Ασύρματα LAN Κινητικότητα Πολυπλοκότητα Δυσκολία καλωδίωσης

Παρουσίαση με θέμα: "Ασύρματα LAN Κινητικότητα Πολυπλοκότητα Δυσκολία καλωδίωσης"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ασύρματα LAN Κινητικότητα Πολυπλοκότητα Δυσκολία καλωδίωσης
Περιορισμένο κόστος στα ενσύρματα δίκτυα Βελτιωμένη επίδοση στα ασύρματα συστήματα ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

2 Χρήσεις ασυρμάτων LAN Επέκταση LAN Διασύνδεση μεταξύ κτιρίων
Νομαδική πρόσβαση Δίκτυα Ad Hoc Μπορεί να συνυπάρχουν με ενσύρματα συστήματα ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

3 Προβλήματα ασυρμάτων LAN
Σε ένα ενσύρματο LAN (ethernet) ένας Η/Υ μεταδίδει μόνο όταν ο αιθέρας είναι αδρανής. Ανάκλαση ραδιοκυματικών σημάτων σε συμπαγή αντικείμενα και να ληφθεί πολλές φορές (εξασθένηση πολλαπλών διαδρομών-multipath fading). Μεγάλος όγκος λογισμικού δεν γνωρίζει τίποτα σχετικά με τη μεταφερσιμότητα των Η/Υ (π.χ. λίστα εκτυπωτών). Μετακίνηση ενός Η/Υ από ένα σταθμό βάσης σε άλλο σταθμό βάσης. ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

4 Περιορισμοί Κατανομή συχνοτήτων, περιοχή εξυπηρέτησης
Παρεμβολές και αξιοπιστία Ασφάλεια επικοινωνίας Κατανάλωση ισχύος Ασφάλεια χρηστών Κινητικότητα (διαπομπή/περιαγωγή) Διέλευση ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

5 Η στοίβα πρωτοκόλλων ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

6 Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα
Αριθμός ταλαντώσεων ενός κύματος ανά δευτερόλεπτο (συχνότητα - frequency) Hz H απόσταση ανάμεσα σε δύο διαδοχικά μέγιστα ή ελάχιστα του κύματος λέγεται μήκος κύματος wavelenght λ (συνήθως σε μέτρα) Όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός (c), Σχέση λf=c Η ποσότητα πληροφοριών που μπορεί να μεταφέρει ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα σχετίζεται με το εύρος ζώνης (λίγα bits ανά Hz στις χαμηλές συχνότητες, μέχρι και 8 bits ανά Hz) Με δεδομένο το πλάτος μιας ζώνης μηκών κύματος Δλ, μπορούμε να υπολογίσουμε την αντίστοιχη ζώνη συχνοτήτων Δf και από εκεί μπορούμε να βρούμε το ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που μπορεί να υποστηρίζει η ζώνη. Δf= c Δλ/λ2 Όσο ευρύτερη είναι η ζώνη τόσο ψηλότερος είναι ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων που μπορεί να υποστηρίξει η ζώνη ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

7 Ραδιοκύματα (κατανομή συχνοτήτων ISM …να αναφερθεί)
Μη κατευθυντικά. Διανύουν μεγάλες αποστάσεις Διεισδύουν εύκολα σε κτίρια Στις χαμηλές συχνότητες: τα ραδιοκύματα διαπερνούν άνετα τα εμπόδια αλλά μειώνεται η ισχύς τους με την απόσταση Στις ψηλές συχνότητες: τείνουν να ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές και να ανακλώνται στα εμπόδια (απορρόφηση από το νερό) ΠΡΟΒΛΗΜΑ 1: Παρεμβολές ανάμεσα στους χρήστες ΠΡΟΒΛΗΜΑ 2: Εξασθένηση πολλαπλών διαδρομών ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

