Akademia Górniczo – Hutnicza
Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej
Zakład Informatyki Przemysłowej Zakład Informatyki Przemysłowej
Sieci bezprzewodowe
Sieci bezprzewodowe
cz.3 cz.3
IEEE802.16 WiMAX IEEE802.16 WiMAX
– WiMAX
• Nie jest technologią a znakiem oznaczającym zgodność ze standardem
– Zastosowania
• Podłączenie WiFi hotspot do sieci szerokopasmowej
• Alternatywa dla DSL
• Szybkie łącza danych i telekomunikacyjne (4G)
• Zapewnienie dostępu typu Nomad
– Przepustowość i zasięg
• do 70Mb/s i do 50/120km
IEEE802.16 WiMAX
IEEE802.16 WiMAX
IEEE802.16 WiMAX IEEE802.16 WiMAX
– Rodzina standardów
• (2001r)
• a (2003r)– 10 – 66 GHz
• c (2002r)
• d (fixed WiMAX - 2004r) – 2-11 GHz OFDM z 256 podkanałami w zasadzie nigdy nie zatwierdzony
• e (mobile WiMAX -2005r) – skalowalne OFDM, MIMO, NLOS jw.
• HIPERMAN – wersja europejska
• WiBro – wersja koreańska
IEEE802.16 WiMAX IEEE802.16 WiMAX
– Sposób dostępu do medium
• CDMA (Code Division Multiple Access) – znany z telefonii komórkowej sposób
podziału medium transmisyjnego
– wykorzystuje osobne sloty czasowe dla każdej stacji klienckiej w obrębie kanałów – Stacja bazowa jest odpowiedzialna za
przydział slotów stacjom
LOS – warunki wzajemnej LOS – warunki wzajemnej
widzialności widzialności
Soczewka Fresnela
Stacja bazowa WiMAX
Stacja kliencka WiMAX
NLOS – warunki bez NLOS – warunki bez wzajemnej widzialności wzajemnej widzialności
Stacja bazowa WiMAX
Stacja kliencka WiMAX
IEEE802.16 WiMAX IEEE802.16 WiMAX
– Zasięg
• LOS
– 30 do 50km (70 maks.) dla (tzw. FF stacji) – 10 do 16 km standardowo
• NLOS
– 4 do 9km FF / 1-2km standard
– 1-2km przy użyciu wewnętrznych stacji FF 0,3-0,5km standardowe
IEEE802.16 WiMAX IEEE802.16 WiMAX
– Rodzina standardów
• 802.16f – Management Information Base
• 802.16g - Management Plane Procedures and Services
• 802.16h - Improved Coexistence Mechanisms for License-Exempt Operation
• 802.16i - Mobile Management Information Base
• 802.16j - Mobile Multihop Relay
• 802.16k - Bridging
IEEE802.16 IEEE802.16
– Częstotliwości
• 10-66GHz – ze względu na długość fali wymagana jest wzajemna widoczność urządzeń (LOS)
– Kanały 25-28MHz przepustowość >120Mb/s – WirelessMAN-SC
• <11GHz – możliwe połączenie z częściową
widocznością(near-LOS) lub bez widoczności (NLOS) – Bardziej rozbudowana warstwa
– ARQ Automatic Repeat Request – WirelessMAN-OFDM
– WirelessMAN-OFDMA (SOFDMA Scalable OFDMA)
IEEE802.16 IEEE802.16
modulacja i poziom zakłóceń
modulacja i poziom zakłóceń
IEEE802.16 IEEE802.16
– Wady WiFI
• Użycie CDMA/CD powoduje że transmisja stacji położonych dalej może być zakłócana przez stacje bliższe AP
• Usługi wymagające QoS (np VoiIP) są trudne w implementacji
– WiMAX
• Używa algorytmu przydziału czasu dla każdej stacji
• Stacja tylko w fazie włączania może być zakłócana lub sama zakłócać
• Stacja Bazowa może określać szczeliny czasowe dla stacji a tym samym przepustowość każdej z nich
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– PAN
• Personal Area Network – Sieć o zasięgu osobistym
• przemysłowa specyfikacja komunikacji radiowej dla urządzeń przenośnych o niewielkim zasięgu
– Zastosowania
• Podłączenie urządzeń o niskim poborze mocy typu telefon komórkowy, mysz słuchawki, drukarka,
moduł GPS lub pikosieci o niewielkim zasięgu i ilości węzłów
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Zakres częstotliwości i kanały
• Podobnie jak WiFi wykorzystuje pasmo
nielicencjonowane pasmo 2,4 Ghz (2,4-2,4835)
• Dzieli pasmo na 79 kanałów z odstępem 1MHz
– Organizacja sieci
• Podstawą działania BT jest pikosieć (piconet)
• 1 węzeł typu master (nadrzędny)
• do 7 aktywnych urządzeń typu slave (podrzędnych)
• do 255 urządzeń w stanie synchronizacji z master (stan niskiego poboru mocy)
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Zasięg urządzeń i klasy mocy
• Klasa 1 (class 1) – 100mW zasięg do 100m
• Klasa 2 (class 2) – 2,5mW zasięg do ok. 10m
• Klasa 3 (class 3) – 1mW zasięg do 1m
– Wykorzystanie pasma
• Bluetooth wykorzystuje FHSS (skakanie po kanałach 1600 razy/sek)
• Sekwencję skoków dyktuje węzeł master
• dane kontrolne (nagłówki) zajmują dużą część
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Stos protokołów
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Usługi
• W odróżnieniu od 802.11 nie ogranicza się do 2 warstw modelu osi.
