REDES SEM FIOS

1. REDES SEM FIOS Prof. Amine Berqia Email : bamine@ualg.pt Web : http://w3.ualg.pt/~bamine

2. Componentes das redes de móvel & as redes sem fios RAN CN CN UIM MT UIM : User Identity Module MT : Mobile Terminal RAN : Radio Access Network CN : Core Network

3. Interface UIM-MT UIM-MT ’’Interface ’’ situa-se entre o cartão SIM e o terminal móvel que pode corresponder a diferentes tipos de redes: GSM, GPRS, UMTS, IEEE802.11 UIM MT

4. Interface MT-RAN Interface MT-RAN ligar o terminal móvel à antena e define como o terminal acede à antena e reciprocamente. RAN MT

5. Interface RAN-CN Interface RAN-CR refere-se à transmissão da antena ao primeiro comutador da rede. RAN CN

6. Interface CN-CN Interface CN- CN define a tecnologia rede utilizada para encaminhar as informações. CN CN

7. Redes De Móvel & Redes Sem Fios RSF RDM Um utilizador é definido como utilizador móvel se o mesmo é capaz de comunicar fora da sua rede de assinatura conservando ao mesmo tempo o mesmo endereço. Um sistema chama-se sem fios se o mesmo propõe um serviço de comunicação totalmente independente das tomadas murais.

8. Exemplos de Redes Móveis e/ou Sem fios

9. Os Sistemas Celulares • GSM : Global System for Mobile communications • GPRS : General Packet Radio Service • EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution • UMTS : Universal Mobile Telecommunications System

10. GSM • 1979: reserva da banda do 900 MHz para as comunicaçoes móveis na Europa por IUT • 1980: criação de grupo de trabalho GSM (Groupe Spécial Mobile) • 1992: comercialização real dos primeiros sistemas GSM • Desde o GSM deixou a sua sigla francesa para a de Global System for Mobile communications e suplantou os sistemas analógicos.

11. Arquitectura Geral

12. BSS : Base Station Subsystem • MS (Mobile Station) : parte visível do sistema rádio móvel e miniaturisés cada vez mais. • BTS (Base Transceiver Station) : estações básicas, pontos de acesso a rede GSM. Os BTSmaterializa-se sob a forma de antenas sobre os tectos dos edifícios na cidade ou sobre o bordo da estrada. • BSC (Base Station Controller) : controlador BTS, um BSC gere os canais rádios e BTS aplica as decisões tomadas pelos BSC como o controlo de admissão das chamadas e a gestão dos handovers.

13. NSS : Network SubSystem • MSC (Mobile-services Switching Center) : O MSC é um comutador numérico em modo circuito, que gere todas as comunicações com os móvel sob a sua cobertura. • HLR (Home Location Register) : base de dados de localização nominal na qual são armazenadas todas as informações relativas aos assinantes de uma rede móvel. • VLR (Visitor Location Register) : base de dados de localização Local na qual são armazenadas todas as informações relativas aos utilizadores de uma região específica.

14. Interface rádio: Subsídio de frequência: - banda 890-915 Mhz para a direcção ascendente (MT para BTS) -banda 935-960 Mhz para a direcção descendente (BTS para MT) Métodos de acesso: FDMA,TDMA,CDMA,F-TDMA…..

15. FDMA O FDMA é o método de acesso múltiplo mais utilizado. Esta técnica é mais antiga, e permite diferenciar os utilizadores por simples uma diferenciação frequencial. Com efeito, para ouvir o utilizador N, o receptor considera apenas a frequência fN associado. A aplicação desta tecnologia é bastante simples. Ocupado pelo utilizador 2 Frequência Livre Ocupado pelo utilizador 1 C B Canal físico A Tempo Frequency Division Multiple Access

16. TDMA Ocupado pelo utilizador 2 O TDMA é um método de acesso que baseia-se na distribuição de recursos no tempo. Cada utilizador emite ou transmite num intervalo de tempo concreto cuja periodicidade é definida pela duração da trama. Neste caso, para ouvir o utilizador N, o receptor tem apenas a considerar o intervalo de tempos N associado à este utilizador. Livre Frequência Ocupado pelo utilizador 1 1, 2, 3,4 Slots Canal físico Tempo 1 2 3 4 1 2 3 4 Time Division Multiple Access

