IEEE802.11-1 Μαρία Παπαδοπούλη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κρήτης Χειμερινό εξάμηνο 2008-2009 IEEE802.11 ΗΥ335.

Παρουσίαση με θέμα: "IEEE802.11-1 Μαρία Παπαδοπούλη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κρήτης Χειμερινό εξάμηνο 2008-2009 IEEE802.11 ΗΥ335."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 IEEE802.11-1 Μαρία Παπαδοπούλη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κρήτης Χειμερινό εξάμηνο 2008-2009 IEEE802.11 ΗΥ335

2 IEEE802.11-2 Όροι/Σημειογραφία  AP: access point (ασύρματα bridges) ‏  STA: σταθμός (ασύρματος πελάτης) ‏

3 IEEE802.11-3 IEEE 802.11 family  802.11b: Ευθεία ακολουθία ευρέως φάσματος (Direct Sequence Spread Spectrum-DSSS) ή αναπήδηση συχνότητας (Frequency Hopping - FH), λειτουργεί στα 2.4GHz, 11Mbps bitrate  802.11a: μεταξύ 5GHz και 6GHz χρησιμοποιεί ορθογώνια πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας, εώς 54Mbps bitrate  802.11g: λειτουργεί στα 2.4GHz εώς 54Mbps bitrate  Όλα έχουν την ίδια αρχιτεκτονική και χρησιμοποιούν το ίδιο MAC πρωτόκολλο

4 IEEE802.11-4 802.11 άμεση ακολουθία  Χρησιμοποιεί την ακολουθία Barker (11-bit ακολουθία) ‏  Εφαρμόζεται σε κάθε bit του stream με έναν modulo-2 αθροιστή: Όταν κωδικοποιείται το 1, όλα τα bits του εξαπλωνόμενου κώδικα αλλάζουν Όταν κωδικοποιείται το 1, μένουν τα ίδια

5 IEEE802.11-5 OFDM  Σχετικό με το Frequency Division Multiplexing  Διαιρεί την band σε subchannels (ή carriers)  Το καθένα από αυτά τα subchannels είναι ικανό να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση δεδομένων  Χρησιμοποεί πολλαπλά subchannels παράλληλα & εφαρμόζει πολυπλεξία (multiplexing) των δεδομένων πάνω από ένα σύνολο subchannels  OFDM διαλέγει subchannels που επικαλύπτονται αλλά δεν δημιουργούν παρεμβολές το ένα στο άλλο  Βασίζεται στο orthogonality των συνόλων από subchannels  To σύνολο subcarriers για μία μετάδοση έχει το peak του σε ένα subcarrier στην οποία άλλα σύνολα subcarriers για διαφορετικές μεταδόσεις έχουν peak 0

6 IEEE802.11-6 Δίκτυα με αυθαίρετα μεγάλο μέγεθος Chain BSSs μαζί με ένα δίκτυο κορμού (backbone network) ‏ Πολλά APs σε μία περιοχή μπορεί να συνδέονται σε ένα μοναδικό hub ή switch ή μπορεί να χρησιμοποιούν εικονικό LAN Τα APs λειτουργούν σαν bridges Το δίκτυο κορμού είναι μία σύνδεση επιπέδου 2 (επίπεδο ζεύξης) Τα APs έχουν διαμορφωθεί ώστε να είναι μέρος του ΒSS Basic Service Set: το δίκτυο γύρω από ένα AP

7 IEEE802.11-7 Δύο τρόποι λειτουργίας της 802.11 συσκευής  Με υποδομή: Το AP μεσολαβεί για όλη την κυκλοφορία από/προς τον ασύρματο πελάτη του  Ανεξάρτητος (ad hoc): Οι σταθμοί μιλούν απευθείας ο ένας στον άλλο – peer-to-peer μοντέλο

