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REDES SEM FIOSProf. Amine Berqia
Email : [email protected] : http://w3.ualg.pt/~bamine
Componentes das redes de móvel &
as redes sem fios
UIM MT RAN CN CN
UIM : User Identity Module MT : Mobile TerminalRAN : Radio Access Network CN : Core Network
Interface UIM-MT
UIM MT
UIM-MT ’’Interface ’’ situa-se entre o cartão SIM e o terminal móvel que pode corresponder a diferentes tipos de redes: GSM,
GPRS, UMTS, IEEE802.11
Interface MT-RAN
MT RAN
Interface MT-RAN ligar o terminal móvel
à antena e define como o terminal acede
à antena e reciprocamente.
Interface RAN-CN
RAN CN
Interface RAN-CR refere-se à transmissão da antena
ao primeiro comutador da rede.
Interface CN-CN
CN CN
Interface CN- CN define a tecnologia rede utilizada
para encaminhar as informações.
Redes De Móvel &
Redes Sem Fios
RDM RSF
Um utilizador é definido como utilizador móvel se
o mesmo é capaz de comunicar fora da sua rede de assinatura conservando ao mesmo tempo o mesmo
endereço.
Um sistema chama-se sem fios se o mesmo propõe um
serviço de comunicação totalmente independente das
tomadas murais.
Exemplos de Redes Móveis e/ou Sem fios
Sistema Sem Fios Movel
GSM
UMTS
TCP/IP x x
IP Mobile x
ATM x x
DECT x
Os Sistemas Celulares
GSM : Global System for Mobile communications
GPRS : General Packet Radio Service
EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution
UMTS : Universal Mobile Telecommunications System
GSM 1979: reserva da banda do 900 MHz para as comunicaçoes móveis na Europa por IUT 1980: criação de grupo de trabalho GSM (Groupe
Spécial Mobile) 1992: comercialização real dos primeiros sistemas
GSM
Desde o GSM deixou a sua sigla francesa para a de Global System for Mobile communications e suplantou os sistemas analógicos.
Arquitectura Geral
BSS : Base Station Subsystem MS (Mobile Station) : parte visível do sistema rádio móvel e miniaturisés cada vez mais.
BTS (Base Transceiver Station) : estações básicas, pontos de acesso a rede GSM. Os BTS materializa-se sob a forma de antenas sobre os tectos dos edifícios na cidade ou sobre o bordo da estrada.
BSC (Base Station Controller) : controlador BTS, um BSC gere os canais rádios e BTS aplica as decisões tomadas pelos BSC como o controlo de admissão das chamadas e a gestão dos handovers.
NSS : Network SubSystem MSC (Mobile-services Switching Center) : O MSC é um comutador numérico em modo circuito, que gere todas as comunicações com os móvel sob a sua cobertura.
HLR (Home Location Register) : base de dados de localização nominal na qual são armazenadas todas as informações relativas aos assinantes de uma rede móvel.
VLR (Visitor Location Register) : base de dados de localização Local na qual são armazenadas todas as informações relativas aos utilizadores de uma região específica.
Interface rádio:
Subsídio de frequência: - banda 890-915 Mhz para a direcção ascendente (MT para BTS) -banda 935-960 Mhz para a direcção descendente
(BTS para MT)
Métodos de acesso: FDMA, TDMA, CDMA, F-TDMA…..
FDMAO FDMA é o método de acesso
múltiplo mais utilizado. Esta técnica é mais antiga,
e permite diferenciar os utilizadores por simples uma diferenciação frequencial. Com efeito, para ouvir o
utilizador N, o receptor considera apenas a frequência
fN associado. A aplicação desta tecnologia é bastante simples.
Frequência
Tempo
B
A
C
Ocupado pelo utilizador 2
Ocupado pelo utilizador 1
Livre
Frequency Division Multiple Access
Can
al físico
TDMA
Frequência
Tempo
Ocupado pelo utilizador 2
Ocupado pelo utilizador 1
Livre
Time Division Multiple Access
Canal físico
1 2 3 4 1 2 3 4
O TDMA é um método de acesso que baseia-se na distribuição de
recursos no tempo.
Cada utilizador emite ou transmite num intervalo de tempos concreto
cuja periodicidade é definida pela duração da trama.
Neste caso, para ouvir o utilizador N,
o receptor tem apenas a considerar o intervalo de tempos N associado à
este utilizador.
