Análise e caracterização da tecnologia IEEE 802.11 para aplicação na área dos transportes Ivo...

Análise e caracterização da tecnologia IEEE 802.11 para

aplicação na área dos transportes

Ivo FernandesEFACEC / FEUP

Plano

Tecnologias e Sistemas Actuais IEEE 802.11 Aplicações e Serviços Diminuição do handover Soluções Conclusões

Tecnologias

- Alto investimento (10 Mbps)- Apenas o downlink- Grande latência- Necessita sempre de LOS- Sensível às condições climatéricas

- Taxas de dados altos- Baixo investimento (1 Mbps)

1-10 MbpsSatélite

- Equipamentos da versão móvel ainda não disponíveis- Zona de espectro licenciada

- Taxas de dados alta- Longo alcance (5km por AP)

75 MbpsIEEE 802.16

- Baixo alcance (200 m)- Limitações de potência- Standard para acesso veicular em desenvolvimento

- Taxa de dados alta- Equipamento de baixo custo- Banda de frequência livre- Em constante desenvolvimento

54 MbpsIEEE 802.11

- Disponível em áreas muito restritas- Facturação pela quantidade de dados transferidos- 384 Kbps a 120 Km/h

- Taxa de dados média- A infra-estrutura de rede está em crescimento (inferior a UMTS)- Baixo investimento- Banda dos 450 MHz mais apropriada para sistemas móveis

2.4 MbpsCDMA 2000

- Disponível em áreas restritas- Facturação pela quantidade de dados transferidos- 384 Kbps a 120 Km/h

- Taxa de dados média- A infrastrutura de rede já existe- Baixo investimento

2 MbpsUMTS

- Taxa de dados baixa- Não disponível em Portugal

- A infrastrutura de rede já existe- Baixo investimento- Conexão até 300 Km/h

150 KbpsEDGE

- Taxa de dados baixa- A infrastrutura de rede já existe- Baixo investimento- Cobertura Nacional- Conexão até 300 Km/h

80 KbpsGPRS

DesvantagensVantagensDébito

Sistemas Actuais

A Icomera ganhou o primeiro contracto comercial na linha férrea sueca Linx em 2003

Instalações comerciais ou de teste já existem em 9 países (EUA, Canadá, França, Alemanha, Reino Unido, Espanha…)

Últimos desenvolvimentos 2006 As operadoras ferroviárias Capitol Corridor e BART anunciaram a

abertura de um concurso público para o fornecimento de uma conexão de banda larga nos seus comboios;

A Virgin Trains anuncia que planeia instalar soluções de Internet de banda larga para os seus passageiros em toda a sua linha;

O serviço comercial Pointshot é iniciado nos comboios da VIA Rail Canada;

Sistemas Actuais

ICOMERA Combina múltiplas tecnologias:

GPRS, UMTS e DAB WLAN dentro das carruagens Utiliza 6 links GPRS nos túneis

PointShot GPRS, UMTS, Satélite e WLAN

nas estações 370 APs nas estações na Virgin

Rails

Nomad Digital WLAN e Wimax Parceria com INTEL Até 6 Mbps bidireccionais Suporte até 130 Km/h

802.11


802.11 – Constituição

Constituição de uma rede 802.11 Modelo OSI Actuais e futuros protocolos Camada Física Sub camada MAC Débito móvel real Handover

802.11 – Constituição - Extendida

Interligação de BSSs Sistema de Distribuição layer 2 Alguns APs suportam 802.1Q (VLAN) Todos os APs com o mesmo ESSID (nome de rede) Overlapping de células

BSS

BSS

802.11 - Modelo OSI


802.11 - Modelo OSI

Camadas 1 Camada MAC 5 Camadas Físicas Mesma LLC (Logical Link Control) que ethernet ou token ring Camadas superiores iguais à ethernet (TCP/IP, UDP/IP) Camada física em 802.11 não é privada ao contrário de 802.3

802.11 - Protocolos


802.11 - Protocolos

Camada FísicaCamada FísicaLayer 1Layer 1

Subcamada MACSubcamada MACSub Layer 2Sub Layer 2

Camadas SuperioresCamadas Superiores

802.11b - HR/DSSS, 2.4 GHz, 11Mbps 802.11a - OFDM, 5GHz, 54Mbps 802.11g - HRP-OFDM, 2.4GHz, 54Mbps 802.11n - Mimo, 2.4 GHz, 360 Mbps