8 IEEE802.11-8 Επικοινωνία μεταξύ των Access Points (Inter- Access Point Protocol IAPP) ‏  Εάν ένας πελάτης συσχετίζεται με ένα ΑP, Όλα τα άλλα APs στο ESS πρέπει να μάθουν για αυτόν τον πελάτη  Εάν ένας πελάτης που συσχετίζεται με ένα AP στείλει ένα πλαίσιο σε ένα σταθμό που συσχτίζεται με διαφορετικό AP, τότε η μηχανή υπεύθυνη για την γεφύρωηση (bridging engine) στο πρώτο AP πρέπει να στείλει το πλαίσιο μέσω του Ethernet κορμού (backbone) στο δεύτερο AP έτσι ώστε να μπορέσει να φτάσει στον τελικό του προορισμό.  Δεν υπάρχει προτυποποιημένη μέθοδος επικοινωνίας Κύρια ασχολία στην ομάδα που ασχολείται με το IEEE802.11 είναι η προτυποποίηση του IAPP

9 IEEE802.11-9 Ένα δίκτυο από κοινωνικότητα Ο 802.11 σταθμός μας (STA) θα ήθελε να  Γίνει μέλος της κοινωνίας (δηλ., ενός δικτύου)  Συζητήσει για λίγο (στείλει και λάβει δεδομένα) ‏  Να πάρει ένας ύπνο (να ξεκουραστεί, μετά να ξυπνήσει)  Πάει μια βόλτα (να περιπλανηθεί σε μια νέα περιοχή)  Leave the network

10 IEEE802.11-10 Βήματα για να γίνει μέλος ενός δικτύου Ανακάλυψη των διαθέσιμων δικτύων (δηλ.ΒSSs) ‏ Επιλογή ενός BSS Ταυτοποίηση με τον BSS Συσχέτιση

11 IEEE802.11-11 Ανακάλυψη δικτύων  Κάθε AP μεταδίδει περιοδικά beacons για να ανακοινώσει την ύπαρξη του Το beacon περιέχει:  H MAC address του AP  Το ρολόϊ του AP  Το διάστημα μεταξύ των beacons (100ms typical) ‏  Όνομα δικτύου (SSID); π.χ. “UoC-1”

12 IEEE802.11-12 Συσχετίσεις  Αποκλειστικές : Μία συσκευή μπορεί να συσχετίζεται με ένα μόνο AP  Ξεκινάει από τον cient: Ο client ξεκινάει τη διαδικάσια συσχέτισης  Το AP μπορεί να επιλέξει να επιβεβαιώσει ή να αρνηθεί την πρόσβαση βασισμένος στο περιεχόμενο της διαδικάσίας συσχέτισης

13 IEEE802.11-13 Λόγοι για άρνηση της πρόσβασης  Μνήμη  Φόρτος κίνησης-Traffic load

14 IEEE802.11-14 Σε κατάσταση υποδομής (infrastructure mode): roaming re-association  Όταν ένας σταθμός αφήνει ένα BSS και εισέρχεται σε ένα άλλο BSS, μπορέι να επανασυσχετιστεί με ένα νέο AP  Αίτημα για επανασυσχέτιση είναι σαν μία συσχέτιση συν: Την MAC address του προηγούμενου AP Το παλιό id συσχέτισης  Το νέο AP μπορεί να επικοινωνήσει με το παλιό AP για να πάρει τα αποθηκευμένα πλαίσια

15 IEEE802.11-15 Σε κατάσταση υποδομής (infrastructure mode): Εγκαταλείποντας το δίκτυο  Εάν ένας σταθμός είναι ανενεργός, το AP μπορεί να τον αποσυσχετίσει αυτόματα 30 sec είναι ένας τυπικός χρόνος για αυτό  Ο σταθμός μπορεί να υποδείξει την ποσυσχετισή του ευγενικά

