ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ «ΠΡΟΗΓΜΕΝΕΣ ΔΙΚΤΥΑΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ» “AD HOC ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ” Bάιος Νάσος Γραβάνης Γιάννης Ιούνιος 2002

AD-HOC ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ 1.BLUETOOTH 2.HOMERF 3.HIPERLAN 2 4.IEEE

Τεχνικά Χαρακτηριστικά: Συχνότητα: 5 GHz. Υποστηρίζονται κανάλια των 20ΜΗz με 52 φέροντα (για δεδομένα 48) Ταχύτητα Μετάδοσης: 54 Mbps στο φυσικό επίπεδο και 32 Mbps στο επίπεδο δικτύου Εμβέλεια: από 30 μέχρι 150 m Τεχνολογία Φυσικού Επιπέδου: Διαμόρφωση OFDM MAC: Time Division Multiple Access / Time Division Duplex (TDMA/ TDD) HIPERLAN 2

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Υψηλή Ταχύτητα Μετάδοσης Υπηρεσίες με σύνδεση QoS Αυτόματη Παραχώρηση Συχνοτήτων Ασφάλεια Υποστήριξη Κινητικότητας Προσαρμοστικότητα Οικονομία Ενέργειας

Error Control Αύξηση της αξιοπιστίας της ραδιοζεύξης Radio Link Control Υπηρεσία μεταφοράς για τις μονάδες σηματοδοσίας DLC user Connection Control Ελέγχει και παραχωρεί πόρους για τις συνδέσεις μεταξύ των κόμβων Association Control Function Σχετίζεται με όλες τις διαδικασίες που αφορούν την σύνδεση και αποσύνδεση των κόμβων από το δίκτυο, π.χ πιστοποίηση,κρυπτογράφηση Radio Resource Control Είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο των πόρων του δικτύου Handover DFS MT alive Power save ΣΤΟΙΒΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ

HIPERLAN/2 MAC ΠΛΑΙΣΙΟ Πλαίσιο BCHFCHACHRCHsUL phaseDL phaseDiL phase BCH: Broadcast Channel FCH: Frame Channel ACH: Association Channel RCH: Random CHannel DiL: Direct Link DL: Down Link UL: Up Link

ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΥΓΚΛΙΣΗΣ.. Ethernet Service Specific Convergence Sublayer xxx Service Specific Convergence Sublayer xxx Service Specific Convergence Sublayer Common Part Convergence Sublayer Segmentation and Re-assembly Common Part Packet based Convergence Layer

ΟΙΚΙΑΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ (Home Environment Extension -HEE) Είδη Κόμβων: WT -- Έχουν τη δυνατότητα να επικοινωνούν με τους υπόλοιπους κόμβους άμεσα, χωρίς την επέμβαση του σταθερού δικτύου CC – enabled --Έχουν τη δυνατότητα να δημιουργούν τοπικό δίκτυο αλλά και να λειτουργούν ως απλοί κόμβοι WT

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΚΤΥΟΥ I.Δυναμική επιλογή ως Central Controller (CC) ενός από τους κόμβους με αυτή τη δυνατότητα -- Η μεταβίβαση του CC από ένα κόμβο σε άλλο είναι διαφανής II.Επιλογή στοιχείων συγχρονισμού: συχνότητα (μέσω DFS), δομή πλαισίου, κ.α III.Μετάδοση στοιχείων συγχρονισμού IV.Αποδοχή στοιχείων από κόμβους WT εντός της εμβέλειας του CC – δημιουργία τοπικού δικτύου - ανάθεση 8 bit MAC ID

Σταθερό LAN AP Κεντρικοποιημένος τρόπος Απευθείας τρόπος ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ CC

ΕΙΔΗ AD HOC ΔΙΚΤΥΩΝ  Αποκεντρικοποιημένο -- διαχείριση δικτύου -- σχήμα πρόσβασης στο μέσο Πλεονέκτημα: απλότητα και ευρωστία απέναντι στα σφάλματα Παράδειγμα: IEEE  Κεντρικοποιημένο -- συγκεκριμένες λειτουργίες από συγκεκριμένους κόμβους Πλεονέκτημα: ευκολότερη ικανοποίηση στόχων για QoS Παράδειγμα: ΗIPERLAN/2

