RETI CELLULARI. Docente: Andrea Baiocchi. Dipartimento INFOCOM. Università di Roma La Sapienza. Indice

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1 Università di Roma La Sapienza Dip. INFOCOM RETI CELLULARI Docente: Andrea Baiocchi Dipartimento INFOCOM Università di Roma La Sapienza URL: 1 Indice Le reti cellulari Architettura di una rete cellulare Coperture cellulari Le reti cellulari geografiche: il GSM Architettura generale Servizi portanti e trasmissione dal punto di vista dell utente Accesso radio Piano di controllo: il trasporto della segnalazione Gestione delle risorse radio Gestione della mobilità e della sicurezza Gestione della comunicazione Evoluzione del GSM verso la 3G (GPRS, EDGE) Le WLAN Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/2005 2

2 Le WLAN! Benefici: Mobilità: gli utenti possono spostarsi continuando ad utilizzare il proprio terminale Connettività a breve termine: è possibile creare reti ad-hoc, ad esempio per una riunione Possibilità di installare una rete in situazioni nelle quali il cablaggio è difficile, ad esempio: In spazi aperti (parchi, campi sportivi) In edifici storici Maggiore robustezza in caso di disastri! Applicazioni Reti locali da interno (magazzini, uffici, ospedali, home networks) Interconnessione di edifici Copertura di aree pubbliche (hotspots) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ WLAN e WPAN! Applicazioni Reti locali da interni, interconnessione di edifici, reti ad hoc Hot spot pubblici Home Networking Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/2005 4

3 Reti ad infrastruttura e reti ad-hoc Rete ad infrastruttura AP AP wired network AP: Access Point AP Rete ad-hoc Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Lo standard IEEE ! Nel 1997 l'ieee ha definito lo standard : Due versioni (DSSS e FHSS) operanti nella banda dei 2.4GHz, a 1 o 2 Mbps! Sono stati poi aggiunti alcuni supplementi: a: raggiunge i 54Mbps con tecniche OFDM nella banda dei 5GHz b: raggiunge gli 11Mbps nella banda dei 2.4GHz f: interaccess point protocol (roaming dei terminali mobili) g: raggiunge i 54Mbps nella banda dei 2.4GHz h: gestione dello spettro (aggiunge TPC e DFS) i: sicurezza j: 4.9 GHz 5 GHz operation in Japan! Il processo di standardizzazione è in corso: TGe: qualità di servizio (QoS) TGn: nuovo protocollo MAC e PHY (>100 Mbit/s al MAC) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/2005 6

4 Canali per Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Canali accessibili nel mondo Channel Freq (GHz) US/Can Europe Spain France Japan x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/2005 8

5 Certificazione Wi-Fi! Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)! Over 70 members including: 3Com, Symbol, Lucent, Cabletron, Aironet, Dell, Intersil! Purpose: Insure cross-vendor interoperability of b solutions! The goal: Wi-Fi = Ethernet for WLAN! Independent lab certifies products as Wi-Fi compliant Only products passing test can use Wi-Fi logo Wi-Fi logo products have basic interoperability Connect, encrypt, and roam Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ IEEE : topologia della rete! Lo standard definisce due topologie di rete: Reti IBSS (Independent Basic Service Set) Reti ESS (Extended Service Set)! Una rete è costituita da almeno un Basic Service Set (BSS); corrispondente a una cella Comprende un certo numero di stazioni (STA) che si trovano nella stessa area geografica, e che sono sotto il controllo di una singola funzione di coordinamento: DCF (Distributed Coordination Function): controllo distribuito PCF (Point Coordination Function): controllo centralizzato L'area coperta dal BSS è nota come BSA (Basic Service Area) Le stazioni in un BSS possono non essere tutte reciprocamente entro portata Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

6 Rete ad-hoc (IBSS) STA LAN IBSS STA 1 3 STA 2 IBSS 2 STA 5 STA LAN! Un IBSS (Independent Basic Service Set) è un gruppo di STA che comunicano senza l aiuto di una infrastruttura! Comprende stazioni che usano la stessa frequenza, e sono in grado di comunicare l una con l altra! Una stazione può comunicare con un'altra stazione del medesimo IBSS senza che il traffico passi attraverso un apparato centralizzato (AP) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Rete ad infrastruttura (ESS) (1/2)! Una rete ESS è costituita da più BSS integrate da un Distribution System (DS) comune Il DS trasporta a livello MAC le MSDU; l'ap in effetti è un bridge posto tra il BSS e il DS BSS AP Distribution system Il DS può essere una rete wired o wireless AP L'ESS appare come una singola LAN allo strato LLC BSS Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

