Mobilní sítě krátkého dosahu PAN, WLAN. Ing. David Kopecký ČVUT FEL, katedra radioelektroniky 2007

Transkript

1 Mobilní sítě krátkého dosahu PAN, WLAN Ing. David Kopecký ČVUT FEL, katedra radioelektroniky 2007

2 Zařazení v klasifikaci telekomunikačních sítí Globální sítě GAN (Global Area Network) Dálkové sítě WAN (Wide Area Network) Metropolitní sítě MAN (Metropolitan Area Networks) Veřejné pozemní mobilní sítě PLMN (Public Land Mobile Network) Lokální sítě LAN/WLAN (Wireless Local Area Network) Personální sítě PAN/WPAN (Wireless Personal Area Network) Osobní sítě BAN/WBAN (Wireless Body Area Network)

3 Přehled bezdrátových sítí a jejich použití

4 Bluetooth, Zigbee, WirelessUSB Dosah jednotky až desítky metrů Kmitočtová pásma 868MHz, 915MHz, 2450MHz Vysílací výkon do 100mW/10mW/1mW Příkon (spící režimy) do 100mA (1µA hybernace) Jednoduché řízení přenosu Módy přenosu podle typu a potřeb zařízení Velký počet zařízení Široká podpora výrobců speciálních čipů (Applicationspecific integrated circuit) Nízká cena od $1

5 WiFi, WiMAX, HyperLan Dosah stovky metrů Kmitočtová pásma 2.4, 5 GHz Vysílací výkon dle země do 1W Příkon dle režimu Přenosové rychlosti do 250Mb/s Druhy provozu Ceny zařízení

6 BlueTooth (IEEE ) Verze: 1.0 (1999),2.0 (2004) Pracovní pásmo GHz; 79 kanálů po 1MHz Rozprostření FHSS 1600 skoků/s Adresace 48 bitů (unikátní) Datová rychlost Synchronní mód 3 x 64kb/s duplex Asynchronní mód Nesymetrický 721kb/s + 57kb/s Symetrický 432,6kb/s Délka paketu 625μs Kryptografie 40 a 64 bitové kódování Výkon vysílače 1 100mW Citlivost přijímače 80 85dBm Dosah Typicky m Koexistence s WiFi AFH

7 Rozdělení BlueTooth zařízení Podle vysílaného výkonu: Třída Pmax Pnom Pmin 1 100mW (20dBm) nedefinováno 1mW (0dBm) 2 2.5mW (4dBm) 1mW (0dBm) 0.25mW ( 6dbm) 3 1mW (0dBm) nedefinováno nedefinováno Stavy ve kterých se může zařízení nacházet: Pohotovostní (standby) Dotaz / Výzva (inquiry( / page) Aktivní (active) Vyhledávac vací (sniff) Odložený (hold) Parkovací (park)

8 Piconet/Scatternet Scatternet Piconet 1 Piconet Piconet 2

9 Rádiová vrstva GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) Jednička je kladná odchylka kmitočtu BT = 0,5 a modulační index = Symbolová rychlost 1Ms/s TDD (Time Division Duplex) Slot time = 0,625ms FHSS případně AFH

10

11 Komunikace master slave

12 Vrstvy pro síťové aplikace

13 ZigBee (IEEE ) Low-Rate Wireless Personal Area Network průmyslová síť pro pomalý přenos dat v domácí a automatizační technice Pracovní pásma 868MHz, 915MHz, 2.45GHz Rozprostření DSSS Adresace 16 bitů (až zařízení) Datová rychlost Bezdrátové prodloužení RS 232/RS kb/s (O QPSK) Výkon vysílače Citlivost přijímače Dosah Příkon 1 mw 90dBm až 75m (ve volném prostoru) 30mA (1µA v hybernaci)

14 Y37BKS WirelessUSB Cypress Semiconductor (2001) Bezdrátové prodložení pro USB rozhraní Pracovní pásma 2.4GHz, 79 kanálů Rozprostření DSSS/bez Adresace 8bitů (jako USB) Datová rychlost Bezdrátové prodloužení USB 250 kb/s (DSSS) 1Mb/s (GFSK) Výkon vysílače 2,5 mw Citlivost přijímače 95dBm Dosah až 50m Příkon 50mA (1µA v hybernaci)

15 WirelessUSB CIRF69213 (Cypress)

16 WLAN WiFi (IEEE a/b/g, n) Bezdrátová LAN Pracovní pásma GHz, 14 kanálů (ISM) Rozprostření Modulace Adresace Datová rychlost 1Mb/s 250Mb/s Výkon vysílače Citlivost přijímače Dosah Příkon GHz, FHSS,DSSS,OFDM BPSK, QPSK, 8PSK, 64QAM MAC 100 mw 95dBm stovky metrů v závislosti na vysílaném výkonu