1, 2, 3,4 Slots
F-TDMAFrequência
Tempo
Frequency Time Division Multiple Access
1 2 3 4 1 2 3 4
B
A
COcupado pelo utilizador 2
Ocupado pelo utilizador 1
Livre
1, 2, 3,4 Slots
CDMA
Tempo
Code Division Multiple Access
LivreCodigo
Frequência
Ocupado pelo utilizador 2
Ocupado pelo utilizador 1
Canal físico
O CDMA é baseado na distribuição por códigos. Com efeito, cada
utilizador é diferenciado do resto dos utilizadores por um código N que lhe foi atribuído no
início da sua comunicação e que é ortogonal ao resto de códigos ligados à outros
utilizadores.Neste caso, para ouvir o utilizador
N, o receptor tem apenas a multiplicar o sinal
recebido pelo código N associado à este utilizador.
Allocação de recursos
Conjunto dos recursos disponíveis = bandwith; Divisão da bandwith em vários conjunto de canais; Multiplexing de várias comunicações sobre a mesma bandwith à ajuda dos métodos de acesso; Vários esquemas de subsídios de recursos:
FCA, DCA, HCA.
FCA
FCA : Fixed Channel Assignment
+ simples e rápido; + atribuição fixa de recursos todas as às estações básicas; -- não permite de gerir a variação brutal e
instantânea do tráfego.
DCA
DCA : Dynamic Channel Assignment
+ concentração dos recursos num grupo comum; + aumentar a capacidade do sistema; -- requer uma importante carga de sinalização.
HCA
HCA : HybridChannel Assignment
+ mistura de FCA e de DCA; -- mistura dos inconvenientes;
Handover
Permite de passar de uma célula ao outro sem corte de comunicação;
É um mecanismo revolucionário responsável do sucesso da telefonia móvel.
Tecnologias 2,5G
HSCSD
GPRS
EDGE Web site Ericsson
HSCSD e GPRS
HSCSD - High Speed Circuit Switched Data GPRS - General Packet Radio Service
Estas novas tecnologias oferecem soluções para aumentar as taxas de dados com relação às redes GSM existentes.
As operadoras de rede querem promover serviços de dados para aumentar as receitas.
HSCSD
O HSCSD é uma tecnologia de comutação de circuitos
Um canal físico é atribuído por toda a duração da chamada
A conexão do canal físico é mantida mesmo se não houver dados sendo transferidos
GPRS
É muito diferente das arquiteturas de redes celulares atuais
Somente é atribuído um canal físico quando for necessário transmitir ou receber dados
Os canais físicos podem ser compartilhados entre diferentes usuários móveis
O GPRS é uma tecnologia de comutação de pacotes
Comutação de circuitos vs pacotes Circuitos
•Cada canal físico é atribuído
•Adequado a..
Aplicações em que o
tempo é crítico
p.ex. videofone
•Complementa..
PSTN e ISDN
•Cobrado por …
O minuto
Pacotes
•Cada canal físico é compartilhado
•Adequado a..
Web browsing
Valores de ações, etc
•. Complementa..
TCP/IP, X25
•Cobrado por ..
O BIT (e QoS)
HSCSD e GPRS vs GSM
Multislot
As unidades móveis GSM convencionais usam umúnico timeslot no
uplink e no downlink para transportar um canal de
tráfego (TCH).
As unidades móveis HSCSD e GPRS podem
transmitir e receber em diversos timeslotsGSM por quadro.
Unico timeslot
GSM + GPRS
PSTN
BSC
GSMBTS
GSMBTS
MSC
PCU
Other nets
GGSN
SGSN
Como promover uma rededa GSM a GPRS?1. For the BSS software upgrade
hardware upgrade
2. New GPRS support nodes (SGSN – GGSN)
Esquemas de Coding de GPRS (1)Coding
SchemeCoded
bitsPunctured
bitsDataRate
(kbps)
Multiple SlotMax.DataRate
(kbps)
CS-1 456 0 9,05 72,4
CS-2 588 132 13,4 107,2
CS-3 676 220 15,6 124,8
CS-4 456 0 21,4 171,2
Max. Per TS Data rate (kbps)
0
5
10
15
20
25
CS-1 CS-2 CS-3 CS-4
KB
its
pe
r S
ec
on
d
GPRS using same physical RF layer as GSM speech
Data is coded into normal bursts (456 bits / 20ms)
Higher data rates per timeslot achieved by removing error protection
Timeslot sharing
BTS
BCCH GPRS GPRS GPRSTCHTCH TCH User rate atCS2 = 40.2 kbps
TCH
A Voice call require the GPRS TS
Timeslot sharing
BTS
BCCH GPRS GPRSTCH TCH TCHTCH User rate atCS2 = 40.2 kbps
TCH
A Voice call takes the GPRS TS
User rate atCS2 = 26.8 kbps
EDGE EDGE = Enhanced Data rates for GSM Evolution
EDGE é uma extensão do HSCSD e GPRS
EDGE define um novo formato de modulação (8PSK) que permite que serviço como o HSCSD e GPRS sejam mais rápidos
Downlink
Uplink
Classe Downlink Uplink
A 8PSK GMSK
B 8PSK 8PSK
BTS MS
Classes do EDGE
Esquemas de Coding da EDGE
Impacto da EDGE em redes existentes de GSM/GPRS
Hardware upgrade to the BSS (new transceiver in each cell) Software upgrade to the BS and BSC No change in the core networks New terminals - Terminal which provides 8PSK in the uplink and the downlink - Terminal which provides GMSK in the uplink and 8PSK in the downlink
SGSNSGSN
GGSNGGSN
GbGb
GnGn
GcGc
GiGi
GsGs
GnGn
HLRHLR
BSCBSC
MSCMSC
PSTN
BTSBTS
BTSBTS
AbisAbis AA
DD
AbisAbis
AA
PDN
NEW
NEWNEW
NEW
NEW
NEW
NEW
NEW
NEW
NEWNEW
NEW
GSM + GPRS + EDGE
Tecnologias 3G
UMTS : Universal Mo Mobile Telecommunications Service
IMT 2000 : International Mobile Telecommunication system
CDMA 2000 : Code Division Multiple Access
W-CDMA : Wideband-Code Division Multiple Access
UMTS
Circuito e Pacote,
Voice : 144kb/s
low-rate data : 384kb/s,
high-rate data : 2Mb/s.
