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Reti wireless e mobili6-1 Capitolo 6: Reti Wireless e Mobili Premessa: # telefoni cellulari è maggiore del numero di telefoni fissi! accesso a Internet.

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1 Reti wireless e mobili6-1 Capitolo 6: Reti Wireless e Mobili Premessa: # telefoni cellulari è maggiore del numero di telefoni fissi! accesso a Internet in ogni luogo e in ogni momento (ubiquitous computing): laptops, palmtops, PDAs, telefoni cellulari due aspetti importanti (ma differenti) o communicazione in un canale wireless o gestione di utenti mobili (che cambiano il punto di collegamento con la rete)

2 Reti wireless e mobili6-2 Capitolo 6: sommario Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali Wireless, o CDMA IEEE wireless LANs (wi-fi) Cellular Internet Access o architettura o standard (es. GSM) Mobilità Principi: indirizzamento e routing per utenti mobili Mobile IP Gestione mobilità in reti cellulari Mobilità e protocolli di alto livello

3 Reti wireless e mobili6-3 Elementi di una rete wireless infrastruttura di rete wireless hosts laptop, PDA, telef. IP eseguono applicazioni stazionari o mobili o wireless NON implica sempre mobilità

4 Reti wireless e mobili6-4 Elementi di una rete wireless infrastruttura di rete stazione base tipicamente connessa a rete con fili (wired) responsabile per lo scambio di pacchetti tra rete wired e host wireless nella sua area o es, punti di accesso (access points )

5 Reti wireless e mobili6-5 Elementi di una rete wireless infrastruttura di rete link wireless usato per connettere stazioni wireless alla base station anche usato come collegamento di backbone accessi multipli differiscono per banda e per distanza di trasmissione

6 Reti wireless e mobili6-6 Caratteristiche di alcuni standard wireless 384 Kbps 56 Kbps 54 Mbps 5-11 Mbps 1 Mbps b {a,g} IS-95 CDMA, GSM UMTS/WCDMA, CDMA p-to-p link 2G 3G Indoor 10 – 30m Outdoor 50 – 200m Mid range outdoor 200m – 4Km Long range outdoor 5Km – 20Km

7 Reti wireless e mobili6-7 Elementi di una rete wireless infrastruttura di rete rete con infrastruttura la stazione base connette gli utenti mobili alla rete wired handoff: utente mobile canbia la stazione base

8 Reti wireless e mobili6-8 Elementi di una rete wireless Modo Ad hoc non esiste stazione base nodi possono solo comunicare con altri nodi nella loro copertura i nodi si roganizzano in una rete: routingoo allinterno di una area connessa

9 Reti wireless e mobili6-9 Caratteristiche del link wireless Differenze con rete wired …. o attenuazione del segnale: il segnale radio si attenua mentre attraversa il mezzo o interferenze con altre sorgenti: reti wireless usano frequenze standard (es, 2.4 GHz) condivisa da altri dispositivi (es, telefono); i dispositivi interferiscono o propagazione su piuù cammini: il segnale radio si riflette sugli oggetti e può arrivare a destinazione con tempi diversi …. rendono la comunicazione wireless (anche punto-a- punto fra due soli utenti) molto più complessa

10 Reti wireless e mobili6-10 Caratteristiche del link wireless Più mittenti e destinatari wireless creano altri problemi: A B C Il problema del terminale nascosto B, A sono collegati B, C sono collegati A, C non possono comunicare quindi A, C non sanno della comune interferenza con B A B C forza del segnale di A space forza del segnale di C Degrado del segnale: B, A sono collegati C, A sono collegati A, C non possono sentirsi e interferiscono a B

11 Reti wireless e mobili6-11 Code Division Multiple Access (CDMA) usato in diversi standard per il broadcast (un mittente, tanti destinatari) (cellular, satellite, etc) un codice unico è assegnato ad ogni utente (partizionamento dellinsieme dei codici) tutti gli utenti condividono la stessa frequenza, ma ogni utente ha una propria sequenza di chipping per codificare i dati segnale codificato = (dati originali) X (sequenza di chipping) decodifica: prodotto scalre del segnale codifcato e della sequenza di chipping permette a diversi utenti di coesistere e trasmettere simultaneamente con interferenza minima (se i codici sono ortogonali)