17 Dokumenty a doporučení IEEE Původní standard pro 1 a 2 Mbit/s rychlost s frekvencí 2.4 GHz (1999) IEEE a 54 Mbit/s, 5 GHz standard (1999, produkty od 2001) IEEE b Vylepšení s podporou 5.5 a 11 Mbit/s (1999) IEEE c Bezdrátové přemostění (bridge); obsaženo v IEEE 802.1D standardu (2001) IEEE d Mezinárodní roamingový dodatek (2001) IEEE e Vylepšení QoS, včetně dlouhých (burst) paketů (2005) IEEE F Komunikace mezi bezdrátovými přístupovými body (2003) Stažen v březnu IEEE g 54 Mbit/s, 2.4 GHz standard (zpětně kompatibilní s b) (2003) IEEE h Správa spektra a (5 GHz) pro Evropu (2004) IEEE i Vylepšený autentifikační a šifrovací algoritmus (WPA2) (2004) IEEE j Dodatek pro Japonsko; nové frekvenční pásma pro multimedia (2004) IEEE k Vylepšení správy rádio zrdojů pro vysoké frekvence. (Navazuje na IEEE j) IEEE l (rezervováno a nebude použito) IEEE m Správa standardu: přenosové metody a drobné úpravy. IEEE n Vylepšení pro vyšší datovou propustnost (MIMO Multiple Input Multiple Output) IEEE o (rezervováno a nebude použito) IEEE p Bezdrátový přístup pro pohyblivé prostředí (auta, vlaky, sanitky) IEEE q (rezervováno a nebude použito, aby se nepletlo s 802.1Q) IEEE r Rychlé přesuny mezi přístupovými body (roaming) IEEE s Samoorganizující se bezdrátové sítě. (ESS Mesh Networking) IEEE T Předpověď bezdrátového výkonu testovací metody IEEE u Spolupráce se sítěmi mimo 802 standardy (například s mobilními sítěmi) IEEE v Správa bezdátových sítí (konfigurace klientských zařízení během připojení) IEEE w Chráněné servisní rámce IEEE x (rezervováno a nebude použito) IEEE y Pro běh ve frekvenčním pásmu MHz (veřejné pásmo v USA)

18 Hlavní kmitočtová pásma

19 Kalkulace trasy

20 Kmitočtová pásma b

21 DSSS

22 Barker sekvence 11bit rozprostíraci sekvence Kódový zisk 10,4 db Dobré autokorelační vlastnosti

23 Kodér vysílače

24 Přímé rozprostření

25 Kmitočtová maska pro b

26 Výkonová obálka

27 IEEE g/a

28 Kmitočtová maska a

29 PLCP rámec

30 Přístupová metoda DCF (Distributed Coordination Function) PCF (Point Cordination Function) volitelně CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance). DIFS (Distributed Inter Frame Space) RTS (Request To Send) krátký paket vyslaný stanicí pokud chce vysílat (obsahuje délku následujícího přenosu) CTS (Clear To Send) odpověď na RTS (opět s délkou následujícího přenosu) RTS CTS výhodný pouze pro dlouhé pakety

31 Komunikace ACK

32 Přístup k médiu

33 Skrytá stanice

34 Rozšíření přístupových metod (QoS) IEEE e ECDF (Enhanced Distribution Coordination Function ) HCF (Hybrid Coordination Function ) volitelný HCCA (HCF Controlled Channel Access) TSID (Traffic Stream Identifier) 8 identifikátorů provozu

35 QoS pro

36 QoS (Quality of Service ) vyjadřuje jeden z trendů vývoje technologií a služeb počítačových sítí poskytovat uživatelům služby s definovanou kvalitou Volná kapacita sítě rozdíl mezi instalovanou kapacitou a zátěží neboli využitou kapacitou. Ztrátovost paketů kolik procent paketů nedorazí od odesílatele k příjemci. Zpoždění doba potřebná k přenosu paketu od odesílatele k příjemci. Změna zpoždění Tato vlastnost je pro aplikace často důležitější než absolutní hodnota zpoždění.

37 Blokové schéma WLAN

38 Bloky CEM (Configurable Execution Module) pro realizaci WLAN na principech softwarového rádia

39 UWB IEEE Bezdrátový přenos multimediálních dat, implementace QoS I UWB (impulse based UWB) MC UWB (Multicarrier UWB, OFDM) Šířka pásma 500MHz Kmitočtové pásmo GHz Vysílaný výkon 41dBm/MHz! Datová rychlost 100 Mb/s, 250Mb/s, 480Mb/s, 800 Mb/s Boj o praktickou realizaci fyzické vrstvy MB OFDM (MultiBand OFDM ) DS CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access)

40 Kmitočtový plán MB OFDM

41 Záklaní bloky UWB vysílače a příjímače

42 UWB transceiver

43 Literatura An Introduction to Ultra Wideband Communication Systems Jeffrey H. Reed Publisher : Prentice Hall PTR Date : April 05, 2005 ISBN : Pages : 672

44 Literatura Bluetooth Application Developer's Guide: The Short Range Interconnect Solution By Brian Senese, Gordon McNutt, Bill Munday, David Kammer Publisher: Syngress Publishing Pub Date: December 2001 ISBN: Pages: 556

45 Literatura Introduction to Bluetooth Technology by Lawrence Harte Althos Pub Date: January, 2004 ISBN: Pages: 60

46 Literatura IEEE 802 Wireless Systems Protocols, Multi hop Mesh/Relaying, Performance and Spectrum Coexistence Bernhard H. Walke ComNets, RWTH Aachen University, Germany Stefan Mangold Swisscom Innovations, Switzerland Lars Berlemann ComNets, RWTH Aachen University, Germany John Wiley & Sons Ltd, Pub Date: January, 2004 ISBN

47 Zkratky