7 Rete ad infrastruttura (ESS) (2/2) STA 1 ESS LAN BSS 1 Access Point BSS 2 Portal Distribution System Access Point LAN 802.x! AP (Access Point) è una stazione che fa parte sia della wireless LAN sia del Distribution System! Portal: è un bridge tra il Distribution System e un altra rete wired! Distribution System: è la rete (wired o wireless) che interconnette più BSS a formare un ESS STA LAN STA 3 Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Architettura di IEEE (1/3)! Strato LLC: Controllo di flusso e di errore E' indipendente dalla topologia della rete, dal mezzo trasmissivo e dal MAC; è definito in IEEE 802.2! Strato MAC: Accesso al mezzo condiviso! Strato fisico: Codifica/decodifica segnali Gestione del preambolo Trasmissione/ricezione dei bit Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

8 Architettura di IEEE (2/3) Terminale mobile Terminale fisso Rete application TCP IP LLC MAC PHY Access Point LLC MAC MAC PHY PHY application TCP IP LLC MAC PHY Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Architettura di IEEE (3/3) PHY DLC LLC MAC PLCP PMD MAC Management PHY Management Station Management! Lo standard definisce attualmente un singolo strato MAC e più strati fisici! Lo strato fisico è suddiviso in due sottostrati: PLCP: Physical Layer Convergence Procedure sublayer: carrier sensing PMD: Physical Medium Dependent sublayer: modulazione, codifica! MAC: accesso multiplo, frammentazione, cifratura Il MAC comunica con il PLCP per mezzo di primitive attraverso il PHY-SAP Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

9 Strato MAC (1/2)! Si basa su un algoritmo della famiglia CSMA Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA) Non è prevista la rilevazione di collisione (CD), in quanto essa è di difficile realizzazione in una rete wireless! Prevede un accesso multiplo distribuito e autonomo, a divisione di tempo, duplexing nel tempo, con assegnazione dinamica delle risorse su base pacchetto (MAC frame) DCF: accesso random con collisioni PCF: accesso controllato con polling! Adotta una politica analoga ad un subentro p-persistente! Offre un servizio di trasferimento (nell interfaccia radio) di tipo best effort! In corso estensione per la gestione di QoS differenziata Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Strato MAC (2/2)! Consegna affidabile dei dati Il protocollo MAC include un meccanismo di recupero degli errori (ARQ) Ogni MAC frame include un campo di rivelazione di errore Quando una stazione riceve un pacchetto dati da un'altra stazione, risponde con un riscontro (ACK) Questo scambio di pacchetti non deve essere interrotto da trasmissioni provenienti da altre stazioni Se la stazione sorgente non riceve un ACK entro un determinato intervallo di tempo, NON può determinare con certezza quale evento si è verificato: MAC frame rivelato con errore a destinazione e scartato Collisione nel ricevitore ASSUME quindi collisione ed effettua subentro randomizzato e ritrasmissione del pacchetto dati Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

10 Funzioni di coordinamento del MAC! Sono previste due modalità di gestione degli accessi: Distributed Coordination Function (DCF): un protocollo distribuito a contesa, basato sul CSMA/CA Point Coordination Function (PCF): un protocollo centralizzato, coordinato da un Access Point! Il PCF si trova al di sopra del DCF e ne sfrutta le caratteristiche per assicurare l'accesso ai suoi utenti Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Inter-Frame Space xifs trasmissione DIFS PIFS SIFS contesa trama successiva si accede al mezzo se esso rimane libero per un tempo! xifs t! Gli IFS sono intervalle di tempo di silenzio forzato che devono essere rispettati dalle stazioni in contesa (backlogged)! E un modo semplice per realizzare un accesso differenziato secondo diversi livelli di priorità distribuito, autonom.! Sono definiti tre tipi di IFS SIFS (Short IFS) PIFS (PCF IFS) DIFS (DCF IFS) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

