6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-1 Capitolo 6 Reti Wireless e Reti Mobili Traduzione ed adattamento dall’originale inglese di Massimo De Santo All material.

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1 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-1 Capitolo 6 Reti Wireless e Reti Mobili Traduzione ed adattamento dall’originale inglese di Massimo De Santo All material copyright 1996-2007 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Edizione Italiana: Reti di Calcolatori e Internet: un approccio top-down Pearson - AddisonWesley, 2008 Computer Networking: A Top Down Approach 4 th edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2007.

2 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-2 Reti Wireless e Mobili Scenario: il numero di abbonati alla telefonia wireless (mobile) oggi supera quello degli abbonati ai telefoni fissi! reti di calcolatori: portatili, palmari, PDA, smartphone garantiscono un accesso illimitato ed ubiquo a Internet Due sfide importanti (ma diverse) wireless: comunicazione su connessioni senza fili mobilità: gestione dell’utente mobile che varia il suo punto di connessione alla rete

3 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-3 Contenuti del Capitolo 6 6.1 Introduzione Wireless 6.2 caratteristiche dei collegamenti Wireless CDMA 6.3 IEEE 802.11 wireless LAN (“wi-fi”) ‏ 6.4 Accesso a Internet da cellulare architettura standards (ad es., GSM) ‏ Mobilità 6.5 Principi: indirizzamento ed instradamento degli utenti mobili 6.6 Mobile IP 6.7 Gestione mobilità nelle reti cellulari 6.8 Mobilità e protocolli di alto livello 6.9 Sommario

4 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-4 Elementi di una rete wireless Infrastruttura di rete wireless hosts laptop, PDA, IP phone Eseguono applicazioni Possono essere fissi o mobili wireless non sempre significa mobilità

5 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-5 Elementi di una rete wireless Infrastruttura di rete base station tipicamente connessa alla rete cablata relay - responsabile dell’invio di pacchetti tra la rete cablata e gli host wireless nella sua “area” es., cell towers, 802.11 access points

6 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-6 Elementi di una rete wireless Infrastruttura di rete connessioni wireless uso tipico connettere i dispositivi mobili alla base station usati anche come backbone link un protocollo multiple access coordina l’accesso al link Varie combinazioni velocità/distanza

7 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-7 Caratteristiche di alcuni standard wireless Indoor 10-30m Outdoor 50-200m Mid-range outdoor 200m – 4 Km Long-range outdoor 5Km – 20 Km.056.384 1 4 5-11 54 IS-95, CDMA, GSM 2G UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G 802.15 802.11b 802.11a,g UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO 3G cellular enhanced 802.16 (WiMAX)‏ 802.11a,g point-to-point 200 802.11n Data rate (Mbps)‏ data

8 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-8 Elementi di una rete wireless Infrastruttura di rete infrastructure mode una base station collega i dispositivi mobili alla rete fissa handoff: un dispositivo mobile si sposta e cambia base station NdT: “handoff” si può tradurre “passaggio di consegne”

9 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-9 Elementi di una rete wireless ad hoc mode Non ci sono base stations i nodi possono trasmettere solo ad altri nodi nella area coperta dal link I nodi si auto- organizzano in una rete: instradamento tramite i nodi stessi

10 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-10 Reti Wireless: una tassonomia Hop singolo Hop multipli con infrastruttura (es., Access Points) ‏ senza infrastruttura un host si connette a una base station (WiFi, WiMAX, cellulare) che si connette a una rete più ampia nessuna base station, nessuna connessione a reti più ampie (Bluetooth, Reti ad hoc) ‏ un host può dover transitare attraverso vari nodi per Connettersi a una rete più ampia: mesh net nessuna base station, nessuna connessione a reti più ampie. Possono essere necessari vari transiti per raggiungere un dato nodo MANET, VANET

11 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-11 Caratteristiche delle connessioni Wireless (1) ‏ Differenze dalle connessioni cablate …. Ridotta potenza del signale: il segnale radio si attenua quando attraversa determinati ostacoli (es., pareti) ma anche nello spazio libero (path loss) ‏ interferenza da altre sorgenti: le frequenze standard per le reti wireless (es., 2.4 GHz) sono condivise con altri sistemi (es., telefoni); c’è inoltre rumore “ambientale” (es, motori) ‏ Propagazione su più cammini: il segnale radio si riflette su oggetti e sul terreno percorrendo cammini di distanza differente …. le comunicazioni mediante connessioni wireless (anche punto a punto) sono molto più “difficili”

12 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-12 Caratteristiche delle connessioni Wireless(2) ‏ SNR: signal-to-noise ratio maggiore SNR – migliore estrazione del segnale dal rumore (è una “cosa buona”) ‏ SNR vs BER (Bit Error Rate) ‏ per un dato livello fisico: aumento potenza -> aumento SNR->decremento BER dato SNR: scegliere il livello fisico che garantisce i vincoli BER e fornisce il miglior throughput SNR può cambiare con la mobilità: livelli fisici che si adattano dinamicamente (tecnica di modulazione, velocità) 10 20 30 40 QAM256 (8 Mbps)‏ QAM16 (4 Mbps)‏ BPSK (1 Mbps)‏ SNR(dB)‏ BER 10 -1 10 -2 10 -3 10 -5 10 -6 10 -7 10 -4

13 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-13 Caratteristiche delle Reti Wireless Molteplici mittenti e destinatari wireless creano problemi addizionali al classico multiple access: A B C Terminale Nascosto  B, A si ascoltano l’un l’altro  B, C si ascoltano l’un l’altro  A, C non si ascoltano l’un l’altro e non si accorgono di interferire a B A B C A’s signal strength space C’s signal strength Attenuazione Segnale:  B, A si ascoltano l’un l’altro  B, C si ascoltano l’un l’altro  A, C non si ascoltano l’un l’altro e non si accorgono di interferire a B

14 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-14 Code Division Multiple Access (CDMA) ‏ Usato in numerosi standard per canali wireless broadcast (cellular, satellite, etc) ‏ Un “codice” unico assegnato a ciascun utente; ovvero, partizionamento nello spazio dei codici Tutti gli utenti condividono la stessa frequenza ma ciascuno ha una propria sequenza di “chipping” (cioè un codice) per codificare i dati Segnale codificato = (dati originali) X (chipping sequence) ‏ decodifica: prodotto interno del segnale codificato e della chipping sequence Consente a utenti multipli di “coesistere” e trasmettere simultaneamente con minima interferenza (se i codici sono “ortogonali”) ‏

15 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-15 CDMA Encode/Decode slot 1 slot 0 d 1 = -1 111 1 1 - 1 - 1 -1 - Z i,m = d i. c m d 0 = 1 111 1 1 - 1 - 1 - 1 - 111 1 1 - 1 - 1 - 1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 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 = 1 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 111 1 1 - 1 - 1 - 1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - slot 0 channel output slot 1 channel output destinatario code received input D i =  Z i,m. c m m=1 M M

16 6: Reti Wireless e Reti Mobili 6-16 CDMA: two-sender interference