AD HOC - HEE Επιλογή CC Mεταβίβαση σε άλλον CC

ΣΕΝΑΡΙΟ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΑΛΜΑΤΩΝ Τερματικό Κεντρικός Ελεγκτής - CC Ενδεχόμενος νέος CC Κόμβος προώθησης

ΒΑΣΙΚΟΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ LID (Lowest ID) LDV (Lowest Distance Value) ICT (Highest-In-Cluster Traffic)

f2 ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΠΑΚΕΤΩΝ f1 f2f2 Κόμβος προώθησης f1 Ts Τw Ts Tw Ts: χρόνος αλλαγής ανάμεσα στις συχνότητες Τw: χρόνος αναμονής μέχρι την έναρξη του επόμενου πλαισίου MAC

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΟΜΑΔΟΠΟΙΗΣΗ Ταυτόχρονοι Στόχοι:  ελάχιστος αριθμός αλλαγών  ελάχιστος αριθμός ομάδων  βέλτιστη παραχώρηση χωρητικότητας  ελάχιστος αριθμός αποτυχημένων συνδέσεων  βέλτιστη δρομολόγηση  εγγυημένη διασύνδεση των ομάδων

ΛΟΓΟΙ ΕΠΑΝΑΟΜΑΔΟΠΟΙΗΣΗΣ Διακοπή λειτουργίας του επιλεγμένου CC Περιορισμοί ισχύος για έναν CC Άσχημες συνθήκες σύνδεσης Περιορισμοί στην χωρητικότητα Νέες ή τερματιζόμενες συνδέσεις Κινητικότητα των σταθμών

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΥΠΟ-ΟΜΑΔΩΝ CC1 CC2 FN2 FN1 (1)(2) ΜΑC πλαίσια Χρόνος απουσίας FN1 (3) Συχνότητες αλλαγής (3) (1) (2) FN: Forwarder Node CC: Central Controller (1): RLC_MT_ABSENCE(3): RLC_MT_ALIVE (2): RLC_MT_ABSENCE_ACK

AD-HOC ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ 1.BLUETOOTH 2.HOMERF 3.HIPERLAN 2 4.IEEE

ΒLUETOOTH (1) “Ανοικτή” προδιαγραφή ασύρματης επικοινωνίας – Εστιάζεται σε κινητές ασύρματες ζεύξεις – Χαμηλού κόστους, μικρής κατανάλωσης ισχύος Επιτρέπει μικρά ασύρματα δίκτυα ad hoc – Piconet 1 master μέχρι και 7 active slaves – Scatternet Επικοινωνία μεταξύ Piconets

Τεχνικά Χαρακτηριστικά: Συχνότητα: 2,4 GHz ( ISM Band). Υποστηρίζονται 79 (ή 23) κανάλια του 1 ΜΗz. Ταχύτητα Μετάδοσης: 1 Mbps Εμβέλεια: μέχρι 10 m με ισχύ 1 mW Τεχνολογία Φυσικού Επιπέδου: Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) με 1600 hops/sec. Διαμόρφωση GFSK MAC: Time Division Multiple Access / Time Division Duplex (TDMA/ TDD) BLUETOOTH (2)

ΟΝΟΜΑΣΙΑ Harald Blaatand “Bluetooth” II – Bασιλιάς της Δανίας μ.Χ – Είχε ενώσει την Δανία και τη Νορβηγία – Είχε φέρει τον Χριστιανισμό στην Σκανδιναβία

ΣΧΕΤΙΖΟΜΕΝΑ ΠΡΟΤΥΠΑ  IrDA: Infrared Data Association – Υπέρυθρες ακτίνες – Μικρές αποστάσεις (~1 μέτρο) – Σημείο προς σημείο, επικοινωνία οπτικής επαφής  b και HomeRF – Περισσότερο εύρος ζώνης – Πιο δαπανηρά – Απαιτούν περισσότερη ισχύ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Ασύρματος υπολογιστής Τα απόλυτα ακουστικά Τηλέφωνο τρία-σε-ένα Διαδραστική διάσκεψη Γέφυρα για το διαδίκτυο - dial up - απευθείας πρόσβαση δικτύου Ο ομιλών φορητός υπολογιστής Αυτόματος συγχρονιστής Στιγμιαία ταχυδρομική κάρτα

ΡΥΘΜΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ/ΑΠΟΣΤΑΣΗ 10K 100K 1M 10M IrDA 1.0 IrDA 1.1 ISM Spread Spectrum w/ Access Point Cellular PCS Satellite Multimedia System Wireless LANs Bluetooth 1,000 Home RF Wireless Modems Ρυθμός δεδομένων bit/sec ? HomeRF Multimedia - TBD AIR W/O Access point AirPort Απόσταση (πόδια)

ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Ασύρματη μονάδα – πομποδέκτης που καθιστά δυνατή την ασύρματη ζεύξη μεταξύ των συσκευών Bluetooth Mονάδα βασικής ζώνης – υλισμικό, που αποτελείται από μνήμη και μία κεντρική μονάδα επεξεργασίας, που αλληλεπιδρά με την ασύρματη μονάδα και τα ηλεκτρονικά της συσκευής στο επίπεδο του υλικού Στοίβα λογισμικού – λογισμικό-οδηγός που καθιστά εφικτή την αλληλεπίδραση του λογισμικού στο επίπεδο των εφαρμογών με την μονάδα βασικής ζώνης Λογισμικό εφαρμογών – Εφαρμόζει την διεπαφή του χρήστη και την συνολική λειτουργικότητα της συσκευής Bluetooth

BLUETOOTH RF Απρόσβλητο από θορύβους και παρεμβολές πομποδεκτών άλλης τεχνολογίας – Υψηλή ταχύτητα αλμάτων συχνότητας (1600 hops/sec) – Μικρά πακέτα δεδομένων – Έλεγχος ισχύος – Διόρθωση λαθών (δεδομένα)

MHz ΑΛΜΑΤΑ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ master slave Συχνότητα Χρόνος

MASTER - SLAVE M S3 S2 S1 Όχι ειδικά προνόμια Συγχρονισμός FHSS Καθορισμός τρόπου FH Καθορισμός φάσης FΗ Μπορεί να έχει και τον ρόλο του slave σε άλλη επικοινωνία

ΤΡΟΠΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (1) active: πάντα ακούει για μεταδόσεις από τον master sniff: γίνεται active περιοδικά hold: σταματά να ακούει για μεταδόσεις για ένα συγκεκριμένο χρονικό δίάστημα park: δεν θεωρείται active αλλά διατηρεί το συγxρονισμό με τον master Σκοπός: 1. Εξοικονόμηση Ενέργειας (και μέσω RSSI) 2. Διαχείριση μεγαλύτερου αριθμού συσκευών

ΤΡΟΠΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (2) Γρηγορότερη Ανταπόκριση Πιο αργή Active Sniff/Hold Park Υψηλότερη Κατανάλωση Ισχύος Χαμηλότερη

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ PICONET AS2 AS3 PS2 AS4 PS1 AS1 SB2 SB1 M Σφαίρα γειτονιάς Piconet M: Master AS: Active Slave PS: Parked Slave SB: Stand-By

AS B4 AS B1 AS A1 AS A3 AS A2 AS B3 AS B2 Master A Master B PS A1 PS B1 PS B2 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ SCATTERNET Piconet A Piconet B

ΣΤΟΙΒΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ (1) application group middleware protocol group middleware protocol group transport protocol group transport protocol group Πραγματικές εφαρμογές με την χρήση των ζεύξεων του Bluetooth Πρωτόκολλα ειδικά ανεπτυγμένα για την ασύρματη επικοινωνία των συσκευών Bluetooth Πρωτόκολλα σχεδιασμένα για να επιτρέπουν στις συσκευές να βρίσκουν τις υπόλοιπες, να δημιουργούν, να διαμορφώνουν και να διαχειρίζονται φυσικές και λογικές ζεύξεις

ΣΤΟΙΒΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ (2) Logical Link Control & Adaptation Protocol Πολυπλεξία Εφαρμογών Κατακερματισμός & Επανασύνδεση Πακέτων Διαπραγμάτευση QoS για ACL Εξομοιωτής Σειριακής Θύρας Telephony Control Protocol Ελέγχει τις τηλεφωνικές κλήσεις Service Discovery Protocol Ανακαλύπτει τις υποστηριζόμενες υπηρεσίες από κάθε γειτονικό κόμβο Link Manager Protocol Παραχώρηση Εύρους Ζώνης Πιστοποίηση Συσκευών Έλεγχος Ενέργειας Μεταφέρει αποκλειστικά φωνή υψηλής ποιότητας

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (1) higher layers and applications link manager and host I/O link controller radio Bluetooth module host Bluetooth device

control ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (2) higher layers and applications link manager and host I/O link controller radio host Bluetooth device carrier generation carrier modulation (data Rx/Tx) Tx power control Tx signal strength radio Over-the-air data (bit stream)

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (3) higher layers and applications link manager and host I/O link controller radio host Bluetooth device clock connection establishment frequency (hop) selection link types (SCO, ACL) medium access control: poll packet types & processing) power modes security algorithms control synchronous data asynchronous data Over-the -air data control

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (4) higher layers and applications link manager and host I/O link controller radio host Bluetooth device link management -security management -power management -QoS management -… transmission scheduling control data units control

Σύγχρονη Υπηρεσία με σύνδεση – SCO -Χρησιμοποιείται για φωνή υψηλής ποιότητας (64 Κbps) -Εξασφαλισμένη πρόσβαση στο μέσο με TDMA/TDD -Προτεραιότητα έναντι οποιασδήποτε άλλης μετάδοσης -Μεθοδολογία μεταγωγής κυκλώματος -Δε χρησιμοποιεί αναμεταδόσεις -Σε κάθε piconet υποστηρίζονται μέχρι 3 συνδέσεις SCO ΕΙΔΗ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ (1)

Ασύγχρονη Υπηρεσία χωρίς σύνδεση – ACL -- Χρησιμοποιείται για μετάδοση δεδομένων -- Χρησιμοποιεί τους εναπομείναντες πόρους από τις SCO συνδέσεις -- Υποστηρίζονται ζεύξεις σημείου προς πολλαπλά σημεία -- Για αξιόπιστη μετάδοση χρησιμοποιείται διόρθωση σφαλμάτων και αναμεταδόσεις ΕΙΔΗ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ (2)

ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ connected: η συσκευή είναι μέρος του piconet standby: η συσκευή δεν συσχετίζεται με κανένα piconet και δεν συμμετέχει σε καμία σχετική ενέργεια inquiry: η συσκευή μαθαίνει την ταυτότητα των γειτονικών συσκευών page: μία συσκευή που είναι και ο master του piconet προσκαλεί μία άλλη συσκευή σε επικοινωνία

standby inquirypage connected ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΚΤΥΟΥ

ΜΟΡΦΗ ΠΑΚΕΤΟΥ 72 b 54 b 0 – 2745 b Κώδικας πρόσβασης Επικεφαλίδα μηνύματος Περιεχόμενο πακέτου

ΚΑΝΑΛΙ FH/TDD master slave 625 μs t t F(k) F(k+1) F(k+2)

ΠΑΚΕΤΑ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΘΥΡΙΔΩΝ F(k) F(k+3) F(k+5) F(k+1) F(k+4) F(k+2) 625 μs

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΜΙΚΤΗΣ ΖΕΥΞΗΣ master slave1 slave2 slave3

Χρήση SCO: Περιορισμένη καθυστέρηση Εξασφαλισμένο εύρος ζώνης και κατ’ επέκταση ρυθμός μετάδοσης Χρήση ACL: Λόγω της ιδιομορφίας της για την κίνηση αυτή γίνεται διαπραγμάτευση κατά την εγκατάσταση της κλήσης μεταξύ των ομότιμων συσκευών Χρήση FH: Μειωμένο BER -- Ένα προβληματικό κανάλι χρησιμοποιείται για ελάχιστο χρόνο μέχρι το επόμενο άλμα στη συχνότητα QoS