Адаптирано на основу:Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2004.
Бежичне и мобилне мреже
Бежичне и мобилне мреже 6-2
Бежичне и мобилне мреже
Позадина: број претплатника мобилне телефоније
премашио је број претплатника фиксне телефоније
Преносиви уређаји (паметни телефони, PDA, netbooks) захтевају приступ Интернету
Два основна изазова Комуникација преко бежичног линка Управљање умреженим мобилним
корисницима који мењају своју позицију
Бежичне и мобилне мреже 6-3
Елементи бежичне мреже
Мрежна инфраструкту
ра
Бежични хостови лаптоп, PDA, IP
телефон Могу бити и фиксни
(“бежично” не значи увек и “мобилно”)
Бежичне и мобилне мреже 6-4
Елементи бежичне мреже
Мрежна инфраструкту
ра
Базна станица Обично повезана
на ожичену мрежу Пример: Access
Point код мрежа 802.11 или базна станица код мреже мобилне телефоније
Бежичне и мобилне мреже 6-5
Елементи бежичне мреже
Мрежна инфраструкту
ра
Бежични линк повезује мобилне
уређаје са базном станицом
Користи се и као кичма мреже
Приступом медијуму управљају протоколи за конкуретни приступ
Различити протоци и растојања
Бежичне и мобилне мреже 6-6
Карактеристике изабраних стандарда бежичних веза
384 Kbps384 Kbps
56 Kbps56 Kbps
54 Mbps54 Mbps
5-11 Mbps5-11 Mbps
1 Mbps1 Mbps
802.15
802.11b
802.11{a,g}
IS-95 CDMA, GSM
UMTS/WCDMA, CDMA2000
.11 p-to-p link
2G
3G
У затвореном
10 – 30m
На отвореном
50 – 200m
Средњи домет
200m – 4Km
Дуги домет
5Km – 20Km
Бежичне и мобилне мреже 6-7
Елементи бежичних мрежа
Мрежна инфраструкту
ра
Инфраструктурни режим
Базна станица повезује хостове у жичну мрежу
Мобилни хост може променити базну станицу
Бежичне и мобилне мреже 6-8
Елементи бежичних мрежа
Ad hoc режим Нема базне
станице Чворови
комуницирају унутар домета линка
Чворови се организују међусобно и обављају рутирање
Бежичне и мобилне мреже 6-9
Особине бежичног линкаРазлике у односу на жични линк...
Смањена јачина сигнала: радио сигнал слаби проласком кроз материју
Интерференција са другим изворима стандардизоване бежичне фреквенције (нпр., 2.4 GHz) деле се са другим уређајима (нпр. Телефоном, микроталасном рерном)
Пропагирање по вишеструким путањама : делови радио-таласа се одбијају од различите објекте и земљу, па на одредиште пристижу “замућен” сигнал
Бежичне и мобилне мреже 6-10
Особине бежичне мрежеВише бежичних пошиљалаца и прималаца
ствара додатне проблеме (осим вишеструког приступа):
AB
C
Проблем скривеног терминала:
B, A се чују међусобно B, C се чују међусобно A, C се не чују међусобно,
што значи да нису “свесни” интерференције код В
A B C
Снага сигнала А
удаљеност
Снага сигнала В
Слабљење сигнала: B, A се чују међусобно B, C се чују међусобно A, C се не чују, па се
“сударају” код В
Бежичне и мобилне мреже 6-11
IEEE 802.11 Бежични LAN
802.11b 2.4-5 GHz
нелиценциран спектар
Проток до 11 Mbps
802.11a Опсег 5-6 GHz До 54 Mbps
802.11g Опсег 2.4-5 GHz Проток до 54 Mbps
Користе CSMA/CA за приступ медијуму
Подржавају инфраструктурни и ад-хок режим
Бежичне и мобилне мреже 6-12
802.11 LAN architecture
Бежични хост комуницира са базном станицом Базна станица=
access point (AP) Basic Service Set (BSS)
(тзв. “ћелија”) у инфраструктурном режиму садржи: Бежичног хоста access point (AP) У ad hoc режиму:
само хостове
BSS 1
BSS 2
Internet
hub, switchor routerAP
AP
Бежичне и мобилне мреже 6-13
802.11: Канали, придруживање 802.11b: спектар 2.4GHz-2.485GHz се дели на
11 канала на различим фреквенцијама AP администратор бира фреквенције за AP Интереференција могућа: канал суседног
АР-а може бити исти! хост: мора се придружити AP-а
Скенира канале, ослушкујући оквир за навођење, који садржи име AP-а (SSID) и MAC адресу
Бира AP за придруживање Може се вршити аутентификација Обично добија IP адресу помоћу DHCP-a
Бежичне и мобилне мреже 6-14
IEEE 802.11: вишеструки приступ Потребно избегавати колизије: >2 чвора који
шаљу у исто време 802.11: CSMA – испитује пре емитовања
