1 / 27

Bežične lokalne mreže Wireles LANs ( WLANs )

Bežične lokalne mreže Wireles LANs ( WLANs ). Studij FER-2 Studijski program Računarstvo VI semestar Modul Telekomunikacije i informatika Predmet Lokalne mreže (preporučeni izborni predmet modula). doc. dr.sc. Željko Ilić. IEEE 802.11: arhitektura.

rhoda-odonnell
Download Presentation

Bežične lokalne mreže Wireles LANs ( WLANs )

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Bežične lokalne mrežeWireles LANs (WLANs) Studij FER-2 Studijski program Računarstvo VI semestar Modul Telekomunikacije i informatika Predmet Lokalne mreže (preporučeni izborni predmet modula) doc. dr.sc. Željko Ilić

  2. IEEE 802.11: arhitektura • Standard IEEE 802.11 (1997.)  definira fizički sloj (engl. Physical layer) i podsloj kontrole pristupa mediju (engl. Medium Access Control sublayer) za bežične lokalne mreže (engl. Wireless LANs) • prijenosni ili distribucijski sustav (DS, engl. Distribution System) • pristupne točke (AP, engl. Access Points) • bežični prijenosni medij (engl. wireless medium) • stanice (engl. stations) • skup osnovne usluge (BSS, engl. Basic Service Set) • SSID (Service Set IDentifier)  oznaka BSS-a; • skup proširene usluge (ESS, engl. Extended Service Set) Topologije WLAN-ova • topologija sabirnice ili infrastrukturna topologija • neovisna ili ad-hoc topologija Bežične lokalne mreže

  3. IEEE 802.11: referentni model • fizički sloj • PLCP (engl. Physical Layer Convergence Procedure); • PMD (engl. Physical Medium Dependent). • sloj podatkovnog linka • podsloj kontrole pristupa mediju (MAC, engl.Medium Access Control); • podsloj logičke kontrole linka (LLC, engl.Logical Link Control); • upravljanje podslojem MAC (engl. MAC Layer Management Entity) • čuvanje informacije o vremenskoj usklađenosti stanica i pristupne točke; • reguliranje snage odašiljanja za pojedinu stanicu; • pridruživanje i preusmjeravanje pridruživanja stanice s pristupne točke; • održavanje baze upravljačkih informacija (MIB, engl. Management Information Base) o sloju MAC; • upravljanje fizičkim slojem • prilagodba različitim uvjetima na linku; • održavanje baze upravljačkih informacija (MIB) o fizičkom sloju; • upravljanje stanicom • međudjelovanje između upravljanja podslojem MAC i upravljanja fizičkim slojem; Bežične lokalne mreže

  4. IEEE 802.11:fizički sloj (prijenosne tehnike) • Na osnovu prijenosne tehnike bežični LAN-ovi se dijele na: • LAN-ovi s proširenim spektrom (SS, engl. Spred Spectrum) • tehnikaizravnog slijeda u proširenom spektru (DSSS, engl. Direct Sequence Spread Spectrum); • tehnika frekvencijskog skakanja u proširenom spektru (FHSS, engl. Frequency Hopping Spread Spectrum). • mikrovalni radio LAN-ovi • tehnika frekvencijskog multipleksa ortogonalnih podnosilaca (OFDM, engl. Orthogonal Frequency Division Multiplexing); • LAN-ovi koji koriste infracrveno zračenje • usmjereno zračenje; • difuzno (raspršeno) zračenje (DFIR, engl. Diffuse Infrared). Bežične lokalne mreže

  5. Tehnika izravnog slijeda • Ideja: proširenje spektra izvornog signala • DSSS predajnik: NRZ koder + koder pseudoslučajnog (PS) slijeda • standard IEEE 802.11 koristi 11-bitni Barkerov PS slijed (10110111000) • Širina spektra odaslanog signala jednaka je dvostrukoj brzini slanja chipova. Ako je brzina 11 Mchip/s, tada širina spektra prijenosnog signala nakon modulatora iznosi 22 MHz; • Barkerov PS slijed se koristi za prijenosne brzine 1 i 2 Mbit/s uz modulacijske tehnike DBPSK (1 Mbit/s) i DQPSK (2 Mbit/s) • za prijenosne brzine 5,5 Mbit/s i 11 Mbit/s koristi se metoda komplementarnog kodiranja (CCK, engl. Complementary Code Keying) i modulacija QPSK Bežične lokalne mreže

  6. Tehnikaizravnog slijeda - radni kanali • 14 radnih kanala svaki širine 5 MHz • ISM (engl. Industrial, Scientific and Medical) pojas prijenosa (902-928 MHz, 2,4 – 2,4835 GHz, 5,725 – 5,85 GHz) • Max. snaga odašiljanja • ETSI 100 mW; • FCC do 1W. • u cilju smanjenja interferencije između susjednih BSS-va minimalni potrebni međukanalni razmak je 22 MHz (praktično je to 5 kanala tj. 25 MHz) Bežične lokalne mreže