17. F-TDMA Frequência Ocupado pelo utilizador 2 C Livre Ocupado pelo utilizador 1 B 1, 2, 3,4 Slots A Tempo 1 2 3 4 1 2 3 4 Frequency Time Division Multiple Access

18. CDMA O CDMA é baseado na distribuição por códigos. Com efeito, cada utilizador é diferenciado do resto dos utilizadores por um código N que lhe foi atribuído no início da sua comunicação e que é ortogonal ao resto de códigos ligados à outros utilizadores. Neste caso, para ouvir o utilizador N, o receptor tem apenas a multiplicar o sinal recebido pelo código N associado à este utilizador. Ocupado pelo utilizador 2 Codigo Livre Ocupado pelo utilizador 1 Canal físico Tempo Frequência Code Division Multiple Access

19. Allocação de recursos • Conjunto dos recursos disponíveis = bandwith; • Divisão da bandwith em vários conjunto de canais; • Multiplexing de várias comunicações sobre a mesma bandwith à ajuda dos métodos de acesso; • Vários esquemas de subsídios de recursos: • FCA,DCA,HCA.

20. FCA FCA : Fixed Channel Assignment + simples e rápido; + atribuição fixa de recursos na todas às estações básicas; -- não permite de gerir a variação brutal e instantânea do tráfego.

21. DCA DCA : Dynamic Channel Assignment + concentração dos recursos num grupo comun; + aumentar a capacidade do sistema; -- requer uma importante carga de sinalização.

22. HCA HCA : HybridChannel Assignment + mistura de FCA e de DCA; -- mistura dos inconvenientes;

23. Esquema de acesso múltiplo • A banda de frequência 890-915MHz (downlink) e 935-960MHz (uplink) é reservada para comunicações moveis na Europa, com 2x10MHz reservados em exclusivo para GSM. • Atribuição máxima de 2x25MHz divido em portadoras de 200khz, e cada portadora está dividida em 8 fragmentos de tempo ou canais. • Grupos de 8 fragmentos consecutivos formam uma frame TDMA • Frames TDMA são numeradas e ambos o MS e a BS estão sincronizados • A posição de uma frame indica a função do canal

24. Canais de tráfego • Os MS que reservam um "Canal de Tráfego" (TCH) encontram-se em modo dedicado • Os canais de tráfego define-se pelas suas posições respectivas numa Multiframe • Canais de tráfego são atribuídos em conjunto com um canal SACCH e podem ser full-rate, half-rate, eighth-rate. • os canais TCH normalmente transportam dados do utilizador • Quando usados para sinalização são chamados de FACCH e antecipam a chegada de dados do utilizador.

25. Canais comuns • Usados pelos MS para obter conexão a rede e na obtenção de informação de handover das BS vizinhas. • BCCH (Broadcast Control Channel) no sentido de downlink (de BS para MS) para enviar a identificação, atribuição de frequencias, sequencias de saltos (hopping sequences) • FCCH (Frequency Correction Channel) no sentido de downlink • SCH (Synchronization Channel) no sentido de downlink para alinhar o MS a estrutura de fragmentos de tempo da BS • PCH (Paging Channel) no sentido de downlink que transporta mensagens indicando uma chamada a chegar • AGCH (Access Grant Channel) no sentido de downlink, usado na atribuição de uma canal dedicado para o estabelecimento de uma conexão • RACH (Random Access Channel) no sentido de uplink, fragmentos de canais Aloha (Slotted Aloha channel) usados pelo MS para requisitar acesso.

26. Controlo de potencia • Ao mesmo tempo que as BS executam as medidas de sincronização, eles também executam medidas no nível de potencia do sinal dos diferentes MS. Estes níveis de potencia são ajustados de modo que a potencia é quase a mesma para cada burst. • Uma BS também controla seu nível de potencia. A BS mede a força e a qualidade do sinal entre si e o MS. Se o MS não recebe correctamente o sinal, a BS muda seu nível de potencia.

