Projektowanie Sieci Lokalnych

i Rozległychwykład 8: rozległe sieci bezprzewodowe 2

Dr inż. Jacek Mazurkiewicz

Instytut Informatyki, Automatyki i Robotykie-mail: Jacek.Mazurkiewicz@pwr.wroc.pl

Packet Radio (1)

• krótkofalarze dane transmitują – znaki wywoławcze stacji!

• radiostacja nadawczo-odbiorcza KF, UKF

• komputer z emulacją terminala

• modem TNC – komputer-radiostacja RS232C

• prędkości transmisji:

300 b/s - KF; 1,2 - 9,6 kb/s – UKF; 9,6 – 56 kb/s – mikrofale

• pasma: 3, 7, 14, 21, 28, 145, 430, 440, 1240 MHz

• protokół AX.25 – modyfikacja X.25 (HDLC)

• pole adresowe – 10 stacji

• dostęp do łącza – CSMA/CD

Packet Radio (2)

• dane ramkowane:

- preambuła 8 b– synchronizacja

- pole adresowe 14-70 B – od 2 do 10 stacji– max. 8 pośredników

- pole sterujące 8 b – typ ramki: dane, potwierdzenia (+), potwierdzenia (-), nawiązanie, przerwanie połączenia

- dane użytkownika (0-256B)

- suma kontrolna 2 B – CRC-CCITT

- postambuła 8 b

- do 7 ramek przed przyjściem potwierdzenia (+)

- brak potwierdzenia (+) – retransmisja

- statyczny routing – słabo!

- zazwyczaj – max 3 pośredników

CDPD

• CDPD – Cellular Digital Packet Data

• rozszerzenie telefonii komórkowej AMPS– Advance Mobile Phone System – USA

• statystyka pokazuje – średnio od kilku do kilkunastu kanałów nie jest zajętych: kanał zajęty przez 90 s

• wolne kanały – zamiast mowy – pakiety danych

• ciągła kontrola kanałów AMPS (RF-sniffing)

• kanał wolny – do puli CDPD

• AMPS nie dostaje info o „przekazaniu” kanału do CDPD– jeśli „obstawi” kanał, CDPD go zwraca w ciągu 40 ms

• zmiana kanału – wysłanie info o nowym kanale

• okresowo rozsyłana jest lista kanałów w „posiadaniu” CDPD

• gdy brak wolnych kanałów AMPS – blokada CDPD

• wyszukiwanie i przydział wolnych kanałów – stacja bazowa CDPD

• stacje bazowe – styk i innymi sieciami, kontrola użytkowników

• prędkości i pasma – jak w telefonii GSM

Mobitex (1)

• sieć samodzielna – Ericsson

• mowa i dane do 1,2 kb/s

• potem bez mowy – dane 9,6 kb/s

• pasma: 80, 160, 450, 900 MHz

• stacje ruchome

• stacje bazowe

• centrale lokalne

• centrale regionalne

• centrala główna

• centrum sterowania siecią

• protokół HDLC, X.25

• ramka: nagłówek, 4 bloki danych, każdy ma swój CRC 16 b

• ARQ, kod Hamminga korekcyjny

• kanał 12,5 kHz, modulacja GMSK

• wielokrotne wykorzystywanie częstotliwości

• store-and-forward – zapamiętanie informacji, późniejsza wysyłka

• protokół dostępu do łącza - szczelinowa Aloha

Mobitex (2)

• centrala lokalna – podsieć: 10 - 30 par kanałów

• jest FDD, brak TDD

• W USA: 935 - 940 MHz – w dół, 896 – 901 MHz – w górę

• używany w USA, Europie, Azji

• blok danych to 240 b – 18 bajtów danych

+ preambuła i postambuła

• nagłówek – preambuła, synchronizacja,

identyfikacja stacji bazowej i podsieci

• jest regulacja mocy sygnału – jak w komórce

Mobitex (3)