  7. Tehnika frekvencijskog skakanja • sinkronizacija predaja-prijam • skakanje po frekvencijama odvija se prema unaprijed definiranom redoslijedu i pravilu (npr. {2,7,3,4}) • prijelaz s jedne frekvencije na drugu mora trajati maksimalno 224 ms • vrijeme zadržavanja u kanalu tj. na određenoj frekvenciji (dwell time) iznosi 390 vremenskih jedinica ( 400 ms) • brzo (fast frequency hopping) i sporo (slow) skakanje po frekvencijama • uskopojasni prijenosni kanali  zadovoljavajući omjer signal-šum • standard IEEE 802.11 dijeli ISM pojas prijenosa na kanale širine 1MHz • slijedovi skakanja definirani su unutar standarda IEEE 802.11 (klauzula 14.6.8) • Europa (bez Francuske i Španjolske): 3 skupa po 26 kanala Bežične lokalne mreže

  8. OFDM • OFDM dijeli pojas prijenosa na više podpojaseva (potkanala) • U svakom potkanalu je jedan podnosilac kojeg modulira digitalni signal (signal informacije) • Na ovaj način se digitalni signal informacije, koji je velike brzine, paralelno prenosi pomoću niza moduliranih signala • OFDM signal (tj. OFDM simbol) nastaje zbrajanjem spektara moduliranih podnosilaca • Primjer: IEEE 802.11a • 52 potkanala (48 podatkovnih; 4 pilotska potkanala) • Prijenosna brzina: 6-, 9-, 12-, 18-, 24-, 36-, 48-, 54-Mbit/s • Modulacijski postupak: BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM • FEC kodiranje (kodna brzina, R): 1/2; 2/3; 3/4 • Trajanje OFDM simbola: 4 ms (250 000 simbol/s) • Trajanje zaštitnog intervala OFDM simbola: 800 ns • Razmak podnosilaca: 312.5 kHz • Širina OFDM kanala: 20 MHz • Brzina slanja OFDM simbola: 250 000 simbola/s Bežične lokalne mreže

  9. IEEE 802.11:fizički sloj(PLCP format okvira) DSSS: • PLCP preambula: • SYNC:sinkronizacija predaja-prijam; usklađivanje frekvencije prijenosnog signala s nominalnom vrijednošću; odabir antene (za stanice koje imaju više antena);SFD:označava početak okvira i osigurava sinkronizaciju na nivou bita. • PLCP zaglavlje • signal:označava prijenosnu brzinu i modulaciju za MAC PDU (MAC Protocol Data Unit) polje; service: rezervirano za buduću uporabu; length:određuje vrijeme potrebno za prijenos MAC okvira; CRC: štiti od pogrešaka prethodna tri polja. FHSS • PLCP preambula: • SYNC:sinkronizacija predaja-prijam; usklađivanje frekvencije prijenosnog signala s nominalnom vrijednošću; odabir antene (za stanice koje imaju više antena);SFD:označava početak okvira • PLCP zaglavlje • PSDU Length Word: određuje duljinu MAC PDU polja; PLCP Signaling Field: određuje brzinu prijenosa MAC PDU polja; CRC: štiti od pogrešaka prethodna dva polja. OFDM • Za detalje, molim, vidjeti IEEE Std 802.11a-1999 Bežične lokalne mreže

  10. IEEE 802.11: podsloj kontrole pristupa mediju - MAC • određuje pravila pristupa bežičnom mediju • sloj MAC je zajednički za sve četiri prijenosne tehnologije na fizičkom sloju (DSSS, FHSS, IC i OFDM) i neovisan je o brzinama prijenosa • fragmentacija paketa • preusmjeravanje okvira između pristupnih točaka • upravljanje snagom odašiljanja za pojedinu stanicu • pristupne metode na podsloju MAC: • DCF (engl. Distributed Coordination Function) • osnovna pristupna metoda standarda IEEE 802.11 temeljena na CSMA/CA pristupnom mehanizmu (engl. Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance); • nadopuna pristupne metode DCF s RTS-CTS (engl. Request to Send – Clear to Send) porukama; • slučajni algoritam backoff; • PCF (engl. Point Coordination Function) • pristup mediju bez “natjecanja” (Contention-Free Period); • princip prozivanja stanica od strane koordinatora WLAN-a; • ima veći prioritet u odnosu na DCF; • opcionalna metoda pristupa; Bežične lokalne mreže