As classes de serviços do UMTS (1)
Classe A (conversational): serviços bidirectivos implicando 2 interlocutores (ou um grupo de pessoa), como a telefonia, visiophonie ou os jogos interactivos...;
TelefoniaVisiophonie …
As classes de serviços do UMTS (2)
Classe B (streaming) : serviços implicando um utilizador e um servidor de dados, como vídeo ao pedido e aplicações de transferência de imagens
Ser
v id o
r
Imagens, Vidéo …
As classes de serviços do UMTS (3)
Classe C (interactivo): serviços nos quais o utilizador mantem um diálogo interactivo com um servidor de aplicações ou de dados, como navegação sobre Internet, transferência de ficheiros por ftp...
Ser
vido
r
Response
Request
As classes de serviços do UMTS (4)
Classes D (background): parentes da classe C à diferença que as informações transmitidas são de prioridades inferiores, como a transferência de telefax ou o serviço de mensagens de tipo SMS...
Ser
vido
r
Dados
Dados
Frequências da 3G
Para os sistemas terrestres (230 MHz) :
1885 – 2025 MHz para a primeira banda 2110 – 2200 MHz para a segunda
Para os sistemas MSS (Mobile Satellite Service) (150MHz) :
1980 – 2100 MHz2170-2200 MHz
Rede UMTS
CN
BRAN UTRANSRAN
AN
CN :Core Network, AN : Access Network, BRAN : Broadband Radio Access Network, SRAN : Satellite RAN, UTRAN : UMTS Terrestrial RAN
CN : noção de domínio
CS domain PS domain
AuC
GMSC HLR GGSN
VLR
MSC
EIR
SGSN
Rede de acesso UTRAN
RNC
Node BNode B
RNC
Node BNode B
RNC
Node BNode B
MH
lub
CS PS Core Network
Rede de acesso
RNC : Radio Network Controller, MH : Mobile Host
Técnicas do Multiplexing : FDD et TDD
tf1
movél rede
tf2
rede movél t
fi
movél rede
rede movél
Multiplex FDD Multiplex TDD
• FDD e TDD estão disponíveis em UMTS
• TDD foram projetados para o uso em áreas elevadas da densidade;
• a taxa a mais elevada :
•TDD-2.048Mb/s
•FDD-384kb/s
Redes Celulares: Sumário
GSM890-915MHz935-960MHz
TDMAGMSK
~ 24kbps
UMTS1885-2025MHz2110-2200MHz
~ 2Mbps
HSCSD<57kpsGPRS~171kbps
EDGEGMSK8PSK<
2G 2,5G 3G
WLAN 1990 : o projecto de lançar uma rede local sem fios é lançado.
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) :
IEEE 802.11 IEEE 802.15
Hiperlan (High Performance Local Area Network) HiperLAN
IEEE 802.11
As frequências situam-se na gama 2,4 GHz;
As comunicações podem fazer-se directamente de terminal à Terminal o passando por uma estação básica.
Os débitos variam de acordo com a técnica de codificação utilizada e a banda espectral da rede.
O rede IEEE 802.11 é Celular
Arquitectura IEEE 802.11
ESS
BSS BSSIBSS
AP AP
AP: Access point, BSS : Basic Set service, ESS : Extented Set Service, IBSS Independent BSS.