802.11 - MAC original 802.11d - Outros domínios fora EUA, EUR, CAN, JP,

AUS 802.11i - Segurança 802.11h - Europa, DFS e TPC 802.11j - Japão 802.11e - QoS 802.11d - Mesh Networks (WDS) 802.11k - Medição de Qualidade de Canal 802.11p - Comunicação auto/road e auto/auto (200

Km/h) 802.11r - Fast Roaming Between APs (50ms) 802.11w - Security Control Frames

802.11f - IAPP (Inter Access Point Protocol) 802.11c - Bridge Support

802.11 - Camada Física – OFDM

Constituição de uma rede 802.11 Modelo OSI Actuais e futuros protocolos Camada Física

802.11g HRP-OFDM, 2.4GHz, 54 Mbps 802.11a OFDM, 5GHz, 54 Mbps

Sub camada MAC Débito móvel real Handover

802.11 - Camada Física – 802.11a/g

802.11a - OFDM Banda Livre 5 GHz 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 20 MHz por canal 52 Subportadoras por canal (48 Dados + 4 Piloto) FEC para dados corrompidos TPC e DFS

802.11g - OFDM Banda ISM Livre 2.4 GHz 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 20 MHz por canal 52 Subportadoras por canal (48 Dados + 4 Piloto) FEC para dados corrompidos Preparado para receber tramas 802.11g ERP-OFDM e 802.11b

HR/DSSS

802.11 - Camada Física – Taxa Física

64-QAM

64-QAM

16-QAM

16-QAM

QPSK

QPSK

BPSK

BPSK

Modulação

21628863/454 Mbps

19228862/348 Mbps

14419243/436 Mbps

9619241/224 Mbps

729623/418 Mbps

489621/212 Mbps

364813/49 Mbps

244811/26 Mbps

Bits de Dados por Símbolo

Bits porSímbolo

Bits porSubportadora

CodingRate

Taxa

802.11 - Camada Física – Canais 802.11g

2400 – 2483.5 MHz

Gama de Frequências

WLAN, Bluetooth, Microondas, telefones spread spectrum, X10

100 mw(20dBm)

1, 7, 13

Aplicações NacionaisPotência P.I.R.E.

Canais

3 canais não sobrepostos de 20 MHz cada 13 canais sobrepostos (83.5 MHz)

802.11 - Camada Física – Canais 802.11a

5650 – 5725 MHz

5570 – 5650 MHz

5470 – 5570 MHz

5150 – 5350 MHz


WLANRádio Amador

1 W(outdoor)

132 136 140

WLANRádionavegação Marítima

1 W(outdoor)

116 120 124 128


1 W (outdoor)

100 104 108 112

WLAN200 mw (indoor)

36 40 44 48 52 56 60 64

Aplicações NacionaisPotênciaP.I.R.E.

Canais

19 canais não sobrepostos de 20 MHz cada 8 canais indoor (200 MHz) 11 canais outdoor (255 MHz)


TPC – Transmit Power Control Assegura cumprimento de limites de potência nacionais Transmissão de potência “just right” Evita interferência com WLANs vizinhas ou serviços de

satélite Aumenta tempo de vida das baterias Redução de 3dB se detectados serviços de satélite

DFS – Dynamic Frequency Selection Distribuição da carga na banda através de scan inicial Mudança de canal na presença de radares


Países onde não é permitida a utilização de 802.11a outdoor

Suiça República Checa França Grécia Marrocos Ucrânia Brasil

802.11 - Camada Física – Multi percursos

Resultante de reflexões, dispersão e difracção Vantagem – Permite que o sinal alcance locais NLOS Desvantagem

Cria desvanecimento do sinal Receptor necessita de nível de sinal superior Cria sobreposição de símbolos

802.11 - Camada Física – Multi percursos

Teste real com 802.11b Perda do sinal entre 1 a 7 dB Menor distância máxima para a mesma taxa de dados Espera-se que 802.11a e 802.11g lidem mais eficazmente

com as interferências inter simbólicas devido à modulação OFDM

802.11 - MAC – Acesso ao Meio



OFDM + CSMA/CA Um canal é atribuído a vários utilizadores via

OFDM O acesso partilhado ao meio é possível a partir de

CSMA/CA, uma variante do protocolo ALOHA.

