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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) communicazione in un canale wireless

sagira
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Capitolo 6: Reti Wireless e Mobili

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Presentation Transcript

  1. 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) communicazione in un canale wireless gestione di utenti mobili (che cambiano il punto di collegamento con la rete) Capitolo 6: Reti Wireless e Mobili Reti wireless e mobili

  2. Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali Wireless, CDMA IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”) Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM) Mobilità Principi: indirizzamento e routing per utenti mobili Mobile IP Gestione mobilità in reti cellulari Mobilità e protocolli di alto livello Capitolo 6: sommario Reti wireless e mobili

  3. wireless hosts • laptop, PDA, telef. IP • eseguono applicazioni • stazionari o mobili • wireless NON implica sempre mobilità infrastruttura di rete Elementi di una rete wireless Reti wireless e mobili

  4. stazione base • tipicamente connessa a rete con fili (wired) • responsabile per lo scambio di pacchetti tra rete wired e host wireless nella sua “area” • es, punti di accesso (access points ) 802.11 infrastruttura di rete Elementi di una rete wireless Reti wireless e mobili

  5. infrastruttura di rete Elementi di una rete wireless 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 Reti wireless e mobili

  6. Outdoor 50 – 200m Mid range outdoor 200m – 4Km Long range outdoor 5Km – 20Km Indoor 10 – 30m Caratteristiche di alcuni standard wireless 54 Mbps 802.11{a,g} 5-11 Mbps .11 p-to-p link 802.11b 1 Mbps 802.15 3G 384 Kbps UMTS/WCDMA, CDMA2000 2G 56 Kbps IS-95 CDMA, GSM Reti wireless e mobili

  7. rete con infrastruttura • la stazione base connette gli utenti mobili alla rete wired • handoff: utente mobile canbia la stazione base infrastruttura di rete Elementi di una rete wireless Reti wireless e mobili

  8. Elementi di una rete wireless 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 Reti wireless e mobili

  9. Caratteristiche del link wireless Differenze con rete wired …. • attenuazione del segnale: il segnale radio si attenua mentre attraversa il mezzo • interferenze con altre sorgenti: reti wireless usano frequenze standard (es, 2.4 GHz) condivisa da altri dispositivi (es, telefono); i dispositivi interferiscono • 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 Reti wireless e mobili

  10. B A C C forza del segnale di C forza del segnale di A B A space Caratteristiche del link wireless Più mittenti e destinatari wireless creano altri problemi: Il problema del terminale nascosto • B, A sono collegati • B, C sono collegati • A, C non possono comunicare quindi A, C non sanno della comune interferenza con B Degrado del segnale: • B, A sono collegati • C, A sono collegati • A, C non possono sentirsi e interferiscono a B Reti wireless e mobili

  11. 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”) Reti wireless e mobili

  12. d0 = 1 1 1 1 1 1 1 d1 = -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 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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 1 1 1 1 1 M Di = SZi,m.cm m=1 M d0 = 1 d1 = -1 CDMA Codifica/Decodifica channel output Zi,m Zi,m= di.cm data bits mittente slot 0 channel output slot 1 channel output code slot 1 slot 0 received input slot 0 channel output slot 1 channel output code ricevente slot 1 slot 0 Reti wireless e mobili

  13. CDMA: interferenza di due mittenti mittente 1 mittente 2 Reti wireless e mobili

  14. 802.11b 2.4-5 GHz spettro radio senza licenze d’uso fino a 11 Mbps collegamenti diretti spectrum (DSSS) in physical layer tutti gli utenti usano stessa seq. chipping molto usato 802.11a spettro 5-6 GHz fino a 54 Mbps 802.11g spettro 2.4-5 GHz fino a 54 Mbps Tutti usano CSMA/CA per accessi multipli In ogni caso versioni per base-station e ad-hoc network IEEE 802.11 Wireless LAN Reti wireless e mobili

  15. AP AP Internet 802.11 LAN: architettura • host host comunicano con stazione base (base station) • base station = access point (AP) • Basic Service Set (BSS) (simile a “cella”) contiene: • hosts wireless (sempre) • access point (AP): base station (solo infrastruttura) • ad hoc mode: solo hosts hub, switch o router BSS 1 BSS 2 Reti wireless e mobili

  16. 802.11: canali e associazioni • 802.11b: spettro 2.4GHz-2.485GHz diviso in 11 canali con frequenza diverse • amministratore di AP sceglie la frequenza per AP • possibili interferenze: il canale potrebbe essere scelto anche da AP vicini • host: deve associarsi con un AP • esamina i canali per verificare l’eventuale presenza di beacon frames contenenti il nome AP(SSID) e l’indirizzo MAC • seleziona AP con cui associarsi • può eseguire procedura di autenticazione • tipicamente usa DHCP per otteenre indirizzo IP nella sottrete dell’AP Reti wireless e mobili

