Bezicne i mobilne mreze

Адаптирано на основу:Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2004.

Бежичне и мобилне мреже

Бежичне и мобилне мреже 6-2

Бежичне и мобилне мреже

Позадина: број претплатника мобилне телефоније

премашио је број претплатника фиксне телефоније

Преносиви уређаји (паметни телефони, PDA, netbooks) захтевају приступ Интернету

Два основна изазова Комуникација преко бежичног линка Управљање умреженим мобилним

корисницима који мењају своју позицију


Елементи бежичне мреже

Мрежна инфраструкту

ра

Бежични хостови лаптоп, PDA, IP

телефон Могу бити и фиксни

(“бежично” не значи увек и “мобилно”)




ра

Базна станица Обично повезана

на ожичену мрежу Пример: Access

Point код мрежа 802.11 или базна станица код мреже мобилне телефоније




ра

Бежични линк повезује мобилне

уређаје са базном станицом

Користи се и као кичма мреже

Приступом медијуму управљају протоколи за конкуретни приступ

Различити протоци и растојања


Карактеристике изабраних стандарда бежичних веза

384 Kbps384 Kbps

56 Kbps56 Kbps

54 Mbps54 Mbps

5-11 Mbps5-11 Mbps

1 Mbps1 Mbps

802.15

802.11b

802.11{a,g}

IS-95 CDMA, GSM

UMTS/WCDMA, CDMA2000

.11 p-to-p link

2G

3G

У затвореном

10 – 30m

На отвореном

50 – 200m

Средњи домет

200m – 4Km

Дуги домет

5Km – 20Km


Елементи бежичних мрежа


ра

Инфраструктурни режим

Базна станица повезује хостове у жичну мрежу

Мобилни хост може променити базну станицу


Елементи бежичних мрежа

Ad hoc режим Нема базне

станице Чворови

комуницирају унутар домета линка

Чворови се организују међусобно и обављају рутирање


Особине бежичног линкаРазлике у односу на жични линк...

Смањена јачина сигнала: радио сигнал слаби проласком кроз материју

Интерференција са другим изворима стандардизоване бежичне фреквенције (нпр., 2.4 GHz) деле се са другим уређајима (нпр. Телефоном, микроталасном рерном)

Пропагирање по вишеструким путањама : делови радио-таласа се одбијају од различите објекте и земљу, па на одредиште пристижу “замућен” сигнал


Особине бежичне мрежеВише бежичних пошиљалаца и прималаца

ствара додатне проблеме (осим вишеструког приступа):

AB

C

Проблем скривеног терминала:

B, A се чују међусобно B, C се чују међусобно A, C се не чују међусобно,

што значи да нису “свесни” интерференције код В

A B C

Снага сигнала А

удаљеност

Снага сигнала В

Слабљење сигнала: B, A се чују међусобно B, C се чују међусобно A, C се не чују, па се

“сударају” код В


IEEE 802.11 Бежични LAN

802.11b 2.4-5 GHz

нелиценциран спектар

Проток до 11 Mbps

802.11a Опсег 5-6 GHz До 54 Mbps

802.11g Опсег 2.4-5 GHz Проток до 54 Mbps

Користе CSMA/CA за приступ медијуму

Подржавају инфраструктурни и ад-хок режим


802.11 LAN architecture

Бежични хост комуницира са базном станицом Базна станица=

access point (AP) Basic Service Set (BSS)

(тзв. “ћелија”) у инфраструктурном режиму садржи: Бежичног хоста access point (AP) У ad hoc режиму:

само хостове

BSS 1

BSS 2

Internet

hub, switchor routerAP

AP


802.11: Канали, придруживање 802.11b: спектар 2.4GHz-2.485GHz се дели на

11 канала на различим фреквенцијама AP администратор бира фреквенције за AP Интереференција могућа: канал суседног

АР-а може бити исти! хост: мора се придружити AP-а

Скенира канале, ослушкујући оквир за навођење, који садржи име AP-а (SSID) и MAC адресу

Бира AP за придруживање Може се вршити аутентификација Обично добија IP адресу помоћу DHCP-a


IEEE 802.11: вишеструки приступ Потребно избегавати колизије: >2 чвора који

шаљу у исто време 802.11: CSMA – испитује пре емитовања

don’t collide with ongoing transmission by other node

802.11: нема детектовања колизије! Тешко је детектовати долазни сигнал, јер је преслаб Код скривених терминала свакако немогуће

детектовати Циљ: избећи колизије: CSMA/C(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

A’s signalstrength

space

C’s signalstrength


IEEE 802.11 MAC протокол: CSMA/CA802.11 предајник1 ако је канал слободан, чека време

DIFS ондашаље ЦЕО рам (без CD-а)

2 ако је канал заузетпочиње случајно време одступања и

одбројава до 0 и онда емитује ако у међувремену канал буде

заузет, бројач се замрзаваако нема потврде, повећава се

интервал и понавља од 2

802.11 пријемник- ако је примљен рам

враћа ACK после времена SIFS

предајник пријемник

DIFS

data

SIFS

ACK


Избегавање колизија (наставак)идеја: дозволити предајнику да “резервише” канал,

чиме се избегава губитак великих рамова предајник прво шаље мали захтев аз слањем request-

to-send (RTS) базној станици коришћењем CSMA RTS могу такође бити у колизији

Базна станица шаље бродкаст сlear-to-send као одговор

RTS долази до свих чворова предајник шаље податке остале станице одлажу слање

Избегава се колизија великих оквира коришћењем малих

оквира !