802.11 - MAC – Carrier Sense

Escuta o meio fisicamente e virtualmente (NAV) durante período DIFS, SIFS, PIFS ou EIFS.

Se meio estiver livre, espera n slots de tempo aleatórios antes de transmitir escutando o meio fisicamente e virtualmente durante esse período. Evita que duas estações tentem transmitir ao mesmo tempo.

A estação com menor número de slots ganha o acesso e actualiza o NAV das restantes estações.

802.11 - MAC – Terminal Escondido

A transmite para B

C não ouve assumindo o meio livre (falha o carrier sense)

C transmite para B provocando colisão A não detecta colisão (falha colision detection) 10

802.11 - MAC – Terminal Escondido

Reserva do meio com Request to Send e Clear to Send (opcional)

RTS – trama de controlo enviada pelo emissor com a indicação do endereço do receptor e a duração da transmissão

CTS – trama enviada pelo receptor com a autorização e duração permitida.

802.11 - MAC – Outras Características

Factores do CSMA/CA importantes Sistema de acesso distribuído não existindo nenhum

controlador central que efectue a reserva do meio. Todas as tramas unicast têm de ser confirmadas

(ACK) CTS/RTS opcional Fragmentação – quanto mais pequenas as tramas

enviadas, menor é a interferência pelo efeito de doppler

Diferentes prioridades (802.11e)

802.11 - MAC – Métodos de acesso adicionais

PCF Point Coordinator Function AP coordena o acesso ao meio Proporciona esquemas de QoS Praticamente nenhum equipamento PCF

HCF (802.11e) ou WMM Coexiste com DCF Solução distribuída Até 8 classes de serviço (voice, multimedia,

background ..) AIFS (Arbitration Inter Frame Spacing) Wi-Fi WMM (Wireless Multimedia)


Constituição de uma rede 802.11 Modelo OSI Actuais e futuros protocolos Camada Física Sub camada MAC Débito Móvel Real Handover

802.11 – Débito Real sem deslocamento

9.1 Mbps802.11g CTS/RTS

54.8 Mbps42.9 Mbps108 Mbps802.11a Turbo

30.5 Mbps24.4 Mbps54 Mbps802.11g

30.5 Mbps24.4 Mbps54 Mbps802.11a

7.1 Mbps5.9 Mbps11 Mbps802.11b

Taxa Efectiva UDP

Taxa EfectivaTCP

Taxa Física

Débito Real = ½ Taxa Física Razão

IFS – Inter Frame Spacing Slots de tempo aleatórios ACK

Taxa Máxima atingida se existir apenas 1 utilizador por canal

12

802.11 – Débito Móvel Real

Universidade de Houston (Texas EUA)

Características do canal móvel simuladas (Spirent Comm)

802.11b TCP Taxa de transferência a 120 Km/h

decresce 37.5% em relação à taxa de dados efectiva com o TM em repouso.


Universidade de Bremen (Alemanha) Situação real na autobahn 802.11b e 802.11g TCP e UDP (RTP) Estação Fixa sem controlo de fluxo (taxas de erro

elevadas)


Decréscimo da taxa de dados efectivos em relação à situação em repouso

UDP 802.11b -> 40% (80 Km/h), 50% (120 Km/h), 54% (180 Km/h) TCP 802.11b -> 35% (80 Km/h), 25% (120 Km/h), 65% (180 Km/h)

TCP 802.11g 120Km/h -> 43% (14.5Mbps) a 63% (8.7Mbps)


Taxa de dados efectiva móvel apresenta uma perda de 50% relativamente à taxa de dados efectiva fixa (sem deslocamento do terminal).

Taxa de dados efectiva fixa apresenta uma perda de 50% relativamente à taxa física (valor especificado pelos equipamentos).