• Jest zorientowany na usługi:
– Discovery – rozpoznawanie sieci – Audio - transmisja dźwięku – Control - kontrola
– Rfcomm - emulacja portu szeregowego do podłączania myszy, klawiatury, modemu itp.
– Telephony - umożliwia transmisję dźwięku w czasie
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Protokoły
• podstawowe
– Baseband – wszystko co się wiąże z obsługą pasma
– LMP – (Link Management Protokol)
» Protokół kontroli i zarządzania łącza
– L2CAP (Logical Link and Adaptation Protocol)
» przeplata dane różnych protokołów
» obsługuje segmentacje i scalanie pakietów
» QoS
– BNEP – emulacja sieci
– SDP – Service Discovery Protocol
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Protokoły
• pozostałe
– rfcomm – emulacja urządzeń szeregowych – Telefoniczne
» TCS Binary
» AT Commands
– protokoły aplikacyjne
» ppp
» IP/TCP/UDP
» OBEX
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Typy połączeń
• bez zabezpieczeń
• zabezpieczenie na poziomie usług
• zabezpieczenie na poziomie połączenia (dla nowego połączenia)
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Nawiązywanie połączenia
• Każde urządzenie przesyła
– nazwę – klasę
– listę usług
– informacje techniczne (wersję BT, przesunięcie zegara, producenta ...)
• Użycie usługi może wymagać „parowania”
• Niektóre urządzeni mogą nie odpowiadać kiedy są już podłączone (np słuchawka BT)
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Parowanie
• Ustanowienie zaufanego połączenia
– zastosowanie jest zależne od usługi i producenta – wymaga współdzielonego klucza - PIN
– operuje na adresach MAC a nie nazwach
– PIN może być przechowywany w urządzeniu
– parowanie nie jest tożsame z zabezpieczeniem transmisji
– Bezpieczeństwo danych
• Ustanowienie połączenia szyfrowanego bazuje na PIN
• przy pomocy algorytmu E22 generuje się ciąg
szyfrujący E0 używany do szyfrowania transmisji
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Uwagi co do bezpieczeństwa
• klucz pin można odtworzyć przez wymuszenie przez trzecie urządzenie ponownego parowania
– PIN o długości 4 znaków można odtworzyć w 6 sekund!