Избегавање колизија: размена RTS-CTS

APA B

време

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

колизија RTS

одлагање


framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

802.11 оквир - адресирање

Address 2: MAC MAC адреса ппредајног бежичног хоста или AP-а

Address 1: MAC адреса пријемног бежичног хоста или AP-а

Address 3: MAC адреса рутера на који је повезана AP

Address 4: користи се у ад хок режиму


Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

802.11 frame

R1 MAC addr AP MAC addr

dest. address source address

802.3 frame

802.11 оквир: адресирање


framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

802.11 оквир: наставакрезервисано време (RTS/CTS)

frame seq #(за поуздани ARQ)

тип оквира(RTS, CTS, ACK, data)


hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

802.11: мобилност унутар једне подмреже

router H1 остаје у истој IP

подмрежи: IP адреса остаје иста

промена: којем АР припада H1? самоподешавање :

свич добија оквир из H1 и “памти” на којем порту се налази


Мобилни комутациони центар

Јавна телефонска мрежа или Интернет

Мобилни комутациони центар

Компоненте ћелијске мрежбне архитектуре

повезује ћелије у већу мрежу управља позивом управља мобилношћу

MSC

покрива географску област базна станица (BS) аналогна 802.11 AP мобилни корисници се повезују на мрежу преко BSваздушни интерфејс: физички и datalink слој између корисника и BS

ћелија

ожичена мрежа


Ћелијске мреже: приступне техникеДве основне технике за

дељење радио-спектра комбиновани

FDMA/TDMA: спектар се дели на подопсеге, а подопсези се деле на временске одсечке

CDMA: code division multiple access

frequencybands

time slots


Ћелијске мреже: приступне техникеДве основне технике за

дељење радио-спектра комбиновани

FDMA/TDMA: спектар се дели на подопсеге, а подопсези се деле на временске одсечке

CDMA: code division multiple access

frequencybands

time slots


Code Division Multiple Access (CDMA) Користи се код различитих бежичних

стандарда (мобилни, сателитски пренос) јединствен “код” је додељен сваком

кориснику Сви корисници деле исту фреквенциј, али

сваки поседује различити код (“код за сецкање”), којим кодира податке

Кодирани сигнал = (оригинални податак) X (секвенца “сецкања”)

Декодирање: производ кодираног сигнала и секвенце “сецкања”

Омогућава се да више корисника коегзистира, уколико користе одговарајуће кодове


CDMA Кодирање/Декодирање

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zi,m= di.cmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zi,m

предајникcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputпријемник

code

receivedinput

Di = Zi,m.cmm=1

M

M

М = 8


CDMA: пример са 2 предајника


Ћелијски стандарди: кратак преглед

2G : гласовни канали IS-136 TDMA: комбиновани FDMA/TDMA

(Северна Америка) GSM (global system for mobile

communications): комбиновани FDMA/TDMA најчешће имплементиран

IS-95 CDMA: code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMA/FDMA



2.5 G системи: говор и подаци проширење 2G general packet radio service (GPRS)

настао из GSM-а подаци се шаљу преко више канала

enhanced data rates for global evolution (EDGE) такође настао из GSM, коришћењем побољшане

модулације Date rates up to 384K

CDMA-2000 (phase 1) брзине до 144K настао из IS-95



3G системи: глас/подаци Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS)

корак после GSM-а, користи CDMA CDMA-2000 (Северна Америка, Делови Азије) 3G+

HDSPA (High-Speed Downlink Packet Access) – унапређени UMTS, брзине до 14,4 Mbps


4G системи?? Очекују се:

побољшане технике модулације висока мобилност подршка за IPv6 подршка за мултимедију висока пропусност заснованост искључиво на пакетском

преносу



Шта је мобилност?

опсег мобилности, из мрежне преспективе:

нема мобилности висока мобилност

бежичникорисник, преко AP-a, не мења мрежу

мобилни корисник, прелази из једне у другу мрежу без прекидања TCP конекција

мобилни корисник, повезује се преко DHCP-a, мења мреже


Мобилност: ПојмовиМатична мрежа:(нпр. 128.119.40/24)

Трајна адреса: адреса у матичној мрежи, увек се може користити за контактнпр. 128.119.40.186

матични агент: ентитет који омогућава мобилност, хосту који прелази у другу мрежу

WAN

коресподент


Мобилност: још појмова

Привремена адреса: адреса у посећеној мрежи(e.g., 79,129.13.2)

WAN

Посећена мрежа: мрежа у којој је корисник тренутно (нпр. 79.129.13/24)

Стална адреса: остаје константна (нпр. 128.119.40.186)

страни агент: ентитет у посећеној мрежи, који остварује мобилност

коресподент: хоће да комуницира са мобилним корисником


Мобилност: регистрација

Резултат: Страни агент зна о мобилном кориснику Мобилни агент познаје локацију мобилног корисника

WAN

матична мрежапосећена мрежа

1

мобилни контактира страног агента при ступању у мрежу

2

страни агент контактира матичног агента: “овај мобилни корисник је у мојој мрежи”


Мобилност кроз индиректно рутирање

WAN

матична мрежа

посећена мрежа

3

2

41

коресподент адресира пакет користећи адресу у матичној мрежи

матични агент пресреће пакет и прослеђује га страном агенту

страни агент прослеђује пакет мобилном кориснику

Мобилни корисник директно одговара коресподенту


Мобилни IP

Описан у RFC 3220 поседује многе поменуте појаве:

матичне агенте, стране агенте итд. Три компоненте су стандардизоване:

откривање агента пријављивање матичном агенту индиректно рутирање

Documents

Bezicne i mobilne mreze