηλεφωνίας 2η Γενιά(2G) (1990 - ) Ψηφιακή µετάδοση Υποστήριξη Φωνής και εδοµένων Συστήµατα: GSM, IS-136, IS-95, Κατανοµή Χωρητικότητας Πολυπλεξία FDM- Το εύρος ζώνης µοιράζεται σε κανάλια συχνοτήτων Επαναχρησιµοποίηση Συχνοτήτων Κάθε κανάλι χρησιµοποιείται από 1 συνδροµητές GSM, IS-136: πολυπλεξία TDM IS-95: πολυπλεξία CDMA
GSM (Global System for Mobile Communications) GSM (Global System for Mobile Communications) Ψηφιακή µετάδοση Κωδικοποίηση Φωνής: PCM Αναλογική Κωδικοποίηση: FSK Κατανοµή χωρητικότητας (GSM 900) Εύρος ζώνης 50 ΜΗz frequency bands 25 MHz (Σταθµός Βάσης Κινητό) 25 ΜHz (Κινητό Σταθµός Βάσης) time slots Πολυπλεξία FDM: 124 Κανάλια (channels) 200 KHz κάθε κανάλι Σε κάθε κανάλι, πολυπλεξία TDM (8 χρήστες ανά κανάλι) «Λίγο» πριν την 3 η Γενιά 2,5 G (GPRS, EDGE) 3 η Γενιά (3G) Κινητής Τηλεφωνίας GSM: Ρυθµός µετάδοσης (1 slot/χρήστη) = 9.6 Kbps CSM/GPRS General Packet Radio System Ησυσκευή(ανάλογα µε τις ανάγκες της µετάδοσης) ζητάει περισσότερες από µια χρονοθυρίδες στο κανάλι µετάδοσης Ταχύτητες (στην πράξη): 40-60 Kbps GSM/HSCSD - High Speed Circuit Switched Data Όπως και στο GPRS, µε τη διαφορά ότι οι έξτρα χρονοθυρίδες δεσµεύονται (άρα και χρεώνονται) εκ των προτέρων (κύκλωµα) Έως 43.2 Kbps GSM/EDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution Αλλαγή κωδικοποίησης: κάθε παλµός σήµατος κωδικοποιεί πιο πολλά bit Θεωρητικά έως 384 Κbps Έµφαση στην µεταφορά δεδοµένων σε υψηλές ταχύτητες Οι προδιαγραφές που έθεσε η ITU για την τεχνολογία 3G 2 Mbps για σταθερές συσκευές 384 kbps εν κινήσει (βάδισµα) 144 kbps εν κινήσει (αυτοκίνητο) Πρότυπα (Standards): UMTS (W-CDMA) (Ευρώπη) CDMA 2000 (ΗΠΑ)
Γενιές: Συνοψίζοντας Εξέλιξη των υπηρεσιών δεδοµένων στην Κινητή Τηλεφωνία Γενιά 1G 2G 2.5G 3G Μετάδοση Αναλογική Ψηφιακή Ψηφιακή Ψηφιακή Ρυθµός Μετάδοσης εδοµένων ύσκολος Κανάλια ~800 10* kbps ~800 + 2,500 20 kbps - 144 kbps ~800 + 2,500 144 kbps to 2 Mbps? Κυψέλες/ Επανα- Χρησιµοποίηση Συχνότητας Μεγάλες/ Μέτρια Μικρές/ Υψηλή Βασισµένη σε 2G? *Αρκετά υψηλός για την υπηρεσία Short Message Service (SMS) και τη χρήση Wireless Access Protocol (WAP) ή i-mode Εισαγωγή στο Ηλεκτρονικό Εµπόριο, Ποµπόρτσης Τσουφλάς 2002 WAP (Wireless Application Protocol) Το Μοντέλο WAP (WAP Model) Πρότυπο για τη διασύνδεση χρηστών «κινητών» συσκευών σε υπηρεσίες του Web & του Internet Κινητές Συσκευές «Μικρή» Επεξεργαστική ισχύς, µνήµη, αυτονοµία, οθόνη, περιορσµένες επιλογές εισόδου (input) Υποστήριξη όλων των «κινητών» ασύρµατων τεχνολογιών GSM, CDMA, Μικροί ρυθµοί µετάδοσης (data rate) Υποστήριξη των προτύπων Internet IP, XML, HTML, HTTP Σήµερα: WAP Έκδοση 2.0 WAP Forum: (http://www.wapforum.org/)
