Ασύρματα Δίκτυα και Κινητές Επικοινωνίες Νίκος Πασσάς passas@di.uoa.gr 210 7275651 Ιστοσελίδα Μαθήματος http://eclass.gunet.gr/TELEGU141/ Ύλη από προηγούμενες χρονιές και σημειώσεις http://dias.aueb.gr/~gcp/03-wnmc.htm

Βασικές Ενότητες του Μαθήματος Εξέλιξη, Γενικές Αρχές Κινητών Επικοινωνιών Βασικές Τεχνικές Δικτύων Πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης Ασύρματα Συστήματα Τεχνολογίας IP Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα - WLANs (Bluetooth, HIPERLAN/2, IEEE 802.11) Τεχνικές Ποιότητας Υπηρεσίας σε WLANs (TCP over wireless, wireless RSVP, 802.11e) Κινητικότητα σε IP δίκτυα (Mobile IP, Cellular IP) Κινητικότητα και ποιότητα υπηρεσίας Συστήματα κινητών επικοινωνιών Συστήματα 2ης γενιάς (GSM, GPRS) Συστήματα 3ης γενιάς (UMTS) WAP Εξέλιξη Δικτύων - Δίκτυα 4ης Γενιάς Αρχιτεκτονικές Τεχνικές υποστήριξης κινητικότητας Ποιότητα υπηρεσίας Παροχή υπηρεσιών Διαλειτουργικότητα 3G/WLAN

Μέρες/Ώρες Σημειώσεις Μαθήματα Φροντιστήριο – Αναπλήρωση μαθημάτων Τετάρτη 17:00-19:00 Πέμπτη 17:00-19:00 Φροντιστήριο – Αναπλήρωση μαθημάτων Δευτέρα 15:00-17:00 (μόνο ύστερα από ανακοίνωση στο προηγούμενο μάθημα) Αίθουσα Α25 Σημειώσεις Tanenbaum, “Δίκτυα Υπολογιστών”, 4η Έκδοση (επιλεγμένα κεφάλαια) Σημειώσεις κ. Πολύζου Διαφάνειες διαλέξεων

Κινητές Επικοινωνίες στις αρχές του 20ου αιώνα 1901: Marconi

Κινητές Επικοινωνίες στις αρχές του 20ου αιώνα 1910: Ericsson & wife Hilda Courtesy of Rich Howard 1924: First mobile radio telephone

Mobile generations Generation 1: Generation 2: Generation 2.5: 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) The first generation mobile network was based on analogue technology and designed for speech service. Data was not very important service that time. The second generation mobile network is based on digital technology and mainly designed for speech service. Data service is secondary and provides only very low capacity data connection. GSM standard does not provide connection to Internet. Instead, GSM can be used as a modem connection to an ISP. The 2.5th generation is actually enhancements for GSM standard to support better data services. For example, better data encoding to carry 14.4 kbps over one time slot, multiple time slots for a single mobile (HSCSD), enhanced data coding over radio (EDGE), and packet oriented Internet access (GPRS). GPRS is the first standard in GSM that specifies standardized method to access Internet.

Mobile generations Generation 3: Generation 4: Generation 5: 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 802.11b, IEEE 802.11a) 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) Third generation mobile network is intended to provide mobile multimedia to mobile terminals. The theoretical capacity that UMTS can provide to a terminal is 2 Mbps transmission capacity but in practice much less. Also, the UMTS network is not designed to cover the entire country, just the hot spots. Therefore, UMTS needs strong co-operation together with the second generation networks. For example, handover between GSM and UMTS radio networks is mandatory as well as support for national roaming. Fourth generation networks are based fully on IP technology. Based on IEEE 802.11 standard family, it only specifies the lower transmission layers, not the whole stack and the services. The same family of standards (IEEE 802.x) have also specifications like 100 Mbps and 1 Gbps Ethernet. Actually WLAN technology is available much earlier than 3rd generation networks. Like 3rd generation networks, also 4th generation networks will not cover the whole country. Typical cell radius of WLAN is tens of meters indoors and some 300 meters outdoors. The fifth generation networks are still much on the level of idea. The key feature is *VERY* high capacity wireless communication for very short distance (few meters).

