Ειδικά Θέματα Δικτύων ΠΜΣ 556 Δρ. Νίκος Πασσάς Κτίριο NOC – 2oς Όροφος Δρ. Νάνσυ Αλωνιστιώτη Κτίριο ΜΙΘΕ Δρ. Δημήτριος Βαρουτάς Κτίριο Πληροφορικής – Ισόγειο Σελίδα Μαθήματος

Βασικές Ενότητες Πασσάς Εξέλιξη, Γενικές Αρχές Κινητών Επικοινωνιών Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα - WLANs (Bluetooth, HIPERLAN/2, IEEE ) Τεχνικές Ποιότητας Υπηρεσίας σε WLANs (RSVP, e) Κινητικότητα (Mobile IP, Cellular IP) Αλωνιστιώτη Βασική αρχιτεκτονική UMTS Συστήματα παροχής υπηρεσιών Συστήματα αναδιαμόρφωσης (reconfiguration) Συστήματα χρέωσης υπηρεσιών Βαρουτάς Τεχνοοικονομικές μελέτες για δίκτυα κινητών επικοινωνιών

Mobile generations Generation 1: –Analogue mobile phone (e.g., NMT) –Low quality speed, low speed data 2.4 kbps Generation 2: –Digital mobile phone (e.g., GSM) –Digital voice, low speed data (9.6 kbps) Generation 2.5: –Enhanced digital phone (e.g., GPRS, EDGE) –Connection to Internet, higher capacity (10…171.2 kbps, in theory)

Mobile generations Generation 3: Digital multimedia phone (e.g., UMTS) Digital wireless multimedia (144kbps … 2Mbps, in theory) Interoperation with 2G and national roaming Generation 4: High capacity wireless Internet access (e.g., WLAN, IEEE b, IEEE a) IP based communication (2…11 … 54 Mbps) Generation 5: Virtual reality connection to Internet (e.g., next genWLAN) Short range, ultra high capacity wireless Internet access (1 Gbps)

A Packet-Based Future

Εισαγωγή Νέων Οντοτήτων Network Provider User Content Creator Service Provider Content Provider

Satellite Micro-Cell Urban In-Building Pico-Cell Global Suburban Home-Cell Macro-Cell dik Τα Δίκτυα του Μέλλοντος

Global layer National layer Local area layer Wireless LANs DAB and DVB-T 2G, 3G Cellular Personal network layer Satellite Regional layer Wireless PANs IP-based backbone Διασύνδεση σε Επίπεδα

The Internet IP backbone UMTS Broadcast Networks (DAB, DVB-T) Satellite GSM / GPRS IP-based micro-mobility Wireless LANs ISP

Wired LAN High performance WLAN H a/g HomeRF b WLAN Mbps (PHY layer) ,1 Outdoor Fixed Walk Vehicle Indoor Fixed/ Desktop Walk Mobility Wireless Standards UMTS Wideband Cellular WAN GSM, IS-95, D-AMPS Bluetooth

Final Target: Full Heterogeneous networks 2G: GSM+GPRS 3G: UMTS 4G: WLAN No service user’s travel path Capacity ~10 kbps - 1 Gbps Fixed

Wireless IP Society S-UMTS Satellite Broadband DVB DAB GSM GPRS/EDGE DECT IR Broadband W-LAN UMTS Satellite Broadcasting Cellular Indoor xMDS Broadband WFA Wireless Local Loop Body LANs Personal Area Networks UMTS ++ 3rd Generation Local Area Networks `LMDS Bluetooth

Συστήματα 4ης γενιάς

LCS UMTS Network Node B SGSN GGSN SGSN HSS CGF PC Service Manager CAB Services and Users DB Service provision platform SP1 VASs SP2 VASs SP3 SP Network L4+sys A Reconfigurable Platform

Βασικά Προβλήματα του Internet Protocol (IP) 1.Χαμηλή απόδοση σε ασύρματα περιβάλλοντα Περιορισμένοι αλγόριθμοι αποφυγής και διόρθωσης λαθών 2.“Best Effort” (καμία εγγύηση ποιότητας υπηρεσίας – QoS) Έλλειψη μηχανισμού προτεραιοτήτων της κίνησης 3.Έλλειψη υποστήριξης κινητικότητας Η δρομολόγηση γίνεται αποκλειστικά με βάση της IP διεύθυνση η οποία καθορίζει και τη θέση του τερματικού

cwnd

Απώλεια πακέτου λόγω συμφόρησης Μείωση του cwnd Μείωση του φόρτου στο δίκτυο

cwnd

Απώλεια πακέτου λόγω λάθους στο ασύρματο κανάλι Λαμβάνεται από το TCP ως δείγμα συμφόρησης Λανθασμένη μείωση του cwnd Μείωση του φόρτου = χαμηλή χρησιμοποίηση δικτύου