16 IEEE802.11-16 Συναρτήσεις συντονισμού για πρόσβαση στο κανάλι  Κατανεμημένη Συνάρτηση Συντονισμού Πρόσβαση βασισμένη στη συμφόρηση Ανίχνευση καναλιού (channel sensing) για DIFS ms 4-way handshaking protocol για τη μετάδοση των δεδομένων Διαδικασία υποχώρησης (backoff) ‏  Συνάρτηση συντονισμού σημείου Πρόσβαση χωρίς συμφόρηση

17 IEEE802.11-17 Infrastructure Mode: Σύνδεση σε δίκτυο 1. Ανακάλυψη δικτύων (ενεργών) ‏ 1. Αντί να περιμένουν για beacon, οι clients μπορούν να στείλουν ένα δοκιμαστικό αίτημα που περιέχει Η MAC address του STA Οι υποστηριζόμενοι ρυθμοί δεδομένων του STA Μπορέι να προσδιορίσει ένα SSID για να περιορίσει το ψάξιμο 1. Το AP απαντάει με δοκιμαστικό πλαίσιο

18 IEEE802.11-18 Σε κατάσταση υποδομής (infrastructure mode): Σύνδεση σε δίκτυο 2. Επιλογή δικτύου  Client διαλέγει να συνδεθεί με ένα AP  Κριτήρια Επιλογή του χρήστη Δυνατότερο σήμα Το AP που χρησιμοποιείθηκε πιο πρόσφατα Αναμενόμενο throughput

19 IEEE802.11-19 Σε κατάσταση υποδομής (infrastructure mode): Σύνδεση σε δίκτυο 3. Ταυτοποίηση  ”Ταυτοποίηση” ανοιχτού συστήματος: δεν απαιτείται password  Συχνά συνδυάζεται με φιλτράρισμα της MAC- address  ”Ταυτοποίηση” με shared-key ονομάζεται και “Wired Equivalency Protection”, WEP

20 IEEE802.11-20 Σε κατάσταση υποδομής (infrastructure mode): Σύνδεση σε δίκτυο 4. Συσχέτιση  Ο σταθμός ζητάει συσχετισμό με ένα AP  Το αίτημα περιέχει STA MAC address, AP MAC address, SSID (όνομα δικτύου), Υποστηριζόμενοι ρυθμοί δεδομένων Listen Interval (περιγράφεται αργότερα) ‏

21 IEEE802.11-21 Τώρα έχουμε συνδεθεί στο δίκτυο …  Επόμενο βήμα: αποστολή δεδομένων

22 IEEE802.11-22 Συναρτήσεις ανίχνευσης φέροντος και αποφυγής σύγκρουσης  IEEE 802.11 για την αποφυγή συγκρούσεων  Πολλαπλή πρόσβαση με ανίχνευση φέροντος/ αποφυγή συγκρούσεων- Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) ‏  MAC επίπεδο RTS, CTS, ACK Network allocation vector (NAV) για να εγγυηθεί ότι οι ατομικές λειτουργίες δεν διακόπτονται Διαφορετικοί τύποι καθυστέρησης

23 IEEE802.11-23 RTS/CTS clearing Node 1 Node3 Node 2 (1) RTS (2) CTS (3) Frame (4) ACK Node 1 frame ACK Time Node 2 CTS RTS RTS: δεσμεύει την ραδιο-ζεύξη για την μετάδοση RTS, CTS: Σιγάζει κάθε σταθμό που τους ακούει

24 IEEE802.11-24 Θετική επιβεβάιωση μετάδοσης δεδομένων Node 1Node 2 frame ACK Time Το IEEE802.11 επιτρέπει στους σταθμούς να αποτρέπουν το contention κατα τη διάρκεια ατομικών λειτουργιών έτσι ώστε οι ατομικές ακολουθίες να μην διακόπτονται από άλλα τερματικά συστήματα που προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν το μέσο μετάδοσης