8 ΙΕΕΕ 802.11 – Φυσικό Στρώμα ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ
Υπέρυθρη ακτινοβολία (τηλεχειριστήριο τηλεόρασης) 1Μbps και 2Mbps Διάχυτη (όχι σε ευθεία γραμμή) 0,85 ή 0,95 mHz (το φως του ήλιου εξαφανίζει τα υπέρυθρα σήματα) Τα υπέρυθρα σήματα δεν μπορούν να διαπεράσουν τους τοίχους έτσι οι κυψέλες που βρίσκονται σε διαφορετικά δωμάτια είναι καλά απομονωμένες η μία από την άλλη. Εξάπλωση φάσματος με συνεχή αλλαγή συχνότητας (FHSS-Frequency Hopping Spread Spectrum) 79 κανάλια, εύρος 1 MHz, ξεκινώντας από 2.4 GHz ISM Band Γεννήτρια τυχαίων αριθμών για την επιλογή για την παραγωγή της ακολουθίας συχνοτήτων στις οποίες μεταβαίνουν διαδοχικά οι σταθμοί. (seed) Χρόνος παραμονής Περιορισμένη ασφάλεια, εξασθένηση πολλαπλών διαδρομών, παρεμβολές Χαμηλό εύρος ζώνης Απλωμένου φάσματος άμεσης ακολουθίας (DSSS-Direct Sequence Spread Spectrum) (εξάπλωση φάσματος σε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων) 2.4 GHz ISM Band Μέχρι 7 δίαυλοι Κάθε δίαυλος 1Mbps ή 2Mbps Κάθε bit μεταδίδεται ως 11 θραύσματα ακολουθία barker ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

9 ΙΕΕΕ a – Φυσικό Στρώμα Ορθογώνια Πολύπλεξη με διαίρεση Συχνότητας (Orthogonal Frequency Division Multiplexing (IEEE a) 5,4 ISM BandGHz 54Μbps. Διαίρεση του φάσματος σε πολλές στενές ζώνες 52 συχνότητες, 48 για δεδομένα και 4 για συγχρονισμό Ταυτόχρονες μεταδόσεις σε πολλαπλές συχνότητες (CDMA, FHSS) High Rate DSSS (IEEE b, Wi-Fi) 2.4 GHz ISM Band ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων είναι 1, 2, 5,5 και 11 bps. Κάθε δίαυλος 11Mbps OFDM (IEEE g) 54Mbps ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

10 Αρχιτεκτονική ΙΕΕΕ 802.11b Δίκτυο με υποδομή
Basic Service Set (BSS) περιέχει: Ασύρματους host Access point (AP): σταθμός βάσης Τα BSS συνδυάζονται ώστε να σχηματίζουν ένα extended service set, (ESS) ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

11 Τύποι σταθμών Χωρίς μεταβάσεις Μετακινούμενοι μεταξύ BSS
Κινούνται μεταξύ BSS μέσα σε ένα μόνο ESS Μετακινούμενοι μεταξύ ESS Από ένα BSS ενός ESS σε BSS άλλου ESS Πιθανή η διακοπή εξυπηρέτησης ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

12 Στοιχεία ενός ασύρματου δικτύου
handoff: ένας κινητός host μετακινείται πέρα από την εμβέλεια ενός σταθμού network infrastructure ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

13 Δίκτυα Ad Hoc Δίκτυο Ad Hoc: οι σταθμοί IEEE μπορεί να σχηματίζουν δυναμικά ένα δίκτυο χωρίς AP Εφαρμογές Συνάντηση με «φορητούς υπολογιστές» σε αίθουσα συνεδριάσεως Διασύνδεση «προσωπικών» συσκευών Πεδίο μάχης ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

14 Πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC στο 802.11
Στο ethernet ο σταθμός περιμένει μέχρι ο αιθέρας να γίνει σιωπηλός και μετά αρχίζει να μεταδίδει. α) Πρόβλημα κρυφού σταθμού β) Πρόβλημα εκτεθειμένου σταθμού ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