Taxa de dados efectiva móvel = Taxa Física

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Ex: Necessitamos 8Mbps reais Taxa Física = 4 x 8 Mbps = 32 Mbps Alcance máximo quando sensibilidade do TM = -77dBm

(36Mbps)

802.11 – Handover

Constituição de uma rede 802.11 Modelo OSI Actuais e futuros protocolos Camada Física Sub camada MAC Débito Móvel Real Handover

Layer 3 Layer 2

802.11 – Handover

Processo de troca de associação para um novo AP não interrompendo qualquer aplicação activa

Período de troca de AP 7 segundos (100 Km/h) 3.5 segundos (200 Km/h)

802.11 – Handover Layer 3

MobileIP Handover entre APs pertencentes a diferentes

subredes IP Introdução de novos elementos de rede (agentes de

mobilidade HA e FH) Após o handover de layer 2 (latência adicional) Não desejado

Internet

R

Terminal Móvel

R

RNetwork C

Home Agent

Terminal Móvel


Processo de troca de associação para um novo AP pertencente à mesma subrede IP

802.11 fornece suporte a mobilidade de layer 2 mantendo qualquer conexão activa

Todos os APs com o mesmo ESSID

802.11 – Handover layer 2

SWITCH

MAC1 => Porta 1

MAC2 => Porta 2

MACT => Porta 1

MAC1 MAC2

MAC1 => Porta 1

MAC2 => Porta 2

MACT => Porta 2

MAC1 => Porta 1

MAC2 => Porta 2

MACT => Porta 1


“Roaming in 802.11 is entirely driven by client decisions”

“break before make handover”

Mathew Gast, “802.11 Wireless Networks, The Definitive Guide”, O’Reilly, Abril 2005


Handover

1 - Decisão de troca de AP2 - Scanning3 - Decisão de conexão4 - Autenticação5 - Associação e actualização da

rede

Tempo sem conexão =ΔT2 + ΔT4 + ΔT5


1 - Decisão de troca de AP

Método não standarizado decisão a partir do número de retransmissões da mesma

trama (frame_retry_counter) decisão a partir da qualidade actual do sinal

(RSSI_Threshold)

Método em equipamentos disponíveis RSSI_Threshold Valor por defeito exageradamente baixo que leva até 4

segundos de comunicação degradada.

Quando o TM decidir abandonar o AP actual, a conexão nível 2 é quebrada mas a aplicação fica em standbye.


1 - Decisão de troca de AP Solução

Alterar RSSI_Threshold para um valor concordante com a taxa de dados contínua desejada.

Ex: 8 Mbps -> -77dBm; logo RSSI-Threshold=-75dBm


2 – Scanning

Processo utilizado pelo TM para procurar por novos APs presentes na sua área de cobertura

Scanning Passivo – O TM espera pela informação enviada pelos APs

Scanning Activo – O TM sonda os vários APs forçando-os a responder

O TM efectua o scan em todos os canais de frequência definidos pela tecnologia (13 canais 802.11b/g; 11 canais outdoor 802.11a)

Número de canais pode ser definido pelo parâmetro channel_list.


2.1 – Scanning Passivo

TM desloca-se para cada canal e aguardapor beacons enviados pelos APs presentesnesse canal.

Geralmente tempo entre beacons = 100 ms. Tenho de esperar 100ms em cada canal para não perder beacons

Em 11 canais a latência envolvida é de ΔT2 = 11x100ms = 1100ms (sem contar com o tempo de comutação de canal = 5 a 19 ms)

A maior parte dos equipamentos utiliza scanning activo

Optar por scanning activo


2.1 – Scanning Activo

TM desloca-se para cada canal e envia um probe request aguardando por uma resposta imediata por parte dos APs presentes nesse canal.

Probe request é enviado a todos os APs presentes no canal mas é possível definir qual o AP que queremos que responda (a partir do ESSID).


2.1 – Scanning Activo

Latência total de scanning activo ΔT2 < 649ms (11 canais)

Caso 3 canais ΔT2 < 177ms Caso 2 canais ΔT2 < 118ms Caso 1 canal ΔT2 < 40ms

Se diminuirmos o Max_Channel_Time para 10 ms ΔT2 = 87ms (3 canais); 58ms (2 canais); 10ms (1 canal).


2.1 – Scanning Activo Interferência inter células vs reutilização de frequências

0 m 200 m 400 m 600 m-400 m -200 m 800 m

220 m

Vestígios do sinal alcançam o dobro além alcance do sinal

Vestígios do sinal interferem até 4/3 do alcance do sinal


2.1 – Scanning Activo 22.5

Interferência dentro da célula de associação resolvida com RTS/CTS Interferência inter células => resolvida com distância entre TMs

< 177 msna3 Canais

< 118 ms> 420 m2 Canais

< 40 ms> 420 m1 Canal

Latência de handoffΔT2

Distância entre

veículos


3 – Decisão de conexão

Após o scanning, o TM reúne a informação recebida de todos os APs na vizinhança e decide a qual se ligará a seguir.