  11. IEEE 802.11: MAC (format okvira i adresiranje) Bežične lokalne mreže

  12. IEEE 802.11: MAC PDU - vrste okvira kontrolni okviri podatkovni okviri okviri za održavanje veze • RTS • CTS • ACK • PS-Poll • CF-End & CF-End ACK • Data • Data+CF-ACK • Data+CF-Poll • Data+CF-ACK+CF-Poll • Null Function • CF-ACK (nodata) • CF-Poll (nodata) • CF-ACK+CF+Poll • Beacon • Probe Request & Response • Authentication • Deauthentication • Association Request & Response • Reassociation Request & Response • Disassociation • Announcement Traffic Indication Message (ATIM) Bežične lokalne mreže

  13. Međuokvirne praznine • međuokvirne praznine za različite vrste okvira (kontrolni, podatkovni i okviri za održavanje veze) osiguravaju različite prioritete • tri/četiri različite vremenske praznine (IFS, engl. Interframe Spaces) između okvira, koje su neovisne o brzinama na fizičkom sloju • SIFS (engl. Short IFS) je najkraća praznina i koristi se za sve neposredne akcije (npr. prijenos ACK, RTS/CTS poruka); • PIFS (engl. Point Coordination Function IFS) se koristi za prozivanje čvorova s vremenski ograničenim zahtijevima; • DIFS (engl. Distributed Coordination Function IFS) je najduži IFS koji se koristi kao minimalni razmak između uspješno poslanih okvira; • EIFS (engl. Extended IFS) nema stalno trajanje i koristi se jedino kad nastane pogreška kod prijenosa okvira; SIFS: Short IFS PIFS: PCF IFS = SIFS + vremenski odsječak DIFS: DCF IFS = SIFS + 2*vremenski odsječak Bežične lokalne mreže

  14. IEEE 802.11 MAC: slučajni pristup Bežične lokalne mreže

  15. CSMA/CA: metode osluškivanja medija • dva načina osluškivanja medija • osluškivanje na fizičkom nivou • ostvaruje se kroz sklopovlje fizičkog sloja; • neučinkovito kod problema skrivenog terminala; • virtualno osluškivanje (NAV, Network Allocation Vector) • IEEE 802.11 okvir sadržava polje “duration field” koje se koristi za rezerviranje bežičnog medija na određeni period vremena; Bežične lokalne mreže

  16. Algoritam Backoff • algoritam backoff - izbjegavanje kolizije među stanicama • backoff brojač • slučajno generiranje iz intervala [0, CW]; • CW – tzv. prozor nadmetanja (engl. contention window); • brojač se smanjuje za jedan vremenski odsječak svaki put kad je medij slobodan i zaustavlja kad je medij zuauzet; • za različite pristupne tehnologije algoritam backoff zadržava isti princip rada uz različite polazne veličine prozora nadmetanja (CWmin) • Primjer: CWmin= (31 za 802.11b, 15 za 802.11g); • CW udvostručuje svoju vrijednost sa svakom kolizijom na mediju • CW=2iͯ (CWmin+1) ̶ 1 za 0 ≤ i < backOfLimit (Npr. za DSSS backOfLimit=6) • CW=CWmaks za backOfLimit ≤i≤ m • m – maksimalni broj ponavljanja (engl. retry) Bežične lokalne mreže

  17. Kako radi CSMA/CA? • dva načina rada (ovisno o stanju kanala) • kanal u mirnom stanju • stanica čeka DIFS vremena, potom • odašilje okvir s podacima • kanal zauzet • stanica slučajno odredi vrijednosti prozora nadmetanja – CW(n), potom • čeka DIFS vremena i pokreće • algoritam backoff • Primjer: • Tx A i Tx B svaki za sebe slučajno odrede vrijednost svog brojača (Br). U primjeru su to vrijednosti 4 i 7, slijedno gledano. Bežične lokalne mreže

  18. Pristupna metoda DCF • pristupna metoda CSMA/CA  osluškivanje medija + eksponencijalni algoritam backoff (natjecanje za medij, Contention-Based Access, Contention Period) • cilj: odvojiti stanice u manje grupe gdje svaka koristi različite vremenske odsječke Bežične lokalne mreže

  19. Pristupna metoda DCF+ (RTS-CTS) • pristupna metoda DCF (CSMA/CA) može biti poboljšana mehanizmom virtualnog osluškivanja medija (rješavanje problema skrivenog terminala) • izmjena RTS-CTS poruka između predajnika i prijamnika • poruke RTS-CTS ne prenose korisničke informacije Bežične lokalne mreže

  20. Pristupna metoda PCF • period u kojem nema “natjecanja” za pristup mediju (CFP) mora trajati toliko dugo koliko je potrebno za prijenos najmanje jednog okvira s pripadajućim potvrdama • poruka “beacon” označava početak i trajanje perioda u kojem nema “natjecanja” za medij • koordinator pristupa (najčešće AP) regulira pristup mediju (pooling list) Bežične lokalne mreže

