Reti wireless e mobili6-1 Capitolo 6: Reti Wireless e Mobili Premessa: # telefoni cellulari è...

Reti wireless e mobili 6-1

Capitolo 6: Reti Wireless e Mobili

Premessa: # telefoni cellulari è maggiore del numero

di telefoni fissi! accesso a Internet in ogni luogo e in ogni

momento (ubiquitous computing): laptops, palmtops, PDAs, telefoni cellulari

due aspetti importanti (ma differenti)o communicazione in un canale wireless o gestione di utenti mobili (che cambiano il punto

di collegamento con la rete)


Capitolo 6: sommario

Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali

Wireless, o CDMA

IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)

Cellular Internet Accesso architetturao standard (es. GSM)

Mobilità Principi:

indirizzamento e routing per utenti mobili

Mobile IP Gestione mobilità in

reti cellulari Mobilità e protocolli di

alto livello


Elementi di una rete wireless

infrastruttura di rete

wireless hosts laptop, PDA, telef. IP eseguono

applicazioni stazionari o mobili

o wireless NON implica sempre mobilità




stazione base tipicamente connessa a

rete con fili (wired) responsabile per lo

scambio di pacchetti tra rete wired e host wireless nella sua “area”o es, punti di accesso

(access points ) 802.11




link wireless usato per connettere

stazioni wireless alla base station

anche usato come collegamento di backbone

accessi multipli differiscono per banda e

per distanza di trasmissione


Caratteristiche di alcuni standard wireless

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

Indoor

10 – 30m

Outdoor

50 – 200m

Mid rangeoutdoor

200m – 4Km

Long rangeoutdoor

5Km – 20Km




rete con infrastruttura la stazione base

connette gli utenti mobili alla rete wired

handoff: utente mobile canbia la stazione base



Modo Ad hoc non esiste stazione base nodi possono solo

comunicare con altri nodi nella loro copertura

i nodi si roganizzano in una rete: routingoo all’interno di una area connessa


Caratteristiche del link wireless

Differenze con rete wired ….o attenuazione del segnale: il segnale radio si

attenua mentre attraversa il mezzoo interferenze con altre sorgenti: reti wireless

usano frequenze standard (es, 2.4 GHz) condivisa da altri dispositivi (es, telefono); i dispositivi interferiscono

o propagazione su piuù cammini: il segnale radio si riflette sugli oggetti e può arrivare a destinazione con tempi diversi

…. rendono la comunicazione wireless (anche punto-a-punto fra due soli utenti) molto più complessa


Caratteristiche del link wirelessPiù mittenti e destinatari wireless creano altri

problemi:

AB

C

Il problema del terminale nascosto

B, A sono collegati B, C sono collegati A, C non possono comunicarequindi A, C non sanno della

comune interferenza con B

A B C

forza del segnale di A

space

forza del segnale di C

Degrado del segnale: B, A sono collegati C, A sono collegati A, C non possono sentirsi e

interferiscono a B


Code Division Multiple Access (CDMA)

usato in diversi standard per il broadcast (un mittente, tanti destinatari) (cellular, satellite, etc)

un codice unico è assegnato ad ogni utente (partizionamento dell’insieme dei codici)

tutti gli utenti condividono la stessa frequenza, ma ogni utente ha una propria “sequenza di chipping” per codificare i dati

segnale codificato = (dati originali) X (sequenza di chipping)

decodifica: prodotto scalre del segnale codifcato e della sequenza di chipping

permette a diversi utenti di “coesistere” e trasmettere simultaneamente con interferenza minima (se i codici sono “ortogonali”)


CDMA Codifica/Decodifica

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

mittentecode

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 1channeloutputricevente

code

receivedinput

Di = Zi,m.cmm=1

M

M


CDMA: interferenza di due mittenti

mittente 1

mittente 2


IEEE 802.11 Wireless LAN

802.11bo 2.4-5 GHz spettro

radio senza licenze d’uso

o fino a 11 Mbpso collegamenti direttio spectrum (DSSS) in

physical layer• tutti gli utenti

usano stessa seq. chipping

o molto usato

802.11a o spettro 5-6 GHzo fino a 54 Mbps

802.11g o spettro 2.4-5 GHzo fino a 54 Mbps

Tutti usano CSMA/CA per accessi multipli

In ogni caso versioni per base-station e ad-hoc network


802.11 LAN: architettura

host host comunicano con stazione base (base station)o base station = access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(simile a “cella”) contiene:o hosts wireless (sempre)o access point (AP): base

station (solo infrastruttura)

o ad hoc mode: solo hostsBSS 1

BSS 2

Internet

hub, switcho routerAP

AP


802.11: canali e associazioni 802.11b: spettro 2.4GHz-2.485GHz diviso in 11

canali con frequenza diverseo amministratore di AP sceglie la frequenza per

APo possibili interferenze: il canale potrebbe

essere scelto anche da AP vicini host: deve associarsi con un AP

o esamina i canali per verificare l’eventuale presenza di beacon frames contenenti il nome AP(SSID) e l’indirizzo MAC

o seleziona AP con cui associarsio può eseguire procedura di autenticazione o tipicamente usa DHCP per otteenre indirizzo

