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Drahtlose LANs (2. Teil)

Drahtlose LANs (2. Teil). HiperLAN/1 HiperLAN/2. 7.0.2. ETSI - HIPERLAN. ETSI-Standard europäischer Standard, vgl. GSM, DECT, ... Ergänzung lokaler Netze und Ankopplung an Festnetze zeitkritische Dienste von Anfang an integriert HIPERLAN-Familie

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Drahtlose LANs (2. Teil)

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Presentation Transcript

  1. Drahtlose LANs (2. Teil) • HiperLAN/1 • HiperLAN/2 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.0.2

  2. ETSI - HIPERLAN • ETSI-Standard • europäischer Standard, vgl. GSM, DECT, ... • Ergänzung lokaler Netze und Ankopplung an Festnetze • zeitkritische Dienste von Anfang an integriert • HIPERLAN-Familie • ein Standard kann nicht alle Anforderungen abdecken • Reichweite, Bandbreite, Dienstgüteunterstützung • kommerzielle Rahmenbedingungen • HIPERLAN 1 1996 verabschiedet Medium Access Control Layer Höhere Schichten Channel Access Control Layer Sicherungsschicht Physical Layer Bitübertragungsschicht HIPERLAN-Schichten OSI-Schichten Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.19.1

  3. Übersicht: ursprüngliche HIPERLAN-Familie Hier interessiert uns nur HIPERLAN 1 (=HIPERLAN) Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.20.2

  4. HIPERLAN 1 - Merkmale • Datenübertragung • Punkt-zu-Punkt (unicast) , Punkt-zu-Mehrpunkt (multicast) • 23,5MBit/s, 1W/100mW Sendeleistung, 2383 Byte Paketgröße • Dienste • Asynchrone und zeitbegrenzte Dienste durch Prioritäten • kompatibel mit ISO MAC • Topologie • Infrastruktur- oder ad-hoc-Netzwerk • Reichweite kann über die eines mobilen Knotens hinausgehen („forwarding“ kann in Knoten integriert sein) • Sonstige Mechanismen • Energiesparmodi, Verschlüsselung, Prüfsummenberechnung Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.21.2

  5. HIPERLAN 1 - Dienste und Protokolle • MAC • MAC-Dienst, kompatibel mit ISO MAC und ISO MAC Brücken • Benutzung von HIPERLAN CAC • Multi-Hop Forwarding • CAC • Definition eines Kommunikationsdienstes über ein geteiltes Medium • Spezifikation von Zugriffsprioritäten • Versteckt die Eigenheiten von HIPERLAN • Physical Protocol • Übertragungs und Empfangsmechanismen, Signalkodierung Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.22.1

  6. HIPERLAN Schichten, Dienste und Protokolle LLC layer MSDU MSDU MAC service MSAP MSAP HMPDU HM-entity HM-entity MAC layer MAC protocol HCSDU HCSDU CAC service HCSAP HCSAP HCPDU HC-entity HC-entity CAC layer CAC protocol PHY service data bursts HP-entity HP-entity PHY layer PHY protocol Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.44.1

  7. HIPERLAN 1 - Physikalische Schicht • Aufgaben • Modulation, Demodulation, Bit und Rahmensynchronisation • Vorwärtsfehlerkorrekturmaßnahmen • Messung der Signalstärke • Erkennung der Belegung eines Kanals • Kanäle • Standard sieht 3 verpflichtende und 2 optionale Kanäle mit den zugehörigen Trägerfrequenzen vor • verpflichtend • Kanal 0: 5,1764680GHz • Kanal 1: 5,1999974GHz • Kanal 2: 5,2235268GHz • optional (nicht in allen Ländern erlaubt) • Kanal 3: 5,2470562GHz • Kanal 4: 5,2705856GHz Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.23.1

  8. HIPERLAN 1 - PHY - Rahmencharakteristik • Aufrechterhaltung der hohen Datenrate von 23,5Mbit/s kostet viel Energie - fatal für portable Geräte • daher wird einem Paket ein Kopf niedriger Bitrate vorangestellt, der alle Informationen über den Empfänger der Nachricht beinhaltet • nur betroffene Empfänger fahren mit dem Empfang fort • Rahmenstruktur • LBR (Low Bit-Rate) Kopf mit 1,4Mbit/s • 450bit Synchronisation • mindestens 1, maximal 47 Datenblöcke zu 496bit • für Bewegungsgeschwindigkeiten über 1,4m/s muß die Maximalzahl von Datenblöcken verringert werden • Modulation • GMSK für hohe Bitrate, FSK für LBR-Kopf LBR Synch Daten0 Daten1 Datenm-1 . . . Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.24.2