15 Πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC στο 802.11
Καταστάσεις λειτουργίας Κατανεμημένη Λειτουργία Συντονισμού (DCF-Distributed Coordination Function). Δεν χρησιμοποιεί κάποιο είδος κεντρικού ελέγχου. Υποχρεωτική Σημειακή Λειτουργία Συντονισμού (PCF-Point Coordination Function). Σταθμός βάσης έλεγχος όλων δραστηριοτήτων στην κυψέλη. Προαιρετική. ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

16 Πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC στο 802.11
Δεν εφαρμόζεται collision detection H ταυτόχρονη εκπομπή και λήψη κοστίζει περισσότερο Ακόμη και αν υπήρχε CD, μπορεί να υπάρχει σύγκρουση στο δέκτη και να μην το ξέρει ο πομπός Πρόβλημα κρυμμένου τερματικού: τα Α, C δεν μπορεί να ακούσουν το ένα το άλλο Εμπόδια, εξασθένηση σήματος Συγκρούσεις στο Β Στόχος: αποφυγή συγκρούσεων στο Β ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

17 Πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC στο 802.11
CSMA/CA Όταν ένας σταθμός θέλει να μεταδώσει ανιχνεύει το κανάλι Αν είναι αδρανές αρχίζει με μεταδίδει Στέλνει όλο το πλαίσιο (εάν υπάρχουν παρεμβολές στο κανάλι – καταστραφεί) Αν κανάλι απασχολημένο Αποστολέας αναβάλει μέχρι αδρανές, τότε μεταδίδει Δυαδική οπισθοχώρηση MACAW (Ανίχνευση του εικονικού καναλιού) ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

18 Πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC στο 802.11
Το NAV (Network Allocation Vector) λειτουργεί σαν χρονόμετρο. Μόλις τεθεί στην τιμή του πεδίου διάρκειας του RTS/CTS θα υποδηλώνει πόσος χρόνος απομένει μέχρι το μέσο να ελευθερωθεί από την τρέχουσα μετάδοση. Όσο περνάει ο χρόνος το NAV μειώνεται και μόλις γίνει μηδέν , ο σταθμός θα ανιχνεύσει φυσικά, το μέσο για να επιχειρήσει μετάδοση. ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

19 Πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC στο 802.11
Μεγάλα πλαίσια ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

20 Point Coordination Function
Σταθμός βάσης: περιόδευση (ρωτώντας αν έχουν πλαίσια προς αποστολή) Δεν συμβαίνουν συγκρούσεις Το πρότυπο δεν περιγράφει: σειρά, συχνότητα περιόδευσης, ίδια εξυπηρέτηση Μηχανισμός Σταθμός βάσης περιοδικά ένα πλαίσιο φάρου (beacon frame) Εγγραφή νέων σταθμών Εγγυημένο ποσοστό του εύρους ζώνης (ποιότητα υπηρεσιών) ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

21 PCF & DCF ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

22 Διαστήματα IFS O χρόνος μεταξύ του τελευταίου συμβόλου του προηγούμενου frame και του πρώτου συμβόλου του επόμενου frame . SIFS (Sort Inter Frame Space). Χρησ/ται για να δώσει στα δύο άκρα μιας συνδιάλεξης την ευκαιρία να μεταδώσουν πρώτα. Τα ακόλουθα πλαίσια χρησιμοποιούν τα διαστήματα SIFS : ACK ( Acknowledgments) CTS / RTS (Clear To Send / Ready To Send ) PIFS (Point Coordination IFS). Επιτρέπει σε ένα σταθμό που στέλνει ένα πλαίσιο η μία ακολουθία θραυσμάτων να ολοκληρώσει το πλαίσιο του χωρίς να μπεί κανείς άλλος στη μέση. Το γεγονός αυτό δίνει την δυνατότητα στους PCF σταθμούς να έχουν μεγαλύτερη προτεραιότητα από τους DCF σταθμούς . Ισχύει ή σχέση : PIFS = SIFS + Slot_Time ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