A escolha do AP depende de vários factores tais como a qualidade do sinal, velocidades suportadas, esquema de segurança adoptado...

O mais importante é o ESSID. Um TM pode decidir apenas se ligar a um AP que possua o mesmo nome de rede.

Se todos os APs estiverem no mesmo canal o TM periodicamente recebe beacons de APs na mesma frequência e decide mudar caso outro AP ofereça melhor SNR. O processo de scanning desaparece.


4 - Autenticação

Após TM decidir qual AP se quer conectar. Necessita provar à rede que tem permissão para usufruir dos seus

serviços.

4 métodos possíveis Open System Shared Key 802.1X/EAP Pre-Shared Key

O método Open System e Shared Key não asseguram a autenticação fiável de um TM


4.1 – Autenticação 802.1X/EAP Sempre que um TM troca de AP De acordo com o standard 802.11i TM autentica-se a um servidor (Radius) Processo de autenticação via

EAP (EAP-TLS, EAP-SIM, PEAP,…) O servidor distribui a mesma chave ao TM

e ao AP (PMK=256bits) AP e TM geram chave PTK utilizada para

a encriptação de dados (CCMP) É gerada uma chave PMK e PTK para cada

sessão

ΔT4 > 1 segundo


4.1 – Autenticação PSK APs e TM possuem a mesma chave PMK Chave PTK gerada é diferente a cada sessão Apenas se efectua o 4-way handshake 4-Way Handshake pode comprometer a chave

(802.11i pág 47) Método não aconselhado pelo fórum Wi-Fi para

redes empresariais

ΔT4 < 60 ms


4.1 – Autenticação PSK

X = 384 bits para CCMP

Encriptação de dados 128 bits


4.1 – Autenticação PSK

Mensagem 3 e 4 encriptadas com KCK

Só existe falha se um TM autorizadocapture as 2 primeiras mensagensdo 4-Way Handshake (anonce e snonce)

Nenhuma falha encontrada até hoje utilizando PSK-CCMP!!!!!


5 – Associação e registo na rede

Associação consiste na troca de duas tramas. O registo do TM no sistema de distribuição de layer 2 é efectuado

pelo AP a partir de um gratious ARP enviado para a rede. Assim o endereço MAC do TM é associado à porta Router/Switch ao

qual o novo AP está associado. A transferência de dados encriptados pode-se iniciar.

ΔT4 = 30 ms


Conclusão

TM deve permitir definir o RSSI_Threshold e o Channel_List

Scanning e Autenticação contribuem com 90% do tempo de handover total

Mais de 1 segundo sem comunicaçãoutilizando autenticação 802.1X/EAP

300 ms sem comunicação utilizando autenticação PSK

As aplicações suportam estes atrasos?<267 msd) 3 canais + PSK

>1207 msc) 3 canais + 802.1X/EAP

<857 msb) 13 canais + PSK

>1797 msa) 13 canais + 802.1X/EAPTotal

30 ms5 – Associação e registo na rede

<60 msPSK

>1000 ms802.1X/EAP4 – Autenticação


767 ms13 canais

177 ms3 canais2 – Scanning Activo

1 – Decisão de troca de AP (TM OPTIMIZADO)

LatênciaOperação

Aplicações e Serviços


Aplicações e Serviços - Rede no veículo

802.11g obrigatório para os utilizadores Rede de nível 3 MAC do interface 802.11a é o único que deve ser visto

para o exterior

Aplicações e Serviços - Requisitos

Latência de handover a alcançar: < 150 ms

Actualmente < 267 ms utilizando PSK< 1207 ms utilizando

802.1X/EAP

1-20 Mbit/s1-100 Mbit/s8-32 kbit/sTaxa de Dados

< 1%0< 5%Perda de Pacotes

< 400 ms< 400 msAtraso Tolerável

< 150 ms< 150 msAtraso Óptimo

VídeoDadosVoz

Diminuição do Handover

TM deve permitir definir o RSSI_Threshold e o Channel_List

Mais de 1 segundo sem comunicaçãoutilizando autenticação 802.1X/EAP

300 ms sem comunicação utilizando autenticação PSK

As aplicações suportam estes atrasos?