  9. HIPERLAN 1 - CAC - Unterschicht • Channel Access Control (CAC) • Sicherstellen, dass nicht auf unerlaubte Kanäle zugegriffen wird • Prioritätsschema, Zugriff mit Elemination-Yield Non-Preemtive Priority Multiple Access (EY-NPMA) • Prioritäten • 5 Prioritätsstufen, realisieren Dienstgüte • Dienstgüte wird in eine Prioritätsstufe mit Hilfe der Paketlebenszeit (durch Anwendung gesetzt) umgerechnet • Paketlebenszeit = Zeit innerhalb derer es Sinn macht, das Paket an einen Empfänger zu übertragen • Standardwert 500ms, maximal 16000ms • kann das Paket aufgrund seiner aktuellen Priorität noch nicht gesendet werden, so wird die Wartezeit permanent von der Lebenszeit abgezogen • basierend auf MAC Priorität, verbleibender Paketlebenszeit, und erwarteter Anzahl der Zwischenstationen bis zum Empfänger wird eine der 5 Prioritäten zugewiesen • damit steigt die Priorität wartender Pakete automatisch an Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.26.2

  10. HIPERLAN 1 - EY-NPMA I • EY-NPMA (Elimination Yield Nonpreemptive Priority Multiple Access) • 3 Phasen: Prioritätsfindung, Wettbewerb, Übertragung Übertragung Prioritätsfindung Wettbewerb Übertragung Synchronisation Auslöschungs-überprüfung Auslöschung Prioritätserkennung Yield Prioritätssicherung Nutzdaten t Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.27.3

  11. HIPERLAN 1 - EY-NPMA II • Prioritätsfindung • Prioritätserkennung • jede Priorität entspricht einem Sendezeitpunkt in der ersten Phase, die höchste Priorität hat den frühesten Zeitpunkt, die niedrigste den spätesten • jede Station hört entsprechend der Priorität (Priorität*168) Bit in das Medium hinein • wenn nichts gehört, weiter, ansonsten eliminiert • Prioritätssicherung • Sende Burst mit markantem Bitmuster • Resultat • Sendewünsche mit höherer Priorität können nicht verdrängt werden • liegt kein solcher Wunsch vor (nicht belegter Zeitschlitz für eine höhere Priorität), so kann die nächst niedrigere senden • am Ende der Phase ist die höchste aktuelle Priorität bestimmt • es können mehrere Station der gleichen Priorität sendewillig sein! Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  12. HIPERLAN 1 - EY-NPMA III • Wettbewerbsphase • Auslöschung: • Elimination Burst: Wettbewerber senden einen Burst, um Konkurrenten zu eliminieren (11111010100010011100000110010110, hohe Rate) • alle 212 Bit wird zufällig bestimmt ob man weiter sendet (p=0,5) • Auslöschungsüberprüfung: • Elimination Survival Verification: Wettbewerber hören nun in den Kanal, ist dieser frei, so dürfen sie fortfahren, ansonsten wurden sie „eliminiert“ • Yield: • zufälliges Warten zwischen 0 und 9 Slot Zeiten (a 168 Bit) • wenn dann noch frei, senden! • Datenübertragung • Der Sieger darf übertragen (sehr kleine Wahrscheinlichkeit der Kollision bleibt) • War der Kanal längere Zeit ruhig (min. 1700bit-Dauern) kann sofort gesendet werden ohne EY-NPMA • Synchronisation anhand der letzten Datenübertragung Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.28.2

  13. HIPERLAN 1 - DT-HCPDU/AK-HCPDU 0 1 2 3 4 5 6 7 bit LBR 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 bit 0 1 HI AID LBR 1 0 1 0 1 0 1 0 AID AIDCS 0 1 HI HDA Bestätigungs HCPDU HDA HDACS BLIR = n BL- HI: HBR-part Indicator HDA: Hashed Destination HCSAP Address HDACS: HDA CheckSum BLIR: Block Length Indicator Replica BLIRCS: BLIR CheckSum TI: Type Indicator BLI: Block Length Indicator PLI: Padding Length Indicator HID: HIPERLAN IDentifier DA: Destination Address SA: Source Address UD: User Data (1-2422 byte) PAD: PADding CS: CheckSum AID: Acknowledgement IDentifier AIDS: AID CheckSum IRCS 1 bit 0 1 2 3 4 5 6 7 byte HBR TI BLI = n 1 PLI = m 2 HID 3 - 6 DA 7 - 12 SA 13 - 18 UD 19 - (52n-m-4) PAD (52n-m-3) - (52n-4) CS (52n-3) - 52n Daten HCPDU Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.45.1