32 bit Source IP address 32 bit Destination IP address Options Source PortDestination Port TCP/UDP IP protocolchecksumTTL IP ID ver.TOStotal length offset IP Header

Interworking of IP networks Internet GPRS WLAN Fixed network GPRS MM Mobile IP Home network Mobile IP Host in Internet Home agent

Απαραίτητες οι επεκτάσεις του IP

Τα WLANs αποτελούν ευέλικτα συστήματα επικοινωνίας δεδομένων σαν επέκταση ή εναλλακτική των σταθερών LANs Τα WLANs αποτελούν ευέλικτα συστήματα επικοινωνίας δεδομένων σαν επέκταση ή εναλλακτική των σταθερών LANs Χρησιμοποιούν τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα για αντικατάσταση των καλωδίων Χρησιμοποιούν τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα για αντικατάσταση των καλωδίων Συνδυάζουν διασυνδεσιμότητα με Συνδυάζουν διασυνδεσιμότητα με κινητικότητα χρήστη και κινητικότητα χρήστη και απλοποιημένη διαμόρφωση του συστήματος απλοποιημένη διαμόρφωση του συστήματος Καλύπτουν συνήθως τα 2 πρώτα επίπεδα του OSI Layer (Physical, Data Link) Καλύπτουν συνήθως τα 2 πρώτα επίπεδα του OSI Layer (Physical, Data Link) Τι είναι τα WLANs

Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι είναι μια ασύρματη επέκταση του Ethernet LAN Βασικά συστατικά του είναι τα Ασύρματα Τερματικά και τα Σημεία Πρόσβασης (Access Points) Βασικά Συστατικά ενός WLAN

Πλεονεκτήματα WLANs Κινητικότητα Κινητικότητα Ταχύτητα και απλότητα εγκατάστασης Ταχύτητα και απλότητα εγκατάστασης Ευελιξία εγκατάστασης Ευελιξία εγκατάστασης Μειωμένο κόστος Μειωμένο κόστος Επεκτασιμότητα Επεκτασιμότητα «Μειονεκτήματα» WLANs Πολλαπλή πρόσβαση Πολλαπλή πρόσβαση Παρεμβολές Παρεμβολές Φυσικά εμπόδια Φυσικά εμπόδια Ασφάλεια Ασφάλεια

Εφαρμογές των WLANs

Νοσοκομεία, λόγω της μεγάλη κινητικότητας των γιατρών και της Νοσοκομεία, λόγω της μεγάλη κινητικότητας των γιατρών και της παράλληλης ανάγκης τους για ανάκτηση ιατρικών δεδομένων παράλληλης ανάγκης τους για ανάκτηση ιατρικών δεδομένων Μικρές ομάδες εργασίας με διαμοιραζόμενες πληροφορίες Μικρές ομάδες εργασίας με διαμοιραζόμενες πληροφορίες Εργαστήρια πανεπιστημίων με συχνές αλλαγές διαμόρφωσης Εργαστήρια πανεπιστημίων με συχνές αλλαγές διαμόρφωσης Ιστορικά κτήρια όπου η εγκατάσταση καλωδίων είναι δύσκολη ή Ιστορικά κτήρια όπου η εγκατάσταση καλωδίων είναι δύσκολη ή αδύνατη αδύνατη Μεγάλες βιομηχανικές μονάδες με τεράστιες ανάγκες Μεγάλες βιομηχανικές μονάδες με τεράστιες ανάγκες καλωδίωσης καλωδίωσης

Desktop WEB Pad Gateway/Router (Access Point) Printer PVR Entertainment Center Inside Laptop PDA Digital TV Phone xDSL Fiber Internet Satellite Cable Terrestrial Outside Παράδειγμα: Ασύρματο Σπίτι