NÃO267 msd) 3 canais + PSK

1207 msc) 3 canais + 802.1X/EAP

857 msb) 13 canais + PSK

1797 msa) 13 canais + 802.1X/EAPTotal

30 ms5 – Associação e registo na rede

60 msPSK

1000 ms802.1X/EAP4 – Autenticação


767 ms13 canais

177 ms3 canais2 – Scanning Activo

1 – Decisão de troca de AP (TM OPTIMIZADO)

LatênciaOperação

Diminuição do HandoverProtocolos para acelerar o processo de Handover

802.11r Utiliza Pre-Authentication 802.11X/EAP (latência de autenticação resolvida) Utiliza novo método Fast Scanning (latência de scanning resolvida) Handover < 50 ms Disponível em 2007 ?

802.11p WLAN em veículos 160 Km/h Inicialmente para a banda licenciada 5.9GHz Comunicação entre veículos (mesh) Disponível em 2008 ?

Diminuição do HandoverSoluções para diminuir a fase de Scanning (Decisão do TM)

SynScan Utiliza Scanning Passivo TM sabe o instante exacto de quando deve mudar de canal para ouvir os

“beacons”. Distribui o processo de scanning. Quando o TM decide trocar de AP, já sabe

a qual se vai conectar Handover Scanning = 0 s Código disponível (Linux Driver MadWifi) Necessita sincronização exagerada da rede Necessita instalar software no TM e AP


CrewMan Background Scanning Guarda uma lista com os 2 melhores APs encontrados no primeiro scanning Periodicamente interrompe a ligação e faz um active scanning a cada AP

actualizando o valor de qualidade de sinal desses APs na lista Quando a qualidade de sinal desce de um limiar RSSI, conecta-se

directamente ao novo AP Handover scanning = 0 ms Código disponível (Linux Driver MadWifi) (Cliente) Background scanning diminui a capacidade na rede e a sua eficácia quando

um TM se movimenta deve ser estudada


MultiScan 2 cartas Wi-Fi Mesmo endereço MAC. 2 Interfaces vistos como um só Interface Primário transfere dados com AP1 Interface Secundário em Scanning

CÓDIGO NÃO DISPONÍVEL


Quando sinal do AP1 possuir qualidade < limiar ath1 inicia associação com AP2 mas ath0 continua a transferir dados com

AP1 Quando eth1 estiver autenticado ao AP2, todo o tráfego é enviado por eth1 eth0 e eth1 trocam de papel Switchs vão conter momentaneamente o mesmo endereço MAC associado a

duas portas diferentes. Suportável!

Handover Total poderá ser = 0 segundos (PSK) Talvez se consiga realizar a autenticação 802.1X/EAP Módulo que assenta em cima dos drivers


Init: Initial_comm ath0Buffers ath0monitor_beacons eth0scanning_eth1

Scanning_eth1: scan ath1if (RSSI > x & ESSID == Rede){

init_assoc eth1init_PSK eth1select eth1}

Select_eth1: Buffers eth1lasthope eth0desassoc eth0monitor beacons eth1scanning_eth0

TEMPO DE HANDOVER POSSÍVEL = 0ms!!!!

Diminuição do HandoverSoluções para diminuir a fase de autenticação 802.1X/EAP

(Decisão dos APs e do TM)

Pre-Authentication 802.11i Especificações adicionais de segurança Diminui o tempo de autenticação durante o handover Comunicação entre APs (IAPP)

Procedimento 1ª autenticação com a rede demora 1 segundo (Autenticação Completa 802.1X Radius) TM utiliza o AP, a que se encontra associado, para se pré autenticar aos APs vizinhos a partir do sistema de distribuição Quando o TM muda de AP apenas tem de efectuar o 4-Way HandShake (60 ms)

Nenhum fabricante a implementa! 38

Diminuição do HandoverSoluções para diminuir a fase de autenticação 802.1X/EAP

(Decisão dos APs e do TM)

Pre-Authentication PKC (Proactive Key Caching) Solução anterior aumenta a complexidade dos APs Método desenvolvido pela AireSpace, Funk Software e Atherors