IP nella sottrete dell’AP


IEEE 802.11: accessi multipli Problema collisioni: più nodi che trasmettono allo

stesso istante 802.11: CSMA - ascolta prima di trasmettere

o non collide con trasmissioni incorso di altri nodi 802.11: non esiste meccanismo verifica collisioni

o difficoltà di ricevere inform. su eventuale collisione quando si trasmette per debolezza del segnale ricevuto: terminale nanscosto, fading

o obiettivo: evitare collisioni: CSMA/C(ollision)A(voidance)

AB

C A B C

potenzasegnale di A

space

potenza segnale di C


IEEE 802.11: Protocollo MAC-CSMA/CA802.11: mittente1 se il canale è libero(idle) per DIFS sec.

allora trasmetti il frame intero (no CD)2 se il canale è occupato allora

inizia tempo backoff casuale riduci timer se canale liberotrasmetti quando il timer è a zerose non ricevi ACK allora incrementa

intervallo di backoff time, vai a 2

802.11 ricevente- se il frame è ricevuto OK ritorna ACK dopo SIFS sec. (ACK serve

per problema terminale nascosto)

mittente ricevente

DIFS

data

SIFS

ACK


IEEE 802.11: evitare collisioni

idea: permettere al mittente di prenotare il canale piuttosot che un accesso casuale: obiettivo ridurre collisoni di frame dati grandi

mittente prima trasmette alla BS una richiesta di piccola di pacchetti request-to-send (RTS) (prenotazione) usando CSMAo RTS possono ancora collidere l’un l’altro (ma sono piccoli)

BS esegue in risposta il broadcast clear-to-send (CTS) RTS è rilevato da tutti i nodi

o mittente invia il frame dati o altre stazioni aspettano

Avoid data frame collisions completely using small reservation packets!


IEEE 802.11: evitare collisioni esempio

APA B

tempo

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

collisione in prenotazione

attesa


framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

802.11 : indirzzamento

Inidirizzo 2: indrizzo MACdel host wireless or dell’AP in trasmissione

Indirizzo 1: indirizzo MACdell’host wireless o AP per ricevere questo frame

Indirizzo 3: indirizzo MACper interfaccia routera cui è collegato AP

Indirizzo 4: usato solo in modalità ad hoc


Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC ind H1 MAC ind R1 MAC ind

indirizzo 1 indirizzo 2 indirizzo 3

frame 802.11

R1 MAC addr AP MAC addr

ind. destinatario source address

frmae 802.3

802.11 : indirizzamentoLivello 2


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 framedurata del tempo di trasmissioneprenotato (RTS/CTS)

numero di seq. del frame (motivi affidabilità)

tipo frame(RTS, CTS, ACK, data)


hub o switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

802.11: mobilità entro la stessa sottorete

router H1 rimane nella

stessa sottoreter IP: stesso indirizzo

switch: quale AP è associato con H1?o switch ha il compito

di “ricordare” quale porta raggiunge H1


Mraggio di copertura

S

SS

P

P

P

P

M

S

Dispositivo Master

Dispositivo Slave

Dispositivo (inattivo)P

802.15: personal area network

diametro meno di 10 m sostituzione di mouse,

tastiera, cuffie ad hoc: nessuna

infrastruttura master/slaves (piconet):

o slave richiedono al master permesso di comunicare

o master accorda permessi 802.15: evoluzione da

specifiche Bluetootho banda radio 2.4-2.5 GHzo TDM, Frequency Hopping o fino a to 721 kbps


Chapter 6 outline

6.1 Introduction

Wireless 6.2 Wireless links,

characteristicso CDMA

6.3 IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)

6.4 Cellular Internet Accesso architectureo standards (e.g., GSM)

Mobility 6.5 Principles:

addressing and routing to mobile users

6.6 Mobile IP 6.7 Handling mobility

in cellular networks 6.8 Mobility and

higher-layer protocols

6.9 Summary


Mobile Switching

Center

Rete telefonica pubblica, eInternet

Mobile Switching

Center

Reti cellulari: architettura

connette le celle a rete gestisce instaurazione chiamate gestisce mobilità

MSC

copre regione geografica base station (BS) analoga a 802.11 AP mobile users si collega alla rete tramite BS interfaccia: protocollo di trato fisico e di link tra utente mobile e BS

cella

rete wired


Reti Cellulari : il primo collegamentoDue tecniche per la

condivisione dello spettro radio “utente mobile”-BS

combinazione FDMA/TDMA: dividi lo spettro in canali di frequenza, dividi i canali frazioni di tempo (time slots)

CDMA: code division multiple access

frequencybands

time slots


Standard per Reti Cellulari

sistema 2G : canali vocali IS-136 TDMA: combinazione FDMA/TDMA (USA) GSM (global system for mobile

communications): combined FDMA/TDMA (Europa, più usato)

IS-95 CDMA: code division multiple access


Cellular standards: brief surveysistemi 2.5 G : canali voce e dati estensione di 2G in attesa di 3G general packet radio service (GPRS)

o evoluzione da GSM o dati inviati su canali multipli (se disponibili)

enhanced data rates for global evolution (EDGE)o ulteriore evoluzione di GSM, usa tecniche di modulazione

più avanzateo Data rate fino a 384K

CDMA-2000 (fase 1)o Data rate fino a 144Ko evoluzione di IS-95


Cellular standards: brief survey3G systems: voce/dati Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS)o evoluzione GSM, che usa CDMA

CDMA-2000

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