  21. Problem skrivenog terminala i ostali nedostaci bežičnih LAN mreža • problem skrivenog terminala (engl. hidden node problem) • Rješenje: korištenje poruka RTS-CTS; • nema točno definirane granice • ograničen frekvencijski spektar • gubitak snage signala uslijed prostiranja (engl. path loss) • višestazno prostiranje signala (engl. Multipath signal propagation) • frekvencijski spektar se dijeli između više mobilnih stanica • složenost sustava se povećava uslijed funkcija pokretljivosti (engl. handover) • loša zaštita podataka na bežičnom mediju (kriptiranje) Bežične lokalne mreže

  22. IEEE 802.11: fragmentacija paketa • fragmentacija paketa, iz viših slojeva, se provodi kada je njihova duljina veća od praga fragmentacije definiranog u bežičnom LAN-u od strane mrežnog administratora • fragmentacija (veća propusnost i manji broj kolizija u sustavu) • poruke RTS-CTS • poruke ACK Bežične lokalne mreže

  23. Primjer: Utjecaj zaglavlja okvira na propusnost mreže • Primjer: Jedna stanica odašilje jedan okvir. Potrebno odrediti propusnost (T) na podsloju MAC. • IEEE 802.11b • tDIFS=50ms • tpr=192ms (PLCP preambula + PLCP zaglavlje) • tSIFS=10ms • tACK=10ms • tbOff=0s (algoritam backoff) • WLAN 11 Mbit/s, T≈7,8183 Mbit/s (MAC) Bežične lokalne mreže

  24. Primjer: Povezivanje IEEE 802.11 mreže s Ethernet mrežom računalo poslužitelj pokretna stanica prijenosni sustav pristupna točka aplikacija aplikacija TCP TCP IP IP 802.11 MAC 802.11 MAC 802.3 MAC 802.3 MAC 802.11 PHY 802.11 PHY 802.3 PHY 802.3 PHY Bežične lokalne mreže

  25. Dodatak - I: IEEE 802.11 fizički sloj - dodaci na standard • Slika preuzeta iz: G. R. Hiertz, D. Denteneer, L. Stibor, Y. Zang, X. P. Costa, B. Walke, “The IEEE 802.11 Universe”, “IEEE Communications Magazine”, vol. 48, no. 1, pp. 62-70, January 2010. Bežične lokalne mreže

  26. Dodatak - II: IEEE 802.11 podsloj MAC - dodaci na standard • Slika preuzeta iz: G. R. Hiertz, D. Denteneer, L. Stibor, Y. Zang, X. P. Costa, B. Walke, “The IEEE 802.11 Universe”, “IEEE Communications Magazine”, vol. 48, no. 1, pp. 62-70, January 2010. Bežične lokalne mreže

  27. Pitanja za provjeru znanja • Koliko iznosi maksimalna duljina MAC PDU polja u IEEE 802.11 okviru? • Kod pristupne metode CSMA/CA mobilna stanica započinje s algoritmom backoff nakon što istekne vremenska praznina _____. (Nadopuni odgovor!) • Protokol CSMA/CA (IEEE 802.11 mreže) može biti poboljšan koristeći kontrolne okvire RTS i CTS. Koja vremenska praznina se koristi između slanja navedenih okvira? • Koji od ponuđenih odgovora rješavaju problem skrivene stanice u bežičnim LAN-ovima? • korištenje RTS/CTS okvira • povećanje snage odašiljanja skrivenim stanicama • smanjenje snage odašiljanja skrivenim stanicama • povećanje snage odašiljanja pristupne točke • Ako stanica pošiljatelj u bežičnom LAN-u ne primi potvrdu za poslani okvir od stanice primatelj tada ona podrazumijeva da je • pokrenuta pristupna metoda koja koristi kontrolne okvire RTS i CTS • nastupila kolizija na mediju • pokrenuta pristupna metoda PCF (engl. Point Coordination Function) • pokrenuta pristupna metoda DCF (engl. Distributed Coordination Function) • Koliko iznosi maksimalna duljina prozora nadmetanja (engl. Contention Window) u bežičnom LAN-u, koji podržava prijenosne brzine 1-, 2-, 5.5- i 11-Mbit/s, nakon trećeg ponavljanja pristupa mediju? • Na slici je dan izgled okvira koji se koristi u IEEE 802.11b mrežama za prijenos podataka na fizičkom sloju. Za svaki dio okvira navedena je njegova duljina (u bitima ili oktetima) kao i brzina kojom se prenosi. Koliko iznosi trajanje PLCP zaglavlja? Bežične lokalne mreže

More Related