Redes de Computadores 2Parte 14 camada fisica e comunicacao sem fio

tecnologias de redes sem fio

Prof. Kleber Vieira Cardoso

Tpicos

LANs sem fio 802.11 (WiFi) Outras tecnologias: Bluetooth (802.15.1),

Zigbee (802.15.4), WiMAX (802.16) Acesso celular Internet

arquitetura padres (ex.: GSM, LTE)

LAN sem fio IEEE 802.11

802.11b espectro nao licenciado de 2,4-5

GHz at 11 Mbps Direct Sequence Spread Spectrum

(DSSS) na camada fisica todos os hospedeiros usam o

mesmo cdigo de chipping

802.11a intervalo 5-6 GHz at 54 Mbps

802.11g Intervalo 2,4-2,5 GHz at 54 Mbps

802.11n: mltiplas antenas intervalo 2,4-5 GHz at 600 Mbps

todos usam CSMA/CA para acesso mltiplo todos tm verses de estacao-base e rede ad-hoc

Arquitetura de LAN 802.11

hospedeiro sem fio se comunica com estacao-base

estao-base = ponto de acesso (AP)

Basic Service Set (BSS) (ou clula) no modo de infraestrutura contm:

hospedeiros sem fio ponto de acesso (AP):

estao-base modo ad hoc: apenas hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub, comutadorou roteador

802.11: Canais, associacao

802.11b: espectro de 2,4 GHz-2,485 GHz dividido em 11 canais em diferentes frequncias Admin. do AP escolhe frequncia para AP possivel interferncia: canal pode ser o mesmo

daquele escolhido pelo AP vizinho! hospedeiro: precisa associar-se a um AP

varre canais, escutando quadros de sinalizao contendo nome do AP (SSID) e endereco MAC

seleciona AP para associar-se pode realizar autenticacao normalmente rodar DHCP para obter

endereco IP na sub-rede do AP

802.11: varredura passiva/ativa

Varredura ativa: (1)Broadcast de quadro de solicitacao

de investigacao de H1(2)Quadro de resposta de investigaces

enviado de APs(3)Quadro de resposta de associacao

enviado: H1 para AP selecionado(4)Quadro de resposta de associacao

enviado: AP selecionado para H1

Varredura passiva: (1)quadros de sinalizacao enviados

dos APs(2)quadro de solicitacao de

associacao enviado: H1 para AP selecionado

(3)quadro de resposta de associacao enviado: H1 para AP selecionado

AP 2AP 1

H1

BBS 2BBS 1

12 3

1 AP 2AP 1

H1

BBS 2BBS 1

122

3 4

IEEE 802.11: acesso mltiplo evita colises: 2 ou + ns transmitindo ao mesmo tempo 802.11: CSMA detecta antes de transmitir

nao colide com transmissao continua de outro n 802.11: sem deteccao de colisao!

dificil de receber (sentir colises) na transmissao devido a sinais recebidos fracos (desvanecimento)

nao pode sentir todas as colises em qualquer caso: terminal oculto, desvanecimento

objetivo: evitar colises: CSMA/C(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

As signalstrength

Cs signalstrength

Protocolo MAC IEEE 802.11: CSMA/CA

remetente 802.111 se sentir canal ocioso para DIFS entao

transmite quadro inteiro (sem CD)2 se sentir canal ocupado entao

inicia tempo aleatrio de backoff temporizador conta regressivamente enquanto

canal est ocioso transmite quando temporizador expira se nao h ACK, aumenta intervalo de backoff

aleatrio, repete 2receptor 802.11- se quadro recebido OK retorna ACK aps SIFS (ACK necessrio devido ao

problema de terminal oculto)

emissor receptor

DIFS

dados

SIFS

ACK

Evitando colises (mais)

ideia: permite que remetente reserve canal em vez de acesso aleatrio aos quadros de dados: evitar colises de quadros de dados longos

remetente primeiro transmite pequenos pacotes request-to-send (RTS) BS usando CSMA RTSs ainda podem colidir uns com os outros (mas sao curtos)

BS envia por difusao clear-to-send (CTS) em resposta a RTS CTS escutado por todos os ns

remetente transmite quadro de dados outras estaces adiam transmisses

Evite colises de quadro de dadoscompletamente usando pequenos pacotes de reserva!