  14. HIPERLAN 1 - MAC-Schicht • Kompatibel mit ISO MAC • Unterstützt zeitbegrenzte Dienste über Prioritätsschema • Paketweiterleitung • Unterstützung von gezieltem (Punkt-zu-Punkt) oder Broadcast-Weiterleiten (falls keine Weginformationen vorhanden) • Unterstützung von Dienstgüte bei der Weiterleitung • HM-UNITDATA.req(Quelladresse, Zieladresse, MSDU, Priorität, MSDU-Lebensdauer) • HM-UNITDATA.ind(Quelladresse, Zieladresse, MSDU, Priorität, MSDU-Lebensdauer, verbleibende MSDU-Lebensdauer) Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.25.2

  15. HIPERLAN 1 - MAC-Schicht II • Wie wird die nächste PDU in einer Station ausgewählt? • dazu ist eine Abbildung von (Priorität, Restlebenszeit) auf die CAC Prioritäten (0-4) notwendig • bestimme die normalisierte Restlebenszeit (NRL) = Restlebenszeit dividiert durch die erwartete Anzahl der Zwischenstationen • dann Abbildung wie in Tabelle: Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  16. HIPERLAN 1 - MAC-Schicht III • Verschlüsselungsmechanismen • Integrierte Mechanismen, nicht jedoch Schlüsselverwaltung • einfaches XOR-Schema, mit Pseude-Zufallszahlten • Initialisierung für den Zufallszahlengenerator = Schlüssel • schwach!!! • Energiesparmechanismen • Mobile Endgeräte können „Wachmuster“ vereinbaren, d.h. Zeitpunkte, zu denen sie Pakete empfangen können • Zusätzlich müssen Knoten vorhanden sein, die Daten für schlafende Knoten aufbewahren und zum richtigen Zeitpunkt weiterleiten (sog. Stores) Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  17. LI: Length Indicator TI: Type Indicator (1=Data) RL: Residual Lifetime PSN: Sequence Number DA: Destination Address SA: Source Address ADA: Alias Destination Address ASA: Alias Source Address UP: User Priority ML: MSDU Lifetime KID: Key Identifier IV: Initialization Vector UD: User Data, 1–2383 byte SC: Sanity Check (for the unencrypted PDU) HIPERLAN 1 - DT-HMPDU bit 0 1 2 3 4 5 6 7 byte LI = n 1 - 2 TI = 1 3 RL 4 - 5 PSN 6 - 7 DA 8 - 13 SA 14 - 19 ADA 20 - 25 ASA 26 - 31 UP ML 32 ML 33 KID IV 34 IV 35 - 37 UD 38 - (n-2) SC (n-1) - n n= 40–2422 Daten HMPDU Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.29.2

  18. HIPERLAN 1 als Ad-Hoc-Netzwerk • HIPERLAN unterstützt Ad-Hoc-Funktionalität: • über mehrere Stationen hinweg (multihop) • zur Infrastrukturlosen Kommunikation • und als Erweiterung des Sendebereichs einer Basisstation • verwendet viele Informationen und komplexes Verfahren • hier nur die prinzipielle Idee • Routing in mobilen Ad-Hoc-Netzen, siehe später! • Im weiteren: Forwarder = Station mit der Fähigkeit Pakete weiterzuleiten Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  19. Ad-hoc Netzwerke mit HIPERLAN 1 Information Bases (IB): RIB: Routing NIB: Neighbourhood HIB: Hello AIB: Alias SMRIB: Source Multipoint Relay TIB: Topology DDIB: Duplicate Detection HIPERLAN A RIB NIB HIB AIB DDIB 2 1 Forwarder RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB 4 3 Forwarder RIB NIB HIB AIB DDIB 5 RIB NIB HIB AIB DDIB RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB 6 RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB Nachbarschaft (d.h. in Funkreichweite) Forwarder HIPERLAN B Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.30.3