Solução: Switch é o novo autenticador da rede

Procedimento 1º - Inicialmente o TM (supplicant) efectua uma autenticação 802.1X/EAP

completa Radius 2º - É derivada uma chave PMK dessa autenticação 3º - Essa chave é enviada ao Switch 4º - Por sua vez, o switch distribui a mesma chave a todos os APs. 5º - Quando o TM trocar de AP apenas terá de efectuar o 4-Way Handshake (60

ms) 6º - Chave tem um tempo de vida, que quando termina, obriga o TM a efectuar

uma nova autenticação 802.1X/EAP completa

“Mobility Switchs”

Diminuição do Handover

30 msAssociação e actualização da rede

<60 msPre-authentication PKC

<60 msPre-authentication 802.11i

<60 msAutenticação PSK

>1000 msAutenticação 802.1XAutenticação

Ao AP que possua mesmo ESSIDDecisão de Conexão

?Proprietário

26 msCrewMan

0 msMultiScan

177 msChannel_List = 3 canaisScanning Activo

A partir da qualidade de sinal actualDecisão de troca de AP

LatênciaOperação

Soluções


Soluções

2.4GHz ou 5GHz? Soluções com equipamentos normais Soluções com “mobility switch” Soluções específicas para veículos

Soluções – 2.4 GHz ou 5 GHz?

Devemos escolher802.11a

Obrigatório TPC DFS

Zona de espectro sobrelotada. Bluetooth opera também nesta banda. Probabilidade de interferência muito alta

83.5 MHz permitem 3 canais de 20MHz não sobrepostos

Menor atenuação logo maior alcance.

Potência emitida de 100 mW (20 dBm)

Zona de espectro com menor utilização. Probabilidade de interferência muito baixa

255 MHz permitem 11 canais de 20MHz não sobrepostos. Desce ainda mais a probabilidade de interferência

Maior atenuação e maior sensibilidade a obstáculos.

Potência emitida de 1 W (30 dbm). Permite níveis de potência mais elevados compensando as perdas de propagação. Alcance semelhante a 802.11g a 100 mw.

802.11b/g (2400 a 2483.5 MHz)

IEEE 802.11a (5470 a 5725 MHz)

Soluções – 2.4 GHz ou 5 GHz

5650 – 5725 MHz

5570 – 5650 MHz

5470 – 5570 MHz

5150 – 5350 MHz


WLANRádio Amador

1 W(outdoor)

132 136 140


1 W(outdoor)

116 120 124 128


1 W (outdoor)

100 104 108 112

WLAN200 mw (indoor)

36 40 44 48 52 56 60 64

Aplicações NacionaisPotênciaP.I.R.E.

Canais

Utilizando 3 canais, o sistema deverá operar nos 5650 MHz

Possíveis interferências com comunicações de Rádio Amador

Rádio Amador é banda estreita, menor interferência global.

Soluções


Soluções – Equipamentos Normais

Disponíveis e de baixo custo

31 APs 90 TMs

Equipamentos suportados por drivers Linux open source (MadWifi e Host AP)

Optimização do processo de scanning e autenticação por desenvolver

MultiScan será uma hipótese a considerar

ESSID (nome do AP a associar) Decisão de Conexão

ChannelListMaxChannelTime (opcional)MinChannelTime (opcional)

Scanning

RSSI_ThresholdRetry_Threshold (opcional)

Decisão de Troca de AP

Handover 802.11Parâmetros Configuráveis

WMMWMMQoS

802.1X/EAP (WPA2)802.1X/EAP (WPA2)Autenticação

CCMP (WPA2)CCMP (WPA2)Encriptação

Segurança

IEEE 802.3afIEEE 802.3af (opcional)Power Over Ethernet

Conector para antena externaConector para antena externaAntena

TPS e DFSTPS e DFSRegulamentos obrigatórios

3 (canal 132, 136 e 140)3 (canal 132, 136 e 140)Número de canais mínimo

5470-5725 MHz 5470-5725 MHz Frequência

IEEE 802.11aIEEE 802.11a Standard

Características

APTM

Soluções – Equipamentos Normais

Autenticação PSK 267 ms de latência não é uma boa solução

Troca de duas tramas mais a actualização da rede

30ms5 – Associação e actualização do sistema de distribuição

60ms4 – Autenticação PSK

O TM escolhe o AP que possui o mesmo ESSID


Scanning a três canais177 ms87 ms

Três CanaisTrês canais optimizado (a testar)