  17. B A C C potenza segnale di C potenza segnale di A B A space IEEE 802.11: accessi multipli • Problema collisioni: più nodi che trasmettono allo stesso istante • 802.11: CSMA - ascolta prima di trasmettere • non collide con trasmissioni incorso di altri nodi • 802.11: non esiste meccanismo verifica collisioni • difficoltà di ricevere inform. su eventuale collisione quando si trasmette per debolezza del segnale ricevuto: terminale nanscosto, fading • obiettivo: evitare collisioni: CSMA/C(ollision)A(voidance) Reti wireless e mobili

  18. DIFS data SIFS ACK IEEE 802.11: Protocollo MAC-CSMA/CA 802.11: mittente 1 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 libero trasmetti quando il timer è a zero se 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 Reti wireless e mobili

  19. 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 CSMA • 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 • mittente invia il frame dati • altre stazioni aspettano Avoid data frame collisions completely using small reservation packets! Reti wireless e mobili

  20. RTS(B) RTS(A) collisione in prenotazione RTS(A) CTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) ACK(A) IEEE 802.11: evitare collisioni esempio B A AP attesa tempo Reti wireless e mobili

  21. 6 4 2 2 6 6 6 2 0 - 2312 frame control duration address 1 address 2 address 3 address 4 payload CRC seq control 802.11 : indirzzamento Indirizzo 4: usato solo in modalità ad hoc Indirizzo 1: indirizzo MAC dell’host wireless o AP per ricevere questo frame Indirizzo 3: indirizzo MAC per interfaccia router a cui è collegato AP Inidirizzo 2: indrizzo MAC del host wireless or dell’AP in trasmissione Reti wireless e mobili

  22. AP Internet R1 MAC addr AP MAC addr ind. destinatario source address frmae 802.3 AP MAC ind H1 MAC ind R1 MAC ind indirizzo 3 indirizzo 2 indirizzo 1 frame 802.11 802.11 : indirizzamento Livello 2 router H1 R1 Reti wireless e mobili

  23. 6 4 2 2 6 6 6 2 0 - 2312 frame control duration address 1 address 2 address 3 address 4 payload CRC seq control 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 Protocol version Type Subtype To AP From AP More frag Retry Power mgt More data WEP Rsvd 802.11 frame numero di seq. del frame (motivi affidabilità) durata del tempo di trasmissione prenotato (RTS/CTS) tipo frame (RTS, CTS, ACK, data) Reti wireless e mobili

  24. H1 rimane nella stessa sottoreter IP: stesso indirizzo switch: quale AP è associato con H1? switch ha il compito di “ricordare” quale porta raggiunge H1 router 802.11: mobilità entro la stessa sottorete hub o switch BBS 1 AP 1 AP 2 H1 BBS 2 Reti wireless e mobili

  25. P P P P P M M Dispositivo Master Dispositivo Slave Dispositivo (inattivo) S S S S 802.15: personal area network • diametro meno di 10 m • sostituzione di mouse, tastiera, cuffie • ad hoc: nessuna infrastruttura • master/slaves (piconet): • slave richiedono al master permesso di comunicare • master accorda permessi • 802.15: evoluzione da specifiche Bluetooth • banda radio 2.4-2.5 GHz • TDM, Frequency Hopping • fino a to 721 kbps raggio di copertura Reti wireless e mobili

  26. 6.1 Introduction Wireless 6.2 Wireless links, characteristics CDMA 6.3 IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”) 6.4 Cellular Internet Access architecture 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 6.9Summary Chapter 6 outline Reti wireless e mobili

  27. Mobile Switching Center Mobile Switching Center cella rete wired Reti cellulari: architettura MSC • connette le celle a rete • gestisce instaurazione chiamate • gestisce mobilità • 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 Rete telefonica pubblica, e Internet Reti wireless e mobili

  28. time slots frequency bands Reti Cellulari : il primo collegamento Due 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 Reti wireless e mobili

  29. 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 Reti wireless e mobili

  30. Cellular standards: brief survey sistemi 2.5 G : canali voce e dati • estensione di 2G in attesa di 3G • general packet radio service (GPRS) • evoluzione da GSM • dati inviati su canali multipli (se disponibili) • enhanced data rates for global evolution (EDGE) • ulteriore evoluzione di GSM, usa tecniche di modulazione più avanzate • Data rate fino a 384K • CDMA-2000 (fase 1) • Data rate fino a 144K • evoluzione di IS-95 Reti wireless e mobili

  31. Cellular standards: brief survey 3G systems: voce/dati • Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS) • evoluzione GSM, che usa CDMA • CDMA-2000 Reti wireless e mobili

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