25 IEEE802.11-25 Στέλνοντας ένα πλαίσιο (frame) 1. Ζήτησε άδεια να στείλεις – Καθάρισε για να στείλεις Χρησιμοποιείται για να δεσμεύσει πλήρως τις περιοχές κάλυψης και του αποστολέα και του παραλήπτη 2. Στείλε το πλάισιο 3. Πάρε την επιβεβαίωση

26 IEEE802.11-26 Σε κατάσταση υποδομής (Infrastructure): Στέλνοντας δεδομένα 1. RTS/CTS  Το RTS ανακοινώνει την πρόθεση να στείλει ένα πακέτό, περιλαμβάνει: Την MAC διεύθυνση του αποστολέα Την MAC διεύθυνση του παραλήπτη Την διάρκεια της κράτησης (ms)  Το CTS δείχνει ότι το μέσο είναι διαθέσιμο, περιλαμβάνει: Την MAC διεύθυνση του παραλήπτη Την διάρκεια της κράτησης που απομένει (ms)

27 IEEE802.11-27 Χρησιμοποιώντας το NAV για την διαίσθηση εικονικού φορέα Η πρόσβαση στο μέσο παρατάθηκε RTSFrame CTSACK Sender Receiver NAV DIFS SIFS NAV (RTS) NAV(CTS) SIFS Contention Window Το NAV μεταφέρεται στις επικεφαλίδες του CTS & RTS (e.g.10  s) (eg 4-8KB)

28 IEEE802.11-28 Χρησιμοποιώντας το NAV για την διαίσθηση εικονικού φορέα Κάθε τερματικό σύστημα που λαμβάνει το NAV διεκδικεί την πρόσβαση, ακόμα και αν έχει ρυθμιστεί να είναι σε διαφορετικό δίκτυο

29 IEEE802.11-29 Διαστήματα μεταξύ πλαισίων Δημιούργησε διαφορετικά επίπεδα προτεραιότητας από διαφορετικά είδη κίνησης Η κίνηση υψηλής προτεραιότητας δεν χρειάζεται να περιμένει το μέσο να γίνει αδρανές Η PCF (χωρίς contention) πρόσβαση αποτρέπει οποιαδήποτε κίνηση βασισμένη σε contention Ελάχιστος χρόνος αδράνειας του μέσου για υπηρεσίες βασισμένες στο contention Μικρό διάστημα μεταξύ πλαισίων

30 IEEE802.11-30 Διαστήματα μεταξύ πλαισίων και προτεραιότητα  Οι ατομικές λειτουργίες ξεκινούν σαν κανονικές μεταδόσεις Πρέπει να περιμένουν για το DIFS πριν μπορέσουν να αρχίσουν Όμως το δεύτερο και όποια επακόλουθα βήματα σε μια ατομική λειτουργία μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας SIFS αντί για DIFS Τα δεύτερα και τα επακόλουθα κομμάτια της ατομικής λειτουργίας θα αρπάξουν το μέσο πριν μπορέσει να μεταδοθεί οποιοδήποτε είδους πλαισίου.  Χρησιμοποιώντας το SIFS και το NAV οι σταθμοί μπορούν να αρπάξουν το μέσο όσο τους είναι απαραίτητο