(a) Κυψελωτή-Δομημένη (cellular) (b) Ανεξάρτητη (ad-hoc) (c) Διαχωρισμένη ανεξάρτητη (scatter ad-hoc) Διαρθρώσεις WLANs

Συχνότητες Διαθέσιμες για WLAN

Εναλλακτικές Τεχνικές Μετάδοσης

Στενής Ζώνης (Narrowband) Το τερματικό μεταδίδει και λαμβάνει σε συγκεκριμένη συχνότητα Το τερματικό μεταδίδει και λαμβάνει σε συγκεκριμένη συχνότητα Χρησιμοποιεί όσο το δυνατόν μικρότερο εύρος συχνότητας Χρησιμοποιεί όσο το δυνατόν μικρότερο εύρος συχνότητας Οι παρεμβολές αποφεύγονται μόνο με προσεκτική επιλογή Οι παρεμβολές αποφεύγονται μόνο με προσεκτική επιλογή συχνοτήτων μετάδοσης συχνοτήτων μετάδοσης Χαμηλό κόστος Χαμηλό κόστος Χαμηλή αξιοπιστία και ασφάλεια Χαμηλή αξιοπιστία και ασφάλεια

Φασματικής Εξάπλωσης (Spread Spectrum) Ακριβότερο σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί μεγαλύτερο εύρος Ακριβότερο σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί μεγαλύτερο εύρος ζώνης ζώνης Μεγαλύτερη αξιοπιστία και ασφάλεια Μεγαλύτερη αξιοπιστία και ασφάλεια Αν ο δέκτης δε γνωρίζει τον αλγόριθμο μετάδοσης λαμβάνει τα Αν ο δέκτης δε γνωρίζει τον αλγόριθμο μετάδοσης λαμβάνει τα δεδομένα σα θόρυβο δεδομένα σα θόρυβο Δύο βασικές κατηγορίες: Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS) Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS) Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS) Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS)

FHSS Frequency Slots Time 10-chip code word per "1" data bit Inverted 10-chip code word per "0" data bit DSSS

Υπέρυθρες (Infra-red) Μετάδοση σε πολύ υψηλές συχνότητες - λίγο κάτω από Μετάδοση σε πολύ υψηλές συχνότητες - λίγο κάτω από το ορατό φώς το ορατό φώς Line-of-sight Line-of-sight Για ειδικές εφαρμογές διασύνδεσης Για ειδικές εφαρμογές διασύνδεσης

Wireless LANs 2.4 GHz5 GHz (2 Mbps) b (11 Mbps) g (22-54 Mbps) HiSWANa (54 Mbps) a (54 Mbps) HiperLAN2 (54 Mbps) HomeRF 2.0 (10 Mbps) Bluetooth (1 Mbps) HomeRF 1.0 (2 Mbps) WLAN Standards e (QoS) i (Security) f (IAPP)

Βασικοί Εκπρόσωποι των ΑΤΔ IEEE Αμερικάνικο πρότυπο σχεδιασμένο από την ομώνυμη ομάδα εργασίας της ΙΕΕΕ Bottom-up προσέγγιση Εκκίνηση με ένα απλό, εύκολα υλοποιήσιμο πρότυπο, και στη συνέχεια εξέλιξή του ανάλογα με τις ανάγκες ETSI HIPERLAN/2 Ευρωπαϊκό πρότυπο σχεδιασμένο από τo ETSI Top-down προσέγγιση Σχεδιασμός ενός πλήρους προτύπου από την αρχή, και στη συνέχεια προσπάθεια υλοποίησής του Αποτέλεσμα: Προϊόντα είναι αυτή τη στιγμή διαθέσιμα σε πολύ χαμηλές τιμές, ενώ δεν υπάρχουν αντίστοιχα προϊόντα HIPERLAN/2

 Bluetooth – 1Mbps/2.4GHz  ETSI HIPERLAN/2 – 54Mbps/5GHz  IEEE – 2Mbps/2.4GHz  IEEE b – 11Mbps/2.4GHz  IEEE a – 54Mbps/5GHz  IEEE g – 22Mbps/2.4GHz  IEEE e – Quality of Service Extensions  IEEE f – Inter Access Point Protocol (IAPP)  Mobility (Mobile IP – Cellular IP) Επεκτάσεις φυσικού επιπέδου Οι παρουσιάσεις θα περιλαμβάνουν Εκτός εξετάσεων