12 Reti wireless e mobili6-12 CDMA Codifica/Decodifica slot 1 slot 0 d 1 = Z i,m = d i. c m d 0 = slot 0 channel output slot 1 channel output channel output Z i,m mittente code data bits slot 1 slot 0 d 1 = -1 d 0 = slot 0 channel output slot 1 channel output ricevente code received input D i = Z i,m. c m m=1 M M

13 Reti wireless e mobili6-13 CDMA: interferenza di due mittenti mittente 1 mittente 2

14 Reti wireless e mobili6-14 IEEE Wireless LAN b o GHz spettro radio senza licenze duso o fino a 11 Mbps o collegamenti diretti o spectrum (DSSS) in physical layer tutti gli utenti usano stessa seq. chipping o molto usato a o spettro 5-6 GHz o fino a 54 Mbps g o spettro GHz o fino a 54 Mbps Tutti usano CSMA/CA per accessi multipli In ogni caso versioni per base-station e ad- hoc network

15 Reti wireless e mobili LAN: architettura host host comunicano con stazione base (base station) o base station = access point (AP) Basic Service Set (BSS) (simile a cella) contiene: o hosts wireless (sempre) o access point (AP): base station (solo infrastruttura) o ad hoc mode: solo hosts BSS 1 BSS 2 Internet hub, switch o router AP

16 Reti wireless e mobili : canali e associazioni b: spettro 2.4GHz-2.485GHz diviso in 11 canali con frequenza diverse o amministratore di AP sceglie la frequenza per AP o possibili interferenze: il canale potrebbe essere scelto anche da AP vicini host: deve associarsi con un AP o esamina i canali per verificare leventuale presenza di beacon frames contenenti il nome AP(SSID) e lindirizzo MAC o seleziona AP con cui associarsi o può eseguire procedura di autenticazione o tipicamente usa DHCP per otteenre indirizzo IP nella sottrete dellAP

17 Reti wireless e mobili6-17 IEEE : accessi multipli Problema collisioni: più nodi che trasmettono allo stesso istante : CSMA - ascolta prima di trasmettere o non collide con trasmissioni incorso di altri nodi : non esiste meccanismo verifica collisioni o difficoltà di ricevere inform. su eventuale collisione quando si trasmette per debolezza del segnale ricevuto: terminale nanscosto, fading o obiettivo: evitare collisioni: CSMA/C(ollision)A(voidance) A B C A B C potenza segnale di A space potenza segnale di C

18 Reti wireless e mobili6-18 IEEE : Protocollo MAC-CSMA/CA : mittente 1 se il canale è libero(idle) per DIFS sec. allora trasmetti il frame intero (no CD) 2 se il canale è occupato allora inizia tempo backoff casuale riduci timer se canale libero trasmetti quando il timer è a zero se non ricevi ACK allora incrementa intervallo di backoff time, vai a ricevente - se il frame è ricevuto OK ritorna ACK dopo SIFS sec. (ACK serve per problema terminale nascosto) mittente ricevente DIFS data SIFS ACK

19 Reti wireless e mobili6-19 IEEE : evitare collisioni idea: permettere al mittente di prenotare il canale piuttosot che un accesso casuale: obiettivo ridurre collisoni di frame dati grandi mittente prima trasmette alla BS una richiesta di piccola di pacchetti request-to-send (RTS) (prenotazione) usando CSMA o RTS possono ancora collidere lun laltro (ma sono piccoli) BS esegue in risposta il broadcast clear-to-send (CTS) RTS è rilevato da tutti i nodi o mittente invia il frame dati o altre stazioni aspettano Avoid data frame collisions completely using small reservation packets!