Prevencao de colisao: troca RTS-CTS

APAB

tempo

RTS(A)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A)

colisao de reserva

adiamento

controlede quadro duracao

endereco1

endereco2

endereco4 carga til CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

controlede seq.

endereco3

Quadro 802.11: enderecamento

Endereco 2: endereco MACdo hosp. sem fio ou AP transmitindo este quadro

Endereco 1: endereco MACdo hosp. sem fio ou AP a receber este quadro

Endereco 3: endereco MAC da interface do roteador ao qual AP est conectado

Endereco 4: usado apenas em modo ad hoc ou WDS

InternetroteadorH1 R1

end. MAC AP end. MAC H1 end. MAC R1

endereco 1 endereco 2 endereco 3

quadro 802.11

end. MAC R1 end. MAC H1

endereco destino endereco origem

quadro 802.3

Quadro 802.11: enderecamento (2)

controlequadrol duracao

endereco1

endereco2

endereco4

endereco3 carga til CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

cont.seq.

Tipo DeAPSubtipoParaAP

Maisfragm. WEP

Maisdados

Ger.energiaRetry Rsvd

Versaoprotocolo

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Quadro 802.11: mais

duracao do tempo de transmissaoreservado (RTS/CTS)

# seq. quadro(para RDT)

tipo quadro(RTS, CTS, ACK, dados)

hub ou comutador

AP 2AP 1 H1

BBS 2

BBS 1

802.11: mobilidade dentro da mesma sub-rede

roteador H1 permanece na

mesma sub-rede IP: endereco IP pode permanecer o mesmo

comutador: qual AP est associado a H1? autoaprendizagem:

comutador ver quadro de H1 e lembrar qual porta do comutador pode ser usada para alcancar H1

802.11: capacidades avancadasAdaptao de taxa estacao-base, disp.

mvel muda taxa de transmissao dinamicamente (tcnica de modulacao da camada fisica) enquanto mvel se move, SNR varia

QAM256 (8 Mbps)QAM16 (4 Mbps)BPSK (1 Mbps)

10 20 30 40SNR(dB)

BER

10-1

10-2

10-3

10-5

10-6

10-7

10-4

ponto operacional

1. SNR diminui, BER aumenta quando n se afasta da estacao-base

2. Quando BER se torna muito alto, passa para taxa de transmissao inferior, mas com BER mais baixo

Gerenciamento de energia n-para-AP: Vou dormir at o prximo quadro de

sinalizacao AP sabe no transmitir quadros para esse n n acorda antes do prximo quadro de sinalizao

quadro de sinalizacao: contm lista de estaces mveis com quadros AP-para-mvel esperando para serem enviados n permanecer acordado se quadros AP-para

forem enviados; caso contrrio, dorme novamente at prximo quadro de sinalizao

Tpicos

LANs sem fio 802.11 (WiFi) Outras tecnologias: Bluetooth (802.15.1),

Zigbee (802.15.4), WiMAX (802.16) Acesso celular Internet

arquitetura padres (ex.: GSM, LTE)

Mraio decobertura

S

SS

P

P

P

P

M

S

Dispositivo mestre

Dispositivo escravo

Disp. estacionado (inativo)P

802.15: rede de rea pessoal

menos de 10 m de dimetro substituta para cabos (mouse,

teclado, fones) ad hoc: sem infraestrutura mestre/escravos:

escravos solicitam permissao para enviar (ao mestre)

mestre concede solicitaces 802.15: evolucao da

especificacao Bluetooth banda de rdio 2,4-2,5 Ghz Utiliza FHSS (Frequency-Hopping

Spread Spectrum) at 4 Mbps

Piconet

Zigbee Foco em aplicaces que demandam ainda

menos recursos que Bluetooth Ou seja, menos energia, menos vazao e menor uso

(lower duty-cycle) Exemplos: sensores domsticos de temperatura e

luminosidade, trancas eletrnicas, interruptores Taxas de transmissao: 20 a 250 Kbps Ns Zigbee podem ser de dois tipos:

Dispositivo de funcao reduzida opera como dispositivo escravo

Dispositivo de funcao completa pode operar como dispositivo mestre e mltiplos dispositivos desse tipo podem formar uma rede em malha