31 IEEE802.11-31 Πρωτόκολλο πρόσβασης στο μέσο 802.11  Κανονίζει την πρόσβαση & χρήση της κοινής ραδιοσυχνότητας  Carrier Sense Multiple Access πρωτόκολλο με αποφυγή συγκρούσεων (CSMA/CA)  Το φυσικό επίπεδο παρακολουθεί το επίπεδο ενέργειας στην ραδιοσυχνότητα και αποφασίζει αν κάποιος άλλος σταθμός μεταδίδει & παρέχει αυτή τη πληροφορία διαίσθησης του φορέα στο MAC πρωτόκολλο  Αν το κανάλι εντοπιστεί ότι είναι απασχολημένο, αναβάλλει την πρόσβασή του μέχρι το κανάλι να γίνει αδρανές  Μόλις το κανάλι εντοπιστεί ότι είναι αδρανές για DIFS, ένας σταθμός υπολογίζει έναν πρόσθετο τυχαίο backoff χρόνο & μετράει αυτόν τον χρόνο όσο διαισθάνεται το κανάλι ότι είναι αδρανές  Όταν ο μετρητής φτάσει το 0, ο σταθμός μπορεί να μεταδώσει Όταν ο λαμβάνων σταθμός έχει λάβει εντελώς ένα πλαίσιο σωστά για το οποίο ήταν ο παραλήπτης στον οποίο απευθυνόταν, περιμένει ένα μικρό χρονικό διάστημα SIFS & μετά στέλνει ένα ACK

32 IEEE802.11-32 Backoff με DCF  Το παράθυρο Contention (ή backoff παράθυρο) ακολουθεί το DIFS  Το παράθυρο χωρίζεται σε χρονικές θυρίδες  Το μέγεθος της θυρίδας είναι ανεξάρτητο από το μέσο  Το μέγεθος του παραθύρου είναι περιορισμένο και εξαρτάται από το μέσο  Τα Hosts διαλέγουν μια τυχαία θυρίδα και περιμένουν για αυτή τη θυρίδα πριν προσπαθήσουν να προσπελάσουν τον μέσο  Όλες οι θυρίδες επιλέγονται ισότιμα  Το Host που επιλέγει την πρώτη θυρίδα (νωρίτερος αριθμός) κερδίζει  Κάθε φορά που αυξάνεται ο μετρητής των προσπαθειών, το παράθυρο contention μεγαλώνει στην επομένη μεγαλύτερη δύναμη του 2

33 IEEE802.11-33 Πρωτόκολλο πρόσβασης μέσου IEEE802.11  Όταν το κανάλι εντοπιστεί ότι είναι απασχολημένο θα αναβάλλει την πρόσβασή του μέχρι να εντοπιστεί το κανάλι αδρανές  Όταν το κανάλι εντοπιστεί να είναι αδρανές για χρόνο DIFS, ο σταθμός υπολογίζει έναν πρόσθετο τυχαίο backoff χρόνο & μετράει αυτόν τον χρόνο όσο το κανάλι εντοπίζεται να είναι αδρανές. Όταν ο τυχαίος backoff χρονομετρητής φτάσει το 0, τότε ο σταθμός μεταδίδει το πλαίσιό του  Η διεργασία Backoff εξασφαλίζει να αποφεύγει να υπάρχουν πολλαπλοί σταθμοί να αρχίζουν να μεταδίδουν ταυτόχρονα με αποτέλεσμα να συγκρούονται

34 IEEE802.11-34 Τα δεδομένα στάλθηκαν …  Επόμενο: Πάρε έναν υπνακο…

35 IEEE802.11-35 Σε κατάσταση υποδομής 1. STA indicates  Τα περισσότερα πλαίσια περιέχουν ένα bit για το χειρισμό της ισχύος (PM) το PM=1 σημαίνει ότι το STA κοιμάται  Το STA υποδεικνύει επίσης το μέγεθος του Listen Interval των «υπνάκων» του (σε χρονικά διαστήματα beacon)  Ανταλλαγές: Υψηλότερο listen interval απαιτεί περισσότερη AP μνήμη για buffering Προβλήματα διαδραστικότητας (Interactivity issues) Τα APs μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτό το feature για να υπολογίσουν τους πόρους που θα χρειαστούν και μπορούν να αρνηθούν συνεργασίες που χρειάζονται εντατικά πόρους