– powinno stosować się PINy > 6 znaków – wyłączać BT kiedy jest nie potrzebny
– zmieniać domyślną politykę akceptowania połączeń
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Wersje BT
• wersja 1.0 – 1Mb/s (efektywnie 721kb/s)
• wersja 1.1 (802.15.1-2002) – 1Mb/s (efektywnie 721kb/s)
– poprawiono błędy
– możliwa transmisja bez szyfrowania – wskażnik mocy sygnału
• wersja 1.2 (802.15.1-2005) – 1Mb/s (efektywnie 721kb/s)
– szybsze rozpoznawanie
– poprawiony algorytm AFH skoków po kanałach – poprawiona transmisja synchroniczna audio
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Wersje BT
• wersja 2.0 (różnie wg różnych źródeł)
– równoważna 1.2 + poprawione błędy
• wersja 2.0 + EDR– 3Mb/s (efektywnie 2,1Mb/s)
– kompatybilna wstecznie z 1.1 – zwiększona prędkość
– niższe zużycie energii
• wersja 2.1 -2007r
– zwiększono ilość informacji wymienianej przez urządzenia
IEEE802.15 Bluetooth IEEE802.15 Bluetooth
– Kierunki rozwoju
• wersja 3.0
– zwiększenie szybkości (480Mb/s) – zmniejszenie zużycia energii
– nowe usługi
GSM GSM
– GSM jest rozwiązanie 2 generacji
• Global System for Mobile communications (oryginalnie fr. Groupe Spécial Mobile)
• organizacja powołana w 1982r
• pierwsza specyfikacja w 1990r
• skorzystano z doświadczeń ISDN
• w 1993 było już 70 operatorów w 48 krajach
• w 1997 wprowadzono GSM w USA
• GSM jest siecią komórkową
GSM GSM
– GSM działanie sieci
• Wykorzystuje CDMA
• w strukturze sieci znajdują się cyfrowe centrale telefoniczne SS7
• głos o częstotliwości 300-3400Hz jest kodowany cyfrowo, szyfrowany i przesyłany do sieci
• definiowane są usługi zintegrowane z siecią
– fax – SMS
– poczta głosowa
– identyfikacja numeru – itp
GSM GSM
– GSM działanie sieci cd
• telefon łączy się z siecią za pomocą stacji bazowej
• transmisja odbywa się na wielu częstotliwościach
• dla każdej częstotliwości jest 8 szczelin czasowych
– rozmowa może zajmować 1 lub 0,5 szczeliny z pogorszeniem jakości (do 16 rozmów na jednej częstotliwości)
GSM GSM
– GSM częstotliwości
cecha/system GSM400 GSM850 GSM900 GSM1800 GSM1900
liczba częst. 35 124 174 374 299
• pasmo 900 MHz ma mniejszą ilość częstotliwości (równoczesnych rozmów) ale większy zasięg
• pasmo 1800 stosuje się w miejscach o dużej gęstości telefonów
GSM GSM
– transmisja danych w sieciach GSM
• GPRS – General Packet Radio Service
– integralna usługa GSM
– Oferowana w praktyce prędkość transmisji rzędu 30-80 kb/s – użytkownik płaci za faktycznie wysłaną lub odebraną ilość
bajtów
• EDGE
– Enhanced Data rates for GSM Evolution
– Jest ona rozszerzeniem dla technologii GPRS – poprawiony został w niej interfejs radiowy
UMTS UMTS
– Universal Mobile Telecommunications System
• system 3G
– używa W-CDMA (poszerzone pasmo do 5MHz) – usługi Video
– nowy interfejs radiowy
» polepszony został znacznie transfer danych pomiędzy abonentem a siecią, co zaowocowało poprawą jakości oferowanych usług
UMTS UMTS
– Universal Mobile Telecommunications System
• Usługi
– wideotelefon, wideokonferencje;
– telewizja, radio, muzyka, wideo;
– nawigacja i lokalizacja:
» aktywne mapy,
» systemy namierzania – transmisja danych.
UMTS UMTS
– Usługi szybkiej transmisji danych
– HSPA High Speed Packet Access
» od 144kbps do 2Mbps W-CDMA 5MHz pasmo – HSPA+, I-HSPA, HSPA Evolution – Wersja 7 HSPA
» 42/22Mb/s z MIMO
– HSDPA High Speed Downlink Packet Access (2006)
» do 14,4Mb/s modulacja QPSK i 16QAM
– HSUPA High Speed Uplink Packet Access (Nokia) EUL Enhances UpLink do 11,5Mb/s
– HSOPA/LTE High Speed OFDM Packet Access do 100Mb/s downlink i 50Mb/s uplink
» zmienne pasmo 1,25 do 20MHz
UMTS rev 8 (pre 4G) UMTS rev 8 (pre 4G)
– Usługi szybkiej transmisji danych
• wykorzystuje OFDM i MIMO
• transmisja pakietowa - HSOPA/LTE
• pełna integracja z IP
• usługi głosowe VOIP
• przepustowość 1 – 100Mb/s
• Streaming HDTV/DVB
• SDR – Software Defined Radio
– dla zapewnienia zgodności z dotychczasowymi rozwiązaniami