Funcionamento do WLAN
Access Port Switch
Ma
in C
orp
ora
te B
ac
kbo
ne Server
Server
Server
iPaq
Notebook
PalmPilot
Mobile Phone
Notebook
If the site is using DHCP, and no additional security – then connection and subsequent IP address allocation is automatic.
WLAN na Europa, Ásia e EU
• Higher density of population
• Higher cellular penetration
• Market dominated by mobile operators
• Bigger reliance on public transportation, smaller homes
• Consumer-oriented wireless data market
• Higher penetration of laptop computers and PDAs
• Higher Internet penetration
• Higher 802.11 penetration
• Airports and hotels as major hotspot locations
• More advanced wireless data applications for business users
Europe and Asia US
Higher density of hotspots
WLAN access as an extension of cellular data access
Larger demand for wireless dataapplications from business users
WLAN access as a substitutefor fixed LAN access
• Higher density of population
• Higher cellular penetration
• Market dominated by mobile operators
• Bigger reliance on public transportation, smaller homes
• Consumer-oriented wireless data market
Europa e Ásia EU
Método de Acesso Dois métodos de acesso fundamentais a nível da camada MAC:
DCF (Distributed Coordination Function) : Utilizado para permitir transferências de dados assíncronas em best esforço; baseado no CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance).
PCF (Point Coordination Function) : Baseado na interrogação polling, controlados pelo ponto de acesso; concebido essencialmente para a ransmissão dos dados sensíveis que pedem uma gestão do prazo.
HiperLAN (1)
ETSI : European Telecommunications Standards Institute
HiperLAN : High Performance Local Area Network
HiperLAN 1 HiperLAN 2 HiperLAN 3 (WLL Wireless Local Loop) HiperLAN 4
HiperLAN (2)
MACCamada
Fisica
5 GHz
23 Mbit/s
HiperLANTipo 1
LAN Sem Fois802
MACCamada
Fisica
5 GHz
23 Mbit/s
HiperLANTipo 2
ATM Sem FoisAcesso Curto alcance
MACCamada
Fisica
5 GHz
20 Mbit/s
HiperLANTipo 3
ATM Sem FoisAcessos a distância
MACCamada
Fisica
17 GHz
155 Mbit/s
HiperLANTipo 4
ATM Sem FoisInterconexão
ATM : Asynchronous Transfer Mode DLC : Data Link controlMAC : Medium Access Control
Arquitectura HiperLAN
CAC : Channel Access Control MAC : Medium Access ControlDLC : Data Link Control OSI : Open Systems Interconnection
Camada Fisica
Camada CAC
Camada MAC
Camada Fisica
Camada Rede
Liaison
Camada Fisica
Camada MAC
Camada DLC
Bluetooth (1)
Nome de um chefe Viking Harald Bluetooth;
Ericsson e um grupo dos vários grandes industriais (IBM, Intel, Nokia, Toshiba...);
1999: o grupo IEEE 802.15 WPAN (Wireless Personal Area Network) ter ser instaurar lugar para normalizar rede dum alcance duma dezena metro;
Três grupos de servicos : A, B e C.
Grupo A
Utilização de banda do espectro sem licença 2,45 GHz;
muito baixo custo para instaurar em lugar e utilização;
Dimensão reduzida;
Modo sem conexão;
Possibilidade superposition com o IEEE 802.11.
Grupo B
Utilização de uma camada MAC (Medium Access Control) até 100 kbit/s;
Possibiltés para todas as máquinas de comunicar entre elas;
Utilização de QoS para autorizar certas aplicações;
Até 10 m de alcance;
Tempo máximo um segundo para se conectar rede.
Grupo C
Segurança da comunicação;
Transmissão do vídeo;
Possibilidade de roaming.
WLAN vs WPAN
WLAN (802.11) para:
- Interagir com infra-estruturas LAN;- Ser utilizado horas ou mesmo dias;- Equipamentos portáteis.
WPAN (802.15) para: - Interagir com equipamentos pessoais;- Ser utilizado segundos ou mesmo alguns minutos;- Equipamentos móveis.
Bluetooth : Piconets (Picoredes)Baseado na utilização de picoredes (piconets) :
Contendo um mestre (iniciador da conexão) que gere as trocas e aos mais 7 escravos activos que podem comunicar. Vários piconets formam um scatternet
mestre
escravo
escravo escravo
escravo
Piconet
Bluetooth : ScatternetsMestreEscravo
Possibilidade de conectar 10 piconets para formar uma rede de 72 aparelhos : 8x10 - 8 e-aparelho que servem de pontes estreitas por conseguinte comuns à 2 picoréseaux. Num piconet, o mestre dá a palavra alternadamente atribuindo tempos de palavra ou slots... a formação de scatternets complexifie o problema.