36 IEEE802.11-36 Βασισμένο σε ψηφοφορία (κεντρικοποιημένο) Point Coordination Function (PCF) TDMA σχήμα  Ο Point-coordinator κυκλικά διενεργεί ψηφοφορία σε όλους τους σταθμούς που είναι στο δίκτυο & έχουν προστεθεί στον PC πίνακα ψηφοφορίας  Αναθέτει μια χρονική θυρίδα σε αυτούς στην οποία επιτρέπεται να στέλνουν αποκλειστικά δεδομέναd to send data  «Κατοικεί» μέσα στα APs  Μειονεκτήματα: Υψηλότερο bandwidth σπαταλείται κάτω από κανονικό φόρτο  Διόρθωση: (για την μείωση επιβαρύνσεων για την διενέργεια ψηφοφορίας σε αδρανείς σταθμούς)  Ενσωματομένος Round Robin: δυναμική ταξινόμηση των σταθμών ως απασχολημένους ή διαθέσιμων

37 IEEE802.11-37 Σε κατάσταση υποδομής: Σώζοντας Ενέργεια 1. Το STA υποδεικνύει αν ο χειρισμός της ενέργειας είναι ενεργοποιημένη στο AP και το χρονικό διάστημα ξυπνήματος (waking interval) 2. Το STA πηγαίνει για ύπνο (κλείνει τον ραδιοπομπό) 3. Το STA ξυπνάει μετά, Ακούει για συνθήκες κίνησης (πχ, τα πρώτα 10ms του beacon interval) 4. Το STA μπορεί να ζητήσει buffered πλαίσια 5. Το AP στέλνει buffered πλαίσια Τα βήματα 2-5 επαναλαμβάνονται

38 IEEE802.11-38 Εξοικονόμηση ενέργειας: Βασική αρχή  Όταν ένας ασύρματος κόμβος δεν έχει τίποτα να στείλει ή να λάβει θα αδρανοποιηθεί: θα κλείσει τον MAC επεξεργαστή, τον base-band επεξεργαστή, & τον RF ενισχυτή για να σώσει ενέργεια  Είναι εύκολο σε ένα ασύρματο δίκτυο υποδομής  Τα APs είναι υπεύθυνα για χρονικούς συνδυασμούς (μέσω των beacons)

39 IEEE802.11-39 Σε κατάσταση υποδομής 2. Έλεγχος για κίνηση που περιμένει  Ο σταθμός ξυπνάει για να ακούσει για ένα beacon, το οποίο περιέχει τον Τraffic- Indication Map (TIM)  O TIM είναι ένας χάρτης μεγέθους 2.007 bits  To TIM[j]=1 σημαίνει ότι ο σταθμός με το συσχετισμένο ID=j έχει buffered κίνηση

40 IEEE802.11-40 Σε κατάσταση υποδομής 3. Λήψη buffered κίνησης  Ο σταθμός στέλνει ένα Power-Saving-Poll tγια να δείξει ότι είναι ξύπνιος & ακούει  Το AP στέλνει buffered πακέτα  Ο σταθμός μένει ξύπνιος μέχρι να λάβει όλα τα buffered πακέτα

41 IEEE802.11-41 Πεδίο ελέγχου Πλαισίων Το AP δείχνει ότι υπάρχουν κι άλλα δεδομένα διαθέσιμα και απευθύνονται σε έναν σταθμό που κοιμάται Δείχνει αν η συσκευή κοιμάται

42 IEEE802.11-42 Μέγεθος παραθύρου Contention DIFS Previous Frame 31 slots Αρχική προσπάθεια DIFS Previous Frame 63 slots DIFS Previous Frame 127 slots 1 st retransmission 2 nd retransmission DIFS Previous Frame 3 rd retransmission 255 slots Το παράθυρο contention ξαναρυθμίζεται στο ελάχιστο μέγεθος τουόταν τα πλαίσια μεταδίδονται επιτυχώς, ή ο σχετικός μετρητής προσπαθειών φτάνει στο τέλος & το πλαίσιο πετάγεται Χρόνος θυρίδας:20μs

43 IEEE802.11-43 Fragmentation burst