ARDIS

• ARDIS – Advanced Radio Data Information Service

– Motorola, IBM

• 1 centrala, zestaw procesorów sterowania siecią

NCP-Network Control Processor

• NCP steruje zestawem stacji bazowych

• sąsiednie komórki pracują na tej samej częstotliwości

• stacje bazowe pracują naprzemiennie

• mała pojemność systemu

• kanał – 25 kHz, przepustowość 19,2 kb/s

MODACOM

• MODACOM – Mobile Data Communication – Niemcy, 1991

• sterowanie pojazdami, dostęp do baz danych

• transmisja pakietowa 9,6kb/s z potwierdzeniami

• połączenia grupowe

• hasła, szyfrowanie danych, e-mail

• pasmo: 416 – 417 MHz w górę, 426 - 427MHz w dół

• 30 kanałów, kanał 12,5 kHz, odstęp duplex 10 MHz

• modulacja FSK, brak TDD

• moc – terminal max. 6 W, stacja bazowa max. 25 W

• ARQ, pakiet 512 B, CRC, stopa błędów < 10-8

• komórka: 5 – 10 km

• stacje bazowe do RNC - Radio Nework Controller,

RNG – Radio Network Gateway – wyjście do „świata”

• ACC – Area Communication Controller - steruje podsiecią

Sieć trankingowa (1)

• łączność między pojazdami specjalistycznych firm

• tradycyjne podejście dyspozytorskie

– kanały na stałe przydzielone abonentom

• podejście trankingowe – kanały dzielimy między

wszystkich abonentów dynamicznie

• liczba obsługiwanych abonentów

– równa liczbie posiadanych kanałów

• wyższa niezawodność systemu

• gdy braknie wolnych kanałów abonenci są kolejkowani

• możliwe limitowanie czasu połączenia

– wzrost sprawności

Sieć trankingowa (2)

• specyfika połączeń:

- indywidualne

- grupowe – z członkami pewnej grupy

- z sieciami zewnętrznymi – funkcja dostępna niektórym

użytkownikom

- alarmowe, awaryjne

- ze służbami publicznymi

- krótkie informacje cyfrowe (SMS)

- transmisja danych

• stacja bazowa – duplex

• stacja abonenta – duosimplex

• zestawione połączenie – para kanałów, ale jeden z nich czynny

• rozwiązanie skutkuje brakiem wybierania numerów

MPT 1327 (1)

• losowy dostęp do systemu – dynamicznie zmieniana długość ramki

• z założenia ramki mają różną długość

– wybór szczeliny do nadawania losowy

– Aloha szczelinowa

• jest sterownik TNC – Trunking System Controller

– analizuje długości ramek i kolizje – „przycina” długość ramek

• Ramka:

- CCSC - Control Channel System Codeword

– bit startu 0, 15 bitów identyfikacyjnych SYS (System Identity),

- bit dopełniający CCS (Code Completion Sequence)

- preambuła 16 b (AAAAh), CRC 16 b

- AC – Address Codeword – bit startu 1,

47-bit słowo danych (CDM – Codeword Message), CRC 16 b

MPT 1327 (2)

• CDM-y:

- ALOHA (ALH(n)) – inicjacja połączeń, n - numer szczeliny

- AHOY (AHY) – komunikat do stacji abonenta w oczekiwaniu

na potwierdzenie gotowości do połączenia

- REQUEST (RQS) – stacja abonenta żąda połączenia

- ACKNOWLEDGE (ACK) potwierdzenie RQS lub AHY

- GO TO TRAFFIC CHANNEL n (GTC)

– przejście na kanał rozmówny n po nawiązaniu łączności

- BROADCAST (BCAST) rozsiewanie info systemowych

• MPT1317 – standard transmisji

• MPT3118 – założenia techniczne

• MPT1343 – styki systemu na zewnątrz

• MPT1347 – styki systemu wewnętrzne

• MPT1352 – testy, homologacja

ACTIONET na MPT 1327

• 1 centrala, 32, 64, 96 stacji bazowych

• od 2 do 16 kanałów radiowych, 4 szczeliny w każdym kanale

• rozmowy telefoniczne z priorytetowaniem, kolejkowaniem,

określenie maksymalnego czasu rozmowy

• rozmowy alarmowe – z ustalonymi numerami

• rozmowa dyrektorska z dowolnym abonentem – max. Priorytet

• rozmowy grupowe – wszyscy się słyszą w ramach grupy,

abonent może należeć do 8 grup

• rozmowy konferencyjne

• przenoszenie połączeń i ich kierunku

• transmisja danych

• RADIO-NET – TPSA

• EDACS – Policja

• KAY – PLL LOT

EDACS

• EDACS – Enhanced Digital Communication System

• zamknięty standard Ericssona

• czas dostępu < 250 ms

• cyfrowa transmisja danych i głosu

• każdy kanał głos/dane - niezawodność

• „guzik alarmowy” – najwyższy priorytet, pierwszy wolny kanał

• alarm przenoszony do wszystkich dźwiękiem i wskazaniem alarmującego

• transmisja analogowa głosu

• transmisja cyfrowa, szyfrowana (Voice Guard) głosu – 9,6 kb/s

• transmisja danych 9,6 kb/s

• połączenie z sieciami publicznymi

• kanał 12,5 kHz lub 25 kHz

• blokada podwójnego nadawania

• przeszukiwanie grup

• identyfikacja abonenta

• automatyczne dodawanie do właściwej grupy abonenta po włączeniu urządzenia

• pasma: 136 - 174; 403 - 515; 806 - 870; 894 - 941 MHz

TETRA (1)