don’t collide with ongoing transmission by other node
802.11: нема детектовања колизије! Тешко је детектовати долазни сигнал, јер је преслаб Код скривених терминала свакако немогуће
детектовати Циљ: избећи колизије: CSMA/C(ollision)A(voidance)
AB
CA B C
A’s signalstrength
space
C’s signalstrength
Бежичне и мобилне мреже 6-15
IEEE 802.11 MAC протокол: CSMA/CA802.11 предајник1 ако је канал слободан, чека време
DIFS ондашаље ЦЕО рам (без CD-а)
2 ако је канал заузетпочиње случајно време одступања и
одбројава до 0 и онда емитује ако у међувремену канал буде
заузет, бројач се замрзаваако нема потврде, повећава се
интервал и понавља од 2
802.11 пријемник- ако је примљен рам
враћа ACK после времена SIFS
предајник пријемник
DIFS
data
SIFS
ACK
Бежичне и мобилне мреже 6-16
Избегавање колизија (наставак)идеја: дозволити предајнику да “резервише” канал,
чиме се избегава губитак великих рамова предајник прво шаље мали захтев аз слањем request-
to-send (RTS) базној станици коришћењем CSMA RTS могу такође бити у колизији
Базна станица шаље бродкаст сlear-to-send као одговор
RTS долази до свих чворова предајник шаље податке остале станице одлажу слање
Избегава се колизија великих оквира коришћењем малих
оквира !
Бежичне и мобилне мреже 6-17
Избегавање колизија: размена RTS-CTS
APA B
време
RTS(A)RTS(B)
RTS(A)
CTS(A) CTS(A)
DATA (A)
ACK(A) ACK(A)
колизија RTS
одлагање
Бежичне и мобилне мреже 6-18
framecontrol
durationaddress
1address
2address
4address
3payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seqcontrol
802.11 оквир - адресирање
Address 2: MAC MAC адреса ппредајног бежичног хоста или AP-а
Address 1: MAC адреса пријемног бежичног хоста или AP-а
Address 3: MAC адреса рутера на који је повезана AP
Address 4: користи се у ад хок режиму
Бежичне и мобилне мреже 6-19
Internetrouter
AP
H1 R1
AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr
address 1 address 2 address 3
802.11 frame
R1 MAC addr AP MAC addr
dest. address source address
802.3 frame
802.11 оквир: адресирање
Бежичне и мобилне мреже 6-20
framecontrol
durationaddress
1address
2address
4address
3payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seqcontrol
TypeFromAP
SubtypeToAP
More frag
WEPMoredata
Powermgt
Retry RsvdProtocolversion
2 2 4 1 1 1 1 1 11 1
802.11 оквир: наставакрезервисано време (RTS/CTS)
frame seq #(за поуздани ARQ)
тип оквира(RTS, CTS, ACK, data)
Бежичне и мобилне мреже 6-21
hub or switch
AP 2
AP 1
H1 BBS 2
BBS 1
802.11: мобилност унутар једне подмреже
router H1 остаје у истој IP
подмрежи: IP адреса остаје иста
промена: којем АР припада H1? самоподешавање :
свич добија оквир из H1 и “памти” на којем порту се налази
Бежичне и мобилне мреже 6-22
Мобилни комутациони центар
Јавна телефонска мрежа или Интернет
Мобилни комутациони центар
Компоненте ћелијске мрежбне архитектуре
повезује ћелије у већу мрежу управља позивом управља мобилношћу
MSC
покрива географску област базна станица (BS) аналогна 802.11 AP мобилни корисници се повезују на мрежу преко BSваздушни интерфејс: физички и datalink слој између корисника и BS
ћелија
ожичена мрежа
Бежичне и мобилне мреже 6-23
Ћелијске мреже: приступне техникеДве основне технике за
дељење радио-спектра комбиновани
FDMA/TDMA: спектар се дели на подопсеге, а подопсези се деле на временске одсечке
CDMA: code division multiple access
frequencybands
time slots
Бежичне и мобилне мреже 6-24
Ћелијске мреже: приступне техникеДве основне технике за
дељење радио-спектра комбиновани
FDMA/TDMA: спектар се дели на подопсеге, а подопсези се деле на временске одсечке
CDMA: code division multiple access
frequencybands
time slots
Бежичне и мобилне мреже 6-25
Code Division Multiple Access (CDMA) Користи се код различитих бежичних
стандарда (мобилни, сателитски пренос) јединствен “код” је додељен сваком
кориснику Сви корисници деле исту фреквенциј, али