A Packet-Based Future

Εξέλιξη Τερματικών και Υπηρεσιών 2G 3G 4G «Κλειστή» παροχή υπηρεσίας «Ανοικτή» παροχή υπηρεσίας «Κάθετες» υπηρεσίες Τηλεφωνία Συμπληρωματικές υπηρεσίες Φαξ «Οριζόντιες» υπηρεσίες Βασισμένες στο IP Προστιθέμενη Αξία Java Standard Edition Personal Java Διαφοροποίηση WAP Java Micro Edition TDMA FDD Direct Sequence Frequency Hopping WCDMA TD-CDMA OFDM OFDM TDD

Εξέλιξη επιχειρηματικών μοντέλων 2G 3G 4G Application provider Content provider GSM Operator Service provider Content Aggregator Content provider Service provider UMTS Operator Service provider Content Aggregator Transport provider Transport provider Transport provider Access provider Access provider Access provider Access provider Στατική σύνδεση πρόσβασης και υπηρεσίας Νέος ρόλος για χρηστο-κεντρική παροχή πρόσβασης και υπηρεσιών Mediator Subscriber Subscriber Subscriber User User User

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

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

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

Wireless Standards WAN WLAN Outdoor High performance WLAN Mobility UMTS Wideband Cellular WAN 802.11b HomeRF WLAN Outdoor Fixed Walk Vehicle Indoor Fixed/ Desktop High performance WLAN 802.11a/g H2 GSM, IS-95, D-AMPS Wired LAN Bluetooth 0,1 1 10 100 Mbps (PHY layer)

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

Κινητές Επικοινωνίες και Internet Θα είναι παντού Θα είναι πάντοτε προσβάσιμο Θα είναι πάντοτε ανοιχτό Ο καθένας θα μπορεί να συνδεθεί με οποιαδήποτε συσκευή, οπουδήποτε Θα είναι διάφανο

Κινητές Επικοινωνίες και Internet Το μοντέλο βασίστηκε στην υπόθεση ότι ο τελικός χρήστης, το τερματικό του, και η δικτυακή του διεύθυνση βρίσκονται πάντα στην ίδια θέση και είναι αλληλένδετα!

Κινητές Επικοινωνίες και Internet Προηγμένες δικτυακές τεχνολογίες Gbit/sec Ασύρματη πρόσβαση παντού Ευρυζωνικά δίκτυα πρόσβασης Nomadic/Ubiquitous Computing Ταχύτατη και χωρίς προβλήματα υπηρεσία Internet στον κινητό χρήστη, οπουδήποτε και αν αυτός ταξιδεύει στον κόσμο Έξυπνο Περιβάλλον (Embedded Technologies) Μικροσκοπικές έξυπνες συσκευές εμφυτευμένες στον φυσικό μας περιβάλλον συνδεδεμένες με το Internet

Κινητές επικοινωνίες και έξυπνο περιβάλλον Museum Gallery Άλλοι πίνακες του“Pieter Bruegel the Elder” στην περιοχή Contextual information (From sensor) Location information (From cellular) Positioning Terminal GIS Database OSA Gateway GSM IP Backbone UMTS Location Capability Server The Harvesters (1565) New York Metropolitan Museum of Art

Κυρίαρχη τάση Από την κινητή τηλεφωνία….. στο ….. κινητό Ιnternet Αντιμετώπιση των συνεπειών του «προπατορικού αμαρτήματος» (οι χρήστες δεν κινούνται) του Internet Κεντρικό ρόλο στην εξέλιξη του Internet και τη διάφανη εμφύτευση του κυβερνοχώρου στο φυσικό μας χώρο

Ασύρματη Σύνδεση σε σχέση με Δυνατότητα Κίνησης Ασύρματη Σύνδεση σε σχέση με Δυνατότητα Κίνησης

Τύποι Χρηστών stationary: connected by wires all the time migratory: connected by wires when needed roaming: not connected by wires mobile: migratory or roaming

Σταθερή και Κινητή Επικοινωνία

Σταθερή και Κινητή Επικοινωνία

Bασικός Διαχωρισμός Ασύρματων Δικτύων   Με σημεία πρόσβασης = σταθμούς βάσης κλασσικό παραδειγμα: κυψελωτά δίκτυα (κινητή τηλεφωνία) απ’ ευθείας επικοινωνία μεταξύ τερματικών δεν είναι δυνατή επικοινωνία εξαρτάται από ύπαρξη «υποδομής» (infrastructure) service provider Χωρίς σημεία πρόσβασης: ad-hoc networks επικοινωνία χωρίς «υποδομή» (infrastructure) απ’ ευθείας επικοινωνία μεταξύ τερματικών multi-hop operation

Ad-hoc vs. Infrastructure-based Networking Ad-hoc network no infrastructure self-organizing multi-hop routing (wireless) Infrastructure-based network access point or “base-station” forms “cell” typically: single wireless hop to access point; then, communication over wired infrastructure (possibly until just before the last hop to a wireless station) ad-hoc infrastructure-based hand-off A B