  20. Information Datenbasen in HIPERLAN-Knoten • Route Information Base (RIB) - wie kann ein Ziel erreicht werden? • [destination, next hop, distance] • dies ist eine Routingtabelle! • wie kommt man zu dieser? • Neighbor Information Base (NIB) - Status der direkten Nachbarn • [neighbor, status] • asymmetrisch • symmetrisch • Weiterleiter (MultiRelay) • wird mindestens einmal alle 10 Sekunden an alle Nachbarn übertragen • Hello Information Base (HIB) - Status des Ziels (über den nächsten Knoten) • [destination, status, next hop] • H_NeighborNF: destination ist Nachbar und leitet keine Pakete weiter • H_NeighborF: destination ist Nachbar und leitet Pakete weiter • H_TwoHop: destination ist zwei Hops weit entfernt und kann über den direkten Nachbarn next hop erreicht werden Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.46.1

  21. Information Datenbasen in HIPERLAN-Knoten • Alias Information Base (AIB) - Adressen von Knoten außerhalb des Netzes • [original MSAP address, alias MSAP address] • Abbildung von Adressen ausserhalb des Hiperlans auf eine Hiperlanadresse (die dann als eine Art Gateway arbeitet) • Source Multipoint Relay Information Base (SMRIB) - derzeitiger MP Status • [source multipoint relay, sequence] • jeder Forwarder merkt sich die Stationen, die ihn als Forwarder verwenden • diese Information wird an alle Forwarder geflutet (alle 40 Sekunden) • Topology Information Base (TIB) - derzeitige HIPERLAN-Topologie • [destination, forwarder, sequence] • vollständige Topologieinfos, d.h. daraus wird dann dann die RIB berechnen • Duplicate Detection Information Base (DDIB) - Erkennung von Duplikaten • [source, sequence] Mobilkommunikation: Drahtlose LANs 7.46.1

  22. HiperLAN/2 • Alle Informationen und Abbildungen entstammen dem Whitepaper von Martin Johnsson: HiperLAN2 – The Broadband Radio Transmission Technology Operating in the 5 GHz Frequency Band, http://www.hiperlan2.com/technology.asp • HiperLAN/2: • - drahtloses lokales Netz • - sehr hohe Datenraten • - spezifiziert: HiperLan2 Global Forum www.hiperlan2.com Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  23. HiperLAN/2 vs. IEEE802.11 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  24. HiperLAN/2 Physical Layer • Orthogonal Frequency Division Multiplex: • - Daten werden auf mehrere Träger (subcarrier) aufgeteilt und übertragen • - flexibel und robust gegen Störungen eines Trägers • - wird auch in ADSL und DAB verwendet • Modulationsarten: Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  25. HiperLAN/2 MAC • Prinzipiell Verbindungsorientiert! • Bislang nur zwischen Basistation und Mobilstation. • Es wird Time Division Duplex (TDD) und dynamic Time-Division Multiple Access verwendet: Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  26. HiperLAN/2 MAC • Kanäle im MAC: • - BCH Broadcast Channel: Steuerung der Leistung, Aufwecken schlafender Mobilstationen, Vergabe eindeutiger Identifizierer • - FCH Framecontrol Channel: Beschreibung der aktuellen Ressourcenverteilung • - RCH Random Access Channel: hier signalisieren Mobilstationen ihre Ressourcenbedürfnisse • - ACH Access Feedback Channel: Rückmeldung bezüglich Resourcenbedürfnisse • - DL/UL Phase Downlink/Uplink Phase: Datenübertragung, wird in mehrere logische Kanäle untergliedert: • - Nutzerdaten • - Verbindungsmanagement • - und mehr Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  27. HiperLAN/2 Verbindungsmanagement • Verbindungsaufbau: • - Mobilstation lauscht auf BCH aller Basisstationen • - wähle diejenige mit dem besten Empfang • - Anfrage einer MAC ID von der Basisstation • - dann aushandeln aller Parameter (DL/UL Phase) • Verbindungsabbau: • - durch explizite Nachricht • - durch timeout Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

  28. HiperLAN/2 Ausblick • Durch QoS Unterstützung für Multimedia interessant. • Erste Produkte wurden auf der CEBIT 2002 gezeigt. • Könnte Zukunft haben. • Schwere Konkurrenz durch IEEE802.11 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs

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