23 Διαστήματα IFS DIFS (Distributed Coordination IFS).
Κάθε σταθμός μπορεί να προσπαθήσει να καταλάβει το κανάλι για να στείλει ένα νέο πλαίσιο. Επειδή το DIFS είναι μεγαλύτερο από το PIFS δίνει στα πλαίσια του μηχανισμού PCF μεγαλύτερη προτεραιότητα από τα πλαίσια του μηχανισμού DCF EIFS (Extended IFS). Το EIFS είναι το μεγαλύτερο από όλα τα IFS και χρησιμοποιείται από ένα σταθμό ο οποίος έλαβε ένα πακέτο το οποίο δεν μπορούσε να καταλάβει και χρησιμοποιείται για να εμποδίσει τον σταθμό ( ο οποίος δεν μπορούσε να καταλάβει το πεδίο του Virtual Carrier Sense ) να συγκρουστεί με ένα άλλο πακέτο . ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

24 ΙΕΕΕ 802.11 MAC: CSMA/CA 802.11 CSMA: εκπομπή 802.11 CSMA λήψη:
Εάν ο δίαυλος είναι αδρανής για DISF sec. Τότε στέλνεται ένα πλαίσιο (δεν ανιχνεύεται σύγκρουση) Εάν ο δίαυλος είναι κατειλημμένος τότε γίνεται δυαδική οπισθοχώρηση CSMA λήψη: Εάν το πλαίσιο ληφθεί σωστά αποστέλλεται ACK μετά από SIFS sec ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

25 ΙΕΕΕ 802.11 Πρωτοκόλλο MAC IEEE 802.11 CSMA/CA:
Το πλαίσιο έχει πεδίο που δείχνει τη διάρκεια μετάδοσης Αυτό επιτρέπει στους άλλους σταθμούς να καθορίζουν τον ελάχιστο χρόνο αποχής NAV (NEtwork Allocation Vector) Οι υπόλοιποι σταθμοί που ακούν, δεν επιχειρούν πρόσβαση για χρονικό διάστημα NAV ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

26 Αποφυγή συγκρούσεων: ανταλλαγή RTS-CTS
CSMA/CA με σαφή κράτηση του διαύλου Πομπός: στέλνει RTS (request to send) Δέκτης: απαντά με (Clear to send) Το CTS κρατάει το δίαυλο για το πομπό, ειδοποιώντας τους (τυχόν κρυμμένους) σταθμούς Αποφυγή συγκρούσεων λόγω κρυμμένων σταθμών ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

27 Αποφυγή συγκρούσεων: ανταλλαγή RTS-CTS
μικρότερη πιθανότητα σύγκρουσης, μικρότερης διάρκειας Αποτέλεσμα παρόμοιο με την ανίχνευση σύγκρουσης ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

28 Δομή πλαισίων ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

29 Χαρακτηριστικά ασύρματων δικτύων
200 802.11n 54 802.11a,g 802.11a,g point-to-point data 5-11 802.11b (WiMAX) 4 3G cellular enhanced UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO Data rate (Mbps) 1 802.15 .384 UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G .056 IS-95, CDMA, GSM 2G Indoor 10-30m Outdoor 50-200m Mid-range outdoor 200m – 4 Km Long-range outdoor 5Km – 20 Km ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

30 Bluetooth (802.15) Ασύρματη τεχνολογία δικτύωσης, μικρής εμβέλειας
10-100m Ισότροπη εκπομπή Συνδέει μικροσυσκευές GHz ζώνη χωρίς άδειες Μέχρι 721 kbps Παρεμβολές από ασύρματα LAN, ψηφιακά ασύρματα τηλέφωνα, φούρνους μικροκυμάτων: Frequency hopping ΤΟ πρωτόκολλο MAC υποστηρίζει: Forward error detection ARQ Κάθε κόμβος έχει μια διεύθυνση 12-bit ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

31 802.15: personal area network (PAN)
Διάμετρος λιγότερη από 10 m Αντικατάσταση καλωδίων (mouse, keyboard, headphones) ad hoc: Master (κύριοι) /7 slaves (υπηρέτες): Οι υπηρέτες αιτούνται άδειας από τους mastersγια να εκπέμψουν (to master) (σχετικά χαζοί) master αποδέχεται τις αιτήσεις Parked σταθμοί (μέχρι 255) TDM (ποια συσκευή θα επικοινωνήσει σε ποια χρονική στιγμή) P S P radius of coverage M S S P P M S Master device Slave device Parked device (inactive) P ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