• TETRA – Trans-European Trunked Radio,Terrestrial Trunked Radio, 1992-1994

• standard transmisji głosu i danych(V+D) Voice plus Data

• pakietowa transmisja danych (PDO)Packet Data Optimized

• 2x, 4x wzrost wykorzystania pasma– odniesienie do transmisji analogowej

• lepsze wykorzystanieczęstotliwości kanałowych

• bezpieczeństwo rozmów – szyfrowanie

• lepsza jakość połączeń, eliminacja szumów i zniekształceń

• podział obszaru działania na sektory

TETRA (2)

• połączenia:

- indywidualne – punkt-punkt między abonentami

- grupowe – punkt-wiele punktów, wywołuje abonent, półduplex

- bezpośrednie – punkt-punkt bez udziału stacji bazowej, jedna ze stron utrzymuje kontakt ze stacją bazową na innym kanale

- grupowe z potwierdzeniem – punkt-wiele punktów z potwierdzeniem obecnościw połączeniu

- rozsiewcze – punkt-wiele punktów wszyscy słuchają wywołującego

- cyfrowo mowa lub dane bez zabezpieczeń, komutacja kanałów,przepustowość od 7,2 do 28,8 kb/s

- cyfrowo dane ze słabym zabezpieczeniem, komutacja kanałów,przepustowość od 4,8 do 19,2 kb/s

- cyfrowo dane z silnym zabezpieczeniem, komutacja kanałów,przepustowość od 2,4 do 9,6 kb/s

- potwierdzanie autentyczności abonenta przez dyspozytora

- podsłuch abonenta przez uprawnionego abonenta

- priorytetowe z przerwaniem połączenia bieżącego

- ustalanie priorytetów połączeń

- przełączanie rozmowy między bieżącą a oczekującą

- identyfikacja abonenta wywołującego

- tworzenie grup abonentów

- skrócona numeracja

TETRA (3)

• szerokość kanału: 25 kHz

• pasma:

- w górę 380 - 390, w dół 390 - 400 MHz

- w górę 410 - 420, w dół 420 - 430 MHz

- w górę 450 - 460, w dół 460 - 470 MHz

- w górę 870 - 888, w dół 915 - 933 MHz

• modulacja PSK

• stacje bazowe BTS – Base Transceiver Station

• centrale lokalne LSC – Local Switching Centre

• centralna główna MSC – Main Swithcing Centre

• centrum eksploatacji OMC– Operations & Maintenance Centre

TETRA we Wrocławiu

• Policja w dużych miastach

• Urząd Miejski i MPK

• urządzenia w 442 autobusach

• urządzenia w 18 pojazdach służb

technicznych

• 10 urządzeń ręcznych

• BTS – komin EC Wrocław

• także Straż Miejska

WiMAX (1)

• standard 802.16

• Wireless Interoperability for Microwave Access

• Working Group on Broadband Wireless Access Standard

• bezprzewodowe sieci metropolitalne Wireless

Metropolitan Area Networking

• szerokopasmowy długi dystans – long-haul, backhaul

• dwupunktowe, jeden do wielu

WiMAX (2)

• IEEE 802.16- pierwszy etap technologii, 2001

- pasmo: od 10 do 66 GHz

- pasmo złe - widoczność optyczna

- bezpośrednie pole widzenia (LOS - Line of Sight)

- brak łączności w terenach zabudowanych

- koszt opłacenia tak szerokiego pasma częstotliwości

WiMAX (3)

• IEEE 802.16a

- drugi etap - 2003

- zmiana pasma: od 2 do 11 GHz

- nie wymagane bezpośrednie pole widzenia (NLOS)

- IEEE 802.16b, IEEE 802.16c - uzupełnienie standardu 2003

• IEEE 802.16d

- separacja antenowa

- podział na podkanały

- obowiązywał od 2004

- brak dostępu mobilnego, model statyczny

WiMAX (4)