Zigbee (2) Implementa mecanismos de outras tecnologias de

camada de enlace Quadros de sinalizacao (beacon) e reconhecimento de

camada de enlace (similar a 802.11) CSMA com backoff exponencial (similar a 802.11 e

Ethernet) Slots fixos e com alocacao garantida (similar a DOCSIS)

Pode ser configurada de muitas maneiras Exemplo: um nico dispositivo de funcao completa

controlando mltiplos dispositivos de funcao reduzida usando slots e beacon

802.16: WiMAX como 802.11 & celular: modelo

de estacao-base transmisses de/para estacao-

base por hospedeiros com antena omnidirecional ou setoriza

transporte de estacao-base para estacao-base com antena ponto-a-ponto (altamente direcional)

diferente de 802.11: intervalo de ~6 milhas taxa de ~14 Mbps

ponto-a-multiponto

ponto-a-ponto

Tpicos

LANs sem fio 802.11 (WiFi) Outras tecnologias: Bluetooth (802.15.1),

Zigbee (802.15.4), WiMAX (802.16) Acesso celular Internet

arquitetura padres (ex.: GSM)

Centro decomutacao

mvel

Rede de telefonepblica e Internet

Centro decomutacao

mvel

Componentes da arquitetura de rede celular

conecta clulas rede remota gerencia conf. chamada (adiante!) trata da mobilidade (adiante!)

MSC

cobre regiao geogrfica estao-base (BS) semelhante a 802.11 AP usurios mveis se conectam rede por BS interface-ar: protocolo da camada fisica e enlace entre estacao mvel e BS

clula

rede com fio

Redes de celular:o primeiro salto

Duas tcnicas para compartilhar espectro de rdio de estacao mvel-para-BS

FDMA/TDMA combinado: dividem espectro em canais de frequncia, dividem cada canal em intervalos de tempo

CDMA: Code Division Multiple Access bandas defrequncia

intervalos de tempo

Padres de tecnologia celular

Sistemas 2G: canais de voz IS-136 TDMA: FDMA/TDMA combinados (Amrica do

Norte) GSM (Global System for Mobile communications):

FDMA/TDMA combinados mais implementado

IS-95 CDMA: Code Division Multiple Access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGE

CDMA-2000UMTS Nao se afogue em uma sopa de

letrinhas: use isso apenas como referncia

sistemas 2.5 G: canais de voz e dados para os que nao podem esperar pelo servico 3G: extenses 2G General Packet Radio Service (GPRS)

evolucao do GSM dados enviados em mltiplos canais (se disponiveis)

Enhanced Data rates for Global Evolution (EDGE) tambm evoluido do GSM, usando modulacao avancada taxas de dados de at 384K

CDMA-2000 (fase 1) taxas de dados de at 144K evoluido do IS-95

Padres de tecnologia celular (2)

sistemas 3G: voz/dados Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS)

servico de dados: High Speed Uplink/Downlink Packet Access (HSDPA/HSUPA): 3 Mbps

CDMA-2000: CDMA em intervalos TDMA servico de dados: 1 x Evolution Data Optimized

(1xEVDO) at 14 Mbps

Padres de tecnologia celular (3)

BSCBTS

Base transceiver station (BTS)

Base station controller (BSC)

Mobile Switching Center (MSC)

Assinantes mveis

Base station system (BSS)

Legenda:

2G (voz) arquitetura da rede

MSC

RoteadorMSC

G Redetelefnicapblica

3G (voz+dados) arquitetura da rede

radionetwork controller

MSC

SGSN

Redetelefnicapblica

RoteadorMSC

G

Serving GPRS Support Node (SGSN)

Gateway GPRS Support Node (GGSN)

Internetpblica

GGSN

G

Detalhe importante: nova rede celular de dados opera em paralelo (exceto na borda) com a redecelular de voz Rede de voz permanece sem alteraes no ncleo Rede de dados opera em paralelo

radionetwork controller

MSC

SGSN

RoteadorMSC

G

GGSN

G

Rede de acesso ao rdioUniversal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)

Ncleo da redeGeneral Packet Radio Service

(GPRS) Core Network

Internetpblica

Interface de rdio(WCDMA, HSPA)

Redetelefnicapblica

Internetpblica

3G (voz+dados) arquitetura da rede (2)

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