27. Serviços GSM • Serviços de fala • Serviços de dados • Short Message Services (SMS) • Funções de segurança • QoS

28. Redes Celulares (1)

29. Redes Celulares (2)

30. Redes Celulares (3)

31. Handover • Permite de passar duma célula ao outro sem corte de comunicação; • É um mecanismo revolucionárioresponsável do sucesso da telefonia móvel. Cell Downlink BS Uplink Handover

40. Tipos de Handoff (Handover) Handoff Soft Handoff (make-before-break) Hard Handoff (break-before-make)

41. Soft handoff Um Soft Handoff estabelece uma conexão com a nova BTS antes de quebrar a conexão com a antiga. Refere-se à sobreposição de zonas cobertas. Não há perdas de conectividade móvel à rede

42. Hard handoff O Hard Handoff requer ao telemóvel quebra de conexão com a BTS antiga para posteriormente fazer a conexão com a nova. Interrupção, perda momentânea com a conexão móvel à rede Os telefones CDMA comutam de modo digital para analógico durante O Hard Handoff.

43. Hard HO (2) Sx e Sy sao a potencia do sinal de (base station) Bx e By para o telemovel. • O algoritmo sera: • if (Sy-Sx) > D and serving station is Bx • then handoff to By. • else if (Sx-Sy) > D and serving station is By • then handoff to Bx. • else no handoff. D: é chamado margem da histerese. If D é maiorsignificamaior margem & mais delay.

44. Hard-handoff: • Desvantagens: • Perda momentânia da conectividade com o movel. • Interrupção da ligação é muito comum. • Grande tempo de “instalação”. • muito caro se não for executado correctamente. • Vantagens: • Requer pouco processamento da rede que fornece o serviço.. • Eficaz ao mover-se de uma rede de CDMA para análogica.

45. Estratégias de Handover (1) Existem Trés estrategias propostas para detecção de HO. • Mobile-assisted HO (MAHO): • Network-initiated HO (NIHO): • Mobile-controlled HO (MCHO): • 0 Móvel mede a potencia do sinaldo BS mais próximo, e a seguir responde ao server BSs. • O handover começa quando o poder recebido do vizinho BSs excede o poder do BSs em uso no momento. • Usado em 2G & 2.5G networks (GSM & CDMA). (1)Mobile-Assisted HO:

46. Estratégias de Handover (2) • BSs monitora o nível do sinal dos móveis com as chamadas em andamento. • O receptor especial, receptor do localizador, controlado por CAM é usado para monitorizar a força do sinal. • O handover ocorre se o nível do sinal cair abaixo do ponto inicial. • Usado nas redes de IG (ampères). (2)Network-Initiated HO:

47. Estratégias de Handover (3) • O MS monitora continuamente os sinais do BSs vizinho. • O MS faz medidas de qualidade aos vários canais, e escolhe osmelhores em cooperação com a rede. • Usado em DECT (tecnologia de TDMA). (3)Mobile-controlled HO:

48. Estados do Handover • PHY Sync • -O móvel faz a varredura, detecta e fica com o novo BSs. • -Simplifica o projeto da rede de acesso. • - faz Pedidos de air-link. • MAC layer exchange • -Não pode conter erros • -O movil alocados recursos de ar-link, autenticado, autorizado • e registado. • Network Layer exchange • -Especifica o protocolo da gerência da mobilidade • (por exemplo, MIPv4) • -o móbil prepara-se ao tráfego send/receive do IP • (por exemplo, DHCP)

49. Causas defalha HO Não existe canal na nova celula. A rede demora demasiado tempo a fazer o handover, e entretanto o móvel perde o sinal. Sinal demasiado fraco. A recepção transforma-se pior devido à zona inoperante.

50. Atribuição de canal para HO A atribuição da canal têm que tratar dos 2 tipos de chamadas: (nova chamada) (cham. handover) Se não forem encontrados novos canais. - nova chamada éblocked. - chamada de handoff dropped. Preferencia é dada as chamadas em Handoff e depois a novas chamadas.