• IEEE 802.16e- najnowszy standard, 2007

- mobilność dostępu

- poruszanie się abonenta do 60 km/h

- urządzenia o asymetrycznej budowie

- palmtopy, laptopy, czy telefony komórkowe

- mobilna wersja WiMax – WiBro

- dostępna tylko w Korei Południowej

WiMAX (5)

• infrastruktura WiMAX/802.16

- stacja bazowa BS (Base Station)

- stacja kliencka CPE (Customer Premises Equipment)

- stacja bazowa łączność do stacji klienckich w zasięgu

- zasięg zależy od typu stacji BS:

- standardowa BS (standardowa moc wyjściowa

- parametry obowiązkowe)

- opcjonalna BS (wyższa moc wyjściowa,

odbiór i nadawanie zbiorcze,

kodowanie przestrzenno-czasowe,

technika podkanałów i ARQ)

WiMAX (6)

Typ stacji bazowej Standardowa Opcjonalna

od do od do

Promień

komórki (km)

LOS 10 16 30 50

NLOS

(teren płaski)

1 2 4 9

Wewnątrz

budynku

0,3 0,5 1 2

Max. (Mb/s)

Przepływność

na sektor

Dowlink 11,3 8 11,3 8

Uplink 11,3 8 11,3 8

Max. (Mb/s)

Przepływność

na krawędzi

komórki

Downlink 11,3 2,8 11,3 2,8

Uplink 11,3 2,8 0,7 0,175

WiMAX (7)

• WiMAX to 70Mb/s na 50km

• w idealnych warunkach i dobrych parametrach dostępnego medium

transmisyjnego

• im dalej tym wolniej

• dostępna przepustowość jest dzielona pomiędzy użytkowników

pracujących w danym sektorze radiowym

• specyfikacja 802.16 określa możliwość pracy WiMAX na dowolnej

częstotliwości poniżej 10GHz

• praktyka - wersja statyczna - licencjonowane częstotliwości 2,3GHz,

2,5GHz, 3,5GHz, w Polsce 3,6 - 3,8GHz

• tryb dupleksu TDD/FDD

• WiMAX pracuje w trybie pełnej linii widoczności LOS (Line Of Sight)

• WiMAX pracuje w trybie braku linii widoczności NLOS (Non Line Of Sight)

• WiMAX wykorzystuje technologie kodowania i modulacji OFDM

• efektywność widmowa na poziomie 3,7 bit/s/Hertz

WiMAX (8)

• LMDS - Local Multipoint Distribution Service- szerokopasmowy dostęp dla klienta

- komórkowa architekturze sieciowej

- struktura stacjonarna, nie mobilna

- pasmo częstotliwości zależy od kraju i licencji

- pasma: 26-29 GHz, 31-33 GHz

- szerokość kanału 1,5MHz

- metoda dostępu: TDMA, FDMA i CDMA

- najpopularniejsze są dwie pierwsze

- przepływność łącza mikrofalowego zależy od metody dostępu

i modulacji

- przy 5MHz FDMA z modulacją 64-QAM downlink 1,25Gb/s

- LMDS używa nadajników operujących w licencjonowanych pasmie

- zasięg każdego nadajnika wynosi ok. 6,5 km

WiMAX (9)

• MMDS

- Multichannel Multipoint Distribution Service

- dostęp do Internetu z transmisją sygnału

w odległości do 50 km od stacji bazowej

- MMDS pracuje na częstotliwości 2GHz z 33 kanałami

- przepustowość do 10Mb/s do klienta

- planuje się zwiększenie w przyszłości tej wartości do 27Mb/s

UWB

• Ultra WideBand

• prawo Shannona – moc i szerokość kanału

– drogą do dużej przepustowości

• zamiast dużej mocy i wąskiego pasma

• mała moc, ale bardzo szerokie pasmo: setki, tysiące MHz

• współistnienie z innymi systemami

– mała moc nie przeszkadza nikomu

• duża odporność na przeszkody terenowe

• duża przenikalność przez ośrodki – bo mała częstotliwość nośna

• mała moc – duża żywotność urządzeń przenośnych

• możliwość pozycjonowania – wojsko (!)

• lokalnie: 9m – 100Mb/s, 1m – 480Mb/s – konkurencja dla BlueTooth

• 802.15.3a – strumieniowe przesyłanie mediów, przesyłanie plików