Πρότυπα: «Κινητότητα» και Χωρητικότητα Αρχιτεκτονική WAP Αρχιτεκτονικ ή WAP Σταθερή (Fixed) Πρόσβαση Ενσύρµατες (Wired) και Ασύρµατες (Wireless) λύσεις Το πρόβληµα του τελευταίου µιλιού (last mile problem) Παραδοσιακά, οι υπηρεσίες φωνής και δεδοµένων προσφέρονται στον τελικό χρήστη µε ενσύρµατες τεχνολογίες PSTN, ISDN, xdsl, cable, µίσθωση γραµµών (π.χ. T3) Χαλκός (twisted pair, οµοαξονικό, οπτική ίνα) Σύγχρονες Ασύρµατες λύσεις Τεχνολογίες 3G ορυφορική Πρόσβαση Σταθερή Ασύρµατη Πρόσβαση Ασύρµατος Τοπικός Βρόχος (WLL - Wireless Local Loop) WLL = Wireless Local Loop
Σταθερή Ασύρµατη Πρόσβαση Vs 1. Ενσύρµατη σταθερή πρόσβαση Τµήµα τουπληθυσµού δε διαθέτει τηλεφωνική γραµµή Γραµµές «χαµηλής» ποιότητας Μεγάλη Απόσταση από τον κόµβο του Παρόχου 2. Πρόσβαση µε τεχνολογίες Κυψελωτής Τηλεφωνίας 802.16 - WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 1999 Οµάδα Εργασίας IEEE 802.16 Ευρυζωνικές (> 2 Mbps) Συνδέσεις Σταθερής Ασύρµατης Πρόσβασης Πρόσβαση στο ίκτυο Κορµού (του Παροχέα) Εµβέλεια: Μητροπολιτικά ίκτυα Υποστήριξη από βιοµηχανία WiMAX forum (www.wimaxforum.org) Κόστος Σταθερό σηµείο Κατευθυντική (Directional) Μετάδοση Καλύτερη ποιότητα σήµατος και προς τις δυο κατευθύνσεις To Πρότυπο 802.16 Φυσικό Επίπεδο ΑσύρµαταΤοπικά ίκτυα Φυσικό Επίπεδο (1 - Physical Layer) Κωδικοποίηση, Συχνότητες Εκποµπής, Πολυπλεξία Επίπεδο Πρόσβασης ικτύου (2 MAC ή Data link layer) Έλεγχος λαθών, πρόσβαση στο µέσο,
Ενσύρµατα, Ασύρµατα και «Κινητά» δίκτυα BSS 1 ΑσύρµαταΤοπικά ίκτυα Το πρότυπο 802.11 AP Internet hub, switch or router AP Υποδοµή (Infrastructure) Οι ασύρµατοι κόµβοι επικοινωνούν µε ένανσταθµό Βάσης Base Station = Access Point Άµεσης Σύνδεσης (Ad Hoc) Οι Κόµβοι επικοινωνούν µεταξύ τους χωρίς την ύπαρξη ενός σταθµού βάσης BSS 2 802.11b ΑσύρµαταΤοπικά ίκτυα 802.11: Φυσικό Επίπεδο Φάσµα: 2.4-2.485 GHz έως 11 Mbps 802.11a 5-6 GHz range up to 54 Mbps 802.11g 2.4-5 GHz range up to 54 Mbps Αναµένεται: 802.11n Εύρος ζώνης 100Mbps ΑσύρµαταΤοπικά ίκτυα 802.11: Επιλογή ικτύου και Συµµετοχή στο ίκτυο Συµµετοχή στο δίκτυο (Περίπτωση: Infrastructure 802.11b) 1. Οκόµβος «σαρώνει» τις συχνότητες Κανάλια (channels) στο φάσµα 2. Επιλογή ενός AP Όνοµα (SSID) δικτύου 3. (Προαιρετικά): Αυθεντικοποίηση Βάσει διεύθυνσης MAC ή Κωδικού 4. Εκτέλεση DHCP (λήψη διεύθυνσης IP)