20 Reti wireless e mobili6-20 IEEE : evitare collisioni esempio AP A B tempo RTS(A) RTS(B) RTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) collisione in prenotazione attesa

21 Reti wireless e mobili6-21 frame control duration address 1 address 2 address 4 address 3 payloadCRC seq control : indirzzamento Inidirizzo 2: indrizzo MAC del host wireless or dellAP in trasmissione Indirizzo 1: indirizzo MAC dellhost wireless o AP per ricevere questo frame Indirizzo 3: indirizzo MAC per interfaccia router a cui è collegato AP Indirizzo 4: usato solo in modalità ad hoc

22 Reti wireless e mobili6-22 Internet router AP H1 R1 AP MAC ind H1 MAC ind R1 MAC ind indirizzo 1 indirizzo 2 indirizzo 3 frame R1 MAC addr AP MAC addr ind. destinatario source address frmae : indirizzamento Livello 2

23 Reti wireless e mobili6-23 frame control duration address 1 address 2 address 4 address 3 payloadCRC seq control Type From AP Subtype To AP More frag WEP More data Power mgt RetryRsvd Protocol version frame durata del tempo di trasmissione prenotato (RTS/CTS) numero di seq. del frame (motivi affidabilità) tipo frame (RTS, CTS, ACK, data)

24 Reti wireless e mobili6-24 hub o switch AP 2 AP 1 H1 BBS 2 BBS : mobilità entro la stessa sottorete router H1 rimane nella stessa sottoreter IP: stesso indirizzo switch: quale AP è associato con H1? o switch ha il compito di ricordare quale porta raggiunge H1

25 Reti wireless e mobili6-25 M raggio di copertura S S S P P P P M S Dispositivo Master Dispositivo Slave Dispositivo (inattivo) P : personal area network diametro meno di 10 m sostituzione di mouse, tastiera, cuffie ad hoc: nessuna infrastruttura master/slaves (piconet): o slave richiedono al master permesso di comunicare o master accorda permessi : evoluzione da specifiche Bluetooth o banda radio GHz o TDM, Frequency Hopping o fino a to 721 kbps

26 Reti wireless e mobili6-26 Chapter 6 outline 6.1 Introduction Wireless 6.2 Wireless links, characteristics o CDMA 6.3 IEEE wireless LANs (wi-fi) 6.4 Cellular Internet Access o architecture o standards (e.g., GSM) Mobility 6.5 Principles: addressing and routing to mobile users 6.6 Mobile IP 6.7 Handling mobility in cellular networks 6.8 Mobility and higher- layer protocols 6.9 Summary

27 Reti wireless e mobili6-27 Mobile Switching Center Rete telefonica pubblica, e Internet Mobile Switching Center Reti cellulari: architettura connette le celle a rete gestisce instaurazione chiamate gestisce mobilità MSC copre regione geografica base station (BS) analoga a AP mobile users si collega alla rete tramite BS interfaccia: protocollo di trato fisico e di link tra utente mobile e BS cella rete wired

28 Reti wireless e mobili6-28 Reti Cellulari : il primo collegamento Due tecniche per la condivisione dello spettro radio utente mobile-BS combinazione FDMA/TDMA: dividi lo spettro in canali di frequenza, dividi i canali frazioni di tempo (time slots) CDMA: code division multiple access frequency bands time slots

29 Reti wireless e mobili6-29 Standard per Reti Cellulari sistema 2G : canali vocali IS-136 TDMA: combinazione FDMA/TDMA (USA) GSM (global system for mobile communications): combined FDMA/TDMA (Europa, più usato) IS-95 CDMA: code division multiple access

30 Reti wireless e mobili6-30 Cellular standards: brief survey sistemi 2.5 G : canali voce e dati estensione di 2G in attesa di 3G general packet radio service (GPRS) o evoluzione da GSM o dati inviati su canali multipli (se disponibili) enhanced data rates for global evolution (EDGE) o ulteriore evoluzione di GSM, usa tecniche di modulazione più avanzate o Data rate fino a 384K CDMA-2000 (fase 1) o Data rate fino a 144K o evoluzione di IS-95

31 Reti wireless e mobili6-31 Cellular standards: brief survey 3G systems: voce/dati Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS) o evoluzione GSM, che usa CDMA CDMA-2000


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