сваки поседује различити код (“код за сецкање”), којим кодира податке
Кодирани сигнал = (оригинални податак) X (секвенца “сецкања”)
Декодирање: производ кодираног сигнала и секвенце “сецкања”
Омогућава се да више корисника коегзистира, уколико користе одговарајуће кодове
Бежичне и мобилне мреже 6-26
CDMA Кодирање/Декодирање
slot 1 slot 0
d1 = -1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
Zi,m= di.cmd0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
slot 0channeloutput
slot 1channeloutput
channel output Zi,m
предајникcode
databits
slot 1 slot 0
d1 = -1d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
slot 0channeloutput
slot 1channeloutputпријемник
code
receivedinput
Di = Zi,m.cmm=1
M
M
М = 8
Бежичне и мобилне мреже 6-27
CDMA: пример са 2 предајника
Бежичне и мобилне мреже 6-28
Ћелијски стандарди: кратак преглед
2G : гласовни канали IS-136 TDMA: комбиновани FDMA/TDMA
(Северна Америка) GSM (global system for mobile
communications): комбиновани FDMA/TDMA најчешће имплементиран
IS-95 CDMA: code division multiple access
IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000
UMTS
TDMA/FDMA
Бежичне и мобилне мреже 6-29
Ћелијски стандарди: кратак преглед
2.5 G системи: говор и подаци проширење 2G general packet radio service (GPRS)
настао из GSM-а подаци се шаљу преко више канала
enhanced data rates for global evolution (EDGE) такође настао из GSM, коришћењем побољшане
модулације Date rates up to 384K
CDMA-2000 (phase 1) брзине до 144K настао из IS-95
Бежичне и мобилне мреже 6-30
Ћелијски стандарди: кратак преглед
3G системи: глас/подаци Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS)
корак после GSM-а, користи CDMA CDMA-2000 (Северна Америка, Делови Азије) 3G+
HDSPA (High-Speed Downlink Packet Access) – унапређени UMTS, брзине до 14,4 Mbps
Ћелијски стандарди: кратак преглед
4G системи?? Очекују се:
побољшане технике модулације висока мобилност подршка за IPv6 подршка за мултимедију висока пропусност заснованост искључиво на пакетском
преносу
Бежичне и мобилне мреже 6-31
Бежичне и мобилне мреже 6-32
Шта је мобилност?
опсег мобилности, из мрежне преспективе:
нема мобилности висока мобилност
бежичникорисник, преко AP-a, не мења мрежу
мобилни корисник, прелази из једне у другу мрежу без прекидања TCP конекција
мобилни корисник, повезује се преко DHCP-a, мења мреже
Бежичне и мобилне мреже 6-33
Мобилност: ПојмовиМатична мрежа:(нпр. 128.119.40/24)
Трајна адреса: адреса у матичној мрежи, увек се може користити за контактнпр. 128.119.40.186
матични агент: ентитет који омогућава мобилност, хосту који прелази у другу мрежу
WAN
коресподент
Бежичне и мобилне мреже 6-34
Мобилност: још појмова
Привремена адреса: адреса у посећеној мрежи(e.g., 79,129.13.2)
WAN
Посећена мрежа: мрежа у којој је корисник тренутно (нпр. 79.129.13/24)
Стална адреса: остаје константна (нпр. 128.119.40.186)
страни агент: ентитет у посећеној мрежи, који остварује мобилност
коресподент: хоће да комуницира са мобилним корисником
Бежичне и мобилне мреже 6-35
Мобилност: регистрација
Резултат: Страни агент зна о мобилном кориснику Мобилни агент познаје локацију мобилног корисника
WAN
матична мрежапосећена мрежа
1
мобилни контактира страног агента при ступању у мрежу
2
страни агент контактира матичног агента: “овај мобилни корисник је у мојој мрежи”
Бежичне и мобилне мреже 6-36
Мобилност кроз индиректно рутирање
WAN
матична мрежа
посећена мрежа
3
2
41
коресподент адресира пакет користећи адресу у матичној мрежи
матични агент пресреће пакет и прослеђује га страном агенту
страни агент прослеђује пакет мобилном кориснику
Мобилни корисник директно одговара коресподенту
Бежичне и мобилне мреже 6-37
Мобилни IP
Описан у RFC 3220 поседује многе поменуте појаве:
матичне агенте, стране агенте итд. Три компоненте су стандардизоване:
откривање агента пријављивање матичном агенту индиректно рутирање