2 - Scanning

Os TMs decidem abandonar o AP a partir do valor RSSI

1 - Decisão de Troca de AP

DescriçãoLatênciaOperações de handover 802.11

177 msOptimizado

0 msMultiScan

267 msNormal

Soluções


Soluções – Mobility Switch

Diminuem a latência de reautenticação 802.1X/EAP APs não comunicam entre si. O switch realiza a distribuição de chaves a todos os APs

associados. TM quando troca de AP apenas efectua o 4-Way Handshake (60 ms)

Realizam operações adicionais Detecção de TMs e APs não autorizados PoE WPA/WPA2 WMM

Obrigam a utilização de APs do mesmo fabricante (Aruba, Aerospace, Cisco, Trapeze…)

O problema do Scanning mantém-se (177 ms)? Aparentemente, apenas a Cisco oferece uma solução em que diminui esta latência.

Soluções – Switchs de Mobilidade

Cisco Fast Secure Roaming System

Solução completa da Cisco

Handover total inferior a 150 ms

Switch realiza distribição de chaves

TMs com scanning optimizado

Possui um TM pronto a instalar noveículo


Cisco Fast Secure Roaming System

Decisão de abandono do AP é configurável Nº de retransmissões da mesma trama Taxa de dados actual

Scanning AP e TM trocam informação acerca dos canais

vizinhos Posso ter APs em qualquer canal

Autenticação 1º Autenticação = 802.1X/EAP = 1.2 segundos Em handover, autenticação < 60 ms


Cisco 3200 Mobile Router

Interfaces 4.9 GHz 802.11 a/b/g UMTS Satélite Interfaces

Portas Fast e Gigabit Ethernet, USB, outras…

Outras características 256 MB DRAM, 64MB flash Mobile IP NAT over Mobile IP DHCP Firewall Resistência ao choque e a condições climatéricas Refrigeração interna e sensor de temperatura…

Soluções


Soluções – Específicas – AirSpan Vianet

802.11a/g

Suporta TPC Não suporta DFS

Solução completa APs, Servidor e TMs 2 cartas Wifi por TM (MultiScan)

Até 80 Km/h 5 a 10 Mbps Autenticação PSK

Solução pouco interessante!

Soluções – Específicas – Allied Telesyn

802.11a/g

Suporta TPC Não suporta DFS

Solução completa APs, Servidores e TMs Até 260 Km/h 4 Mbps Não necessita mesma handover layer 2 Autenticação desenvolvida pela Allied Telesyn

Solução interessante!

Soluções – Específicas – Proxim MP11

802.11a/g

Suporta TPC Suporta DFS

Solução completa APs e TMs 2 cartas wifi por TM (Multiscan)

Protocolo de segurança WORP Permite autenticação a servidor Radius (802.1x/EAP ?) Até 200 Km/h Mbps ? Handover < 40 ms QoS

Solução interessante

Soluções


Conclusões

Gerais É possível utilizar 802.11 em ambientes veiculares Standard 802.11r (2008) e 802.11p (2009) irão resolver as dificuldades da

mobilidade. Aplicações necessitam de latência < 150 ms

Utilizando 802.11i Pre-Authentication obriga a utilização da solução completa de um fabricante (Cisco, Trapeze, Aruba…)

Esquemas de segurança aceites - 802.1X/EAP e PSK Máxima segurança - Cisco (solução proprietária) Máximo desempenho - Cisco

Utilizando drivers linux -> 177ms < handover < 267ms “Utilizando” Multiscan -> handover=0 Utilizando Cisco -> handover < 150ms Utilizando Proxim-> handover < 40ms

Conclusões

Técnicas Alterando o tamanho das tramas posso melhorar o desempenho

do sistema O local a instalar os APs pode introduzir uma perda de 6dB Número mínimo de canais a utilizar = 3 Taxa móvel efectiva máxima entre 8.7 e 14.5 Mbps Handover

Break Before Make Make before Break apenas com MultiScan Soluções proprietárias (Cisco, Proxim)

Conclusões

Vantagens do desenvolvimento

Diminuição do custo da solução final Construção de uma solução 99% EFACEC

Aplicações para transportes públicos Redes empresariais Sistemas de localização VoIP ……

Análise e caracterização da tecnologia IEEE 802.11 para aplicação na área dos transportes Ivo...

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