Infrastructure WLAN - Παράδειγµα Infrastructure WLAN - Πολλαπλές Κυψέλες Hub/Switch Χρήση διαφορετικών Συχνοτήτων!!! Access Point Server Computer Printer (Large) Infrastructure WLAN Ας ανοίξουµε µια «παρένθεση» Πρωτόκολλα πολλαπλής (τυχαίας) πρόσβασης Περίπτωση: CSMA/CD σε ενσύρµατα τοπικά δίκτυα Internet Hub/Switch Router Hub/Switch LAN 1. Ανίχνευσε Κανάλι; 2. ΑΝ κανάλι σε αργία ΤΟΤΕ 3. Μετάδωσε αµέσως 4. ΑΛΛΙΩΣ_ΑΝ κανάλι κατειληµµένο ΤΟΤΕ 5. GOTO 1. 7. ΤΕΛΟΣ_ΑΝ 8. Ανίχνευσε Κανάλι 9. ΑΝ Σύγκρουση ΤΟΤΕ 10. Σταµάτα Μετάδοση 11. ΤΕΛΟΣ_ΑΝ LAN
«Ιδιαιτερότητες» σε ασύρµατατοπικά ίκτυα (Πολλαπλή Πρόσβαση) A H ιδέα πάνω στην οποία βασίζεται το Ethernet, δε µπορεί να εφαρµοστεί στα ασύρµατα τοπικά δίκτυα!!! Εµβέλεια µετάδοσης,«κινητότητα» (Mobility) Παραδείγµατα (α), (β) Οι B, A, «ακούν» ο ένας τον άλλον Οι B, C, «ακούν» ο ένας τον άλλον C Hidden Terminal Problem B A B C A s signal strength space Εξασθένηση Σήµατος Οι A, C, δεν «ακούν» ο ένας τον άλλον Σύγκρουση στον Β C s signal strength Επίπεδο Πρόσβασης ικτύου 802.11 - Το πρωτόκολλο CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) sender Ανίχνευσε Κανάλι; ΑΝ κανάλι σε αργία ΤΟΤΕ DIFS Μετάδωσε αµέσως ΑΛΛΙΩΣ_ΑΝ κανάλι κατειληµµένο ΤΟΤΕ Μετρητής_Αποχής = Ν_τυχαίος ΑΡΧΗ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ Ανίχνευσε Κανάλι ΑΝ κανάλι σε αργία ΤΟΤΕ Μετρητής_Αποχής Μετρητής_Αποχής -1 ΤΕΛΟΣ_ΑΝ ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ Μετρητής_Αποχής = 0 Μετάδωσε αµέσως ΤΕΛΟΣ_ΑΝ Περίµενε Επιβεβαίωση data ACK receiver SIFS CSMA/CA CSMA/CA µε RTS-CTS Στο προηγούµενο πρωτόκολλο µπορεί ακόµα νασυµβούν συγκρούσεις: Κρυµµένοι (hidden) κόµβοι, ή Όταν 2 Κόµβοι επιλέγουν τον ίδιο µετρητή του χρόνο αποχής Συγκρούσεις = χαµένη χωρητικότητα όσο διαρκεί η µετάδοση! A RTS(A) RTS(A) CTS(A) AP reservation collision CTS(A) B RTS(B) Λύση: Οκόµβος ζητεί άδεια πριν ξεκινήσει τη µετάδοση Σήµατα RTS (Request to Send) και CTS (Clear to Send) (http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma-ca/withhidden.html) time DATA (A) ACK(A) ACK(A) defer
Σχήµα Ad hoc Σχήµα Ad hoc Πολλαπλές Κυψέλες 802.11 LAN STA 1 IBSS 1 STA 3 STA 2 Ad Hoc WLAN (Παράδειγµα: δύο ανεξάρτητες κυψέλες WLAN) Single Cell Multiple Cells WLAN µε ΠολλαπλέςΚυψέλες(ad-hoc) Ραδιοφωνικά Τοπικά ίκτυα To Πρότυπο Bluetooth Master-Slave Relationships and Scatternets De Facto ασύρµατη διασύνδεση Ηλεκτρονικών συσκευών (κινητά, PDA, PC, περιφερειακές συσκευές,...) Μικρή εµβέλεια (10 µέτρα), χαµηλή ισχύς εκποµπής, χαµηλό κόστος, µικρές επιδόσεις (1Mbps) ιασύνδεση έως και 8 συσκευών (σε τοπολογία ad-hoc ) ίκτυα Piconet Έως 8 κόµβοι: 1 Master, 7 Slaves Scatternet: ύο ή περισσότερα Piconets S S P M P S P radius of coverage M Master device S Slave device P Parked device (inactive) P
Frequency Hopping To πρότυπο 802.15 ( Bluetooth) ΑσύρµαταΤοπικά ίκτυα HotSpots Today
HotSpots Tomorrow