32 Bluetooth:Στοίβα πρωτοκόλλων
Στρώμα εφαρμογής Στρώμα middleware Στρώμα ζεύξης δεδομένων Φυσικό Στρώμα ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

33 Bluetooth:Στοίβα πρωτοκόλλων
RF: καθορίζει την ασύρματη μετάδοση bit από το Μ στον S Baseband: καθορίζει τον έλεγχο ζεύξης σε επίπεδο bit και πλαισίου (κωδικοποίηση, κρυπτογράφηση, πήδημα συχνοτήτων). LMP: διαμορφώνει τις ζεύξεις προς τις άλλες συσκευές (πιστοποίηση αυθεντικότητας, κρυπτογράφηση, κατάσταση των μονάδων στο piconet, προγραμματισμό κίνησης, μορφή πακέτου) L2CAP (Logical link control adaptation protocol): παρέχει υπηρεσίες με σύνδεση και χωρίς σύνδεση στα ανώτερα στρώματα. Δέχεται πακέτα μέχρι 64κΒ από τα ανώτερα επίπεδα και τα τεμαχίζει σε πλαίσια για μετάδοση, διαχειρίζεται την πολύπλεξη και αποπολύπλεξη πολλαπλών πηγών πακέτων, απαιτήσεις για ποιότητα υπηρεσιών SDP: service discovering protocol TCS: telephony control signalling RFCOMM: emulation των σημάτων ελέγχου και των δεδομένων RS-232 πάνω από την ζώνη διέλευσης του bluetooth ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

34 Δομή πλαισίων του Bluetooth
Προσδιορίζει τον κύριο έτσι ώστε οι υπηρέτες που βρίσκονται στη εμβέλεια δύο κύρίων να αποφασίσουν ποια κίνηση προορίζεται για αυτούς Τυπικά πεδία MAC Ακολουθία Ποια από τις ενεργές συσκευές προορίζεται ACL, SCO, περιόδευση, κενό Δεν μπορεί να δεχτεί άλλα δεδομένα ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

35 802.16: WiMAX 802.11: base station model
point-to-point 802.11: base station model transmissions to/from base station by hosts with omnidirectional antenna base station-to-base station backhaul with point-to-point antenna unlike : range ~ 6 miles (“city rather than coffee shop”) ~14 Mbps point-to-multipoint ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

36 802.16: WiMAX: downlink, uplink scheduling
transmission frame down-link subframe: base station to node uplink subframe: node to base station pream. DL- MAP UL- DL burst 1 SS #1 burst 2 burst n Initial maint. request conn. downlink subframe SS #2 SS #k uplink subframe … base station tells nodes who will get to receive (DL map) and who will get to send (UL map), and when WiMAX standard provide mechanism for scheduling, but not scheduling algorithm ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

37 The 802.16 Protocol Stack The 802.16 Protocol Stack.
ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

38 Το περιβάλλον μετάδοσης του 802.16
Το Φυσικό επίπεδο του Το περιβάλλον μετάδοσης του ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

39 Το Φυσικό επίπεδο του 802.16 (2)
Frames and time slots for time division duplexing. ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

40 The 802.16 MAC Sublayer Protocol
Service Classes Constant bit rate service Real-time variable bit rate service Non-real-time variable bit rate service Best efforts service ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

41 (a) Ένα γενικό πλαίσιο (b)’Ένα πλαίσιο αίτησης εύρους ζώνης.
The Frame Structure (a) Ένα γενικό πλαίσιο (b)’Ένα πλαίσιο αίτησης εύρους ζώνης. ποιο από τα κλειδιά κρυπτογράφησης χρησ/ται Ωφέλιμο φορτίο είναι κρυπτογραφημένο ή όχι Παρουσία ή απουσία αθροίσματος ελέγχου ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