11 DCF: Basic Access (1/3) DIFS DIFS contention window (backoff aleatorio) Trasferimento dati Nuovo trasf. dati si accede al mezzo se esso rimane libero per un tempo! DIFS slot time! Una stazione pronta a trasmettere rileva lo stato del canale (CCA Clear Channel Assessment, segnalato dal PLCP)! Se il mezzo rimane libero per la durata di un DCF Inter-Frame Space (DIFS) la stazione inizia a trasmettere! Se il mezzo è occupato, la stazione attende che torni libero, poi aspetta un DIFS, quindi attende ancora per un tempo di backoff (aleatorio, multiplo di uno slot time)! Il timer di backoff viene congelato se viene rilevata una trasmissione prima dello scadere del timer stesso Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ t DCF: Basic Access (2/3) DIFS DIFS bo e bo r DIFS bo e bo r DIFS bo e busy STA 1 bo e busy STA 2 STA 3 busy bo e busy bo e bo r STA 4 bo e bo r bo e busy bo e bo r STA 5 t busy Trasmissione in corso bo e Backoff trascorso Un pacchetto arriva al MAC bo r Backoff residuo Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

12 DCF: Basic Access (3/3) Stazione trasmittente Stazione ricevente Altre stazioni DIFS data SIFS waiting time ACK DIFS contention data t! Se il pacchetto è stato ricevuto correttamente, la stazione ricevente emette un riscontro dopo aver atteso un SIFS Il fatto che SIFS < xifs per ogni x!s garantisce l assenza di collisioni per l ACK! Il riscontro è previsto solo per trasmissioni unicast Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Terminale nascosto Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

13 DCF: RTS/CTS (1/2)! Per ridurre gli effetti negativi delle collisioni, in particolare nel caso del nodo nascosto, una stazione può riservare il canale prima della trasmissione: La sorgente invia un pacchetto RTS (Request To Send) alla destinazione; il campo duration indica la durata della trasmissione La destinazione risponde con un CTS (Clear To Send) Le altre stazioni che hanno ricevuto RTS o CTS evitano di trasmettere per il tempo specificato dal campo duration specificato! I pacchetti RTS e CTS hannu lunghezza rispettivamente di 20 e 14 byte! La maggiore efficienza della modalità RTS/CTS rispetto a quella basic dipende dal peso relativo di questo overhead e delle collisioni Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ DCF: RTS/CTS (2/2) trasmettitore DIFS RTS dati ricevitore SIFS CTS SIFS SIFS ACK Altre stazioni NAV (RTS) NAV (CTS) ritarda l accesso contesa DIFS dati t Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

14 DCF: frammentazione (1/2)! La frammentazione è utile in caso di canale disturbato o comunque per diminuire il peso dell overhead inerente ogni singolo accesso di una stazione Una MAC SDU viene frammentata se la sua lunghezza supera un valore soglia! Il canale viene rilasciato solo al termine della trasmissione di una SDU, oppure se si verifica un errore In caso di errore il canale viene rilasciato, e la stazione deve nuovamente contendere per ottenere l accesso; la trasmissione riprende dal frammento per il quale si era verificato l errore Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ DCF: frammentazione (2/2) Trasmettitore DIFS RTS fram 1 fram 2 SIFS SIFS CTS SIFS SIFS ACK 1 SIFS ACK 2 Ricevitore Altre stazioni NAV (RTS) NAV (CTS) NAV (fram 1 ) NAV (ACK 1 ) contesa DIFS dati t Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

15 DCF: timer di backoff! Si usa il binary exponential backoff: L'asse dei tempi è suddiviso in time slot, di durata fissa (per esempio, 20 µs per il DSSS) Il tempo di backoff è una variabile aleatoria, multiplo intero di uno slot time, uniformemente distribuita tra 1 e un valore noto come Contention Window (CW) La dimensione della CW è posta ad un valore minimo (CWmin) dopo ogni trasmissione andata a buon fine; viene raddoppiata dopo ciascun tentativo fallito, non superando comunque un valore massimo (CWmax) CW(m) = min{2 CW(m 1),CWmax}, m " 1; CW(0)=CWmin! Il timer di backoff viene fermato e congelato se durante il conteggio il mezzo è sentito occupato; il conteggio viene ripreso dopo il verificarsi di un intervallo idle di durata DIFS Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ DCF: Inter-Frame Spacing! Sono previsti 3 diversi valori per l'ifs (livelli di priorità): SIFS (short IFS): usato quando si richiede una risposta immediata, che non può essere interrotta da altre trasmissioni; SIFS = 10µs PIFS (PCF IFS): usato dal PCF; PIFS = SIFS + slot time DIFS (DCF IFS): usato come ritardo minimo per l'accesso a contesa; DIFS = PIFS + slot time! Il SIFS è usato nelle seguenti circostanze: Riscontro (ACK): quando una stazione riceve un pacchetto, risponde con un ACK dopo aver atteso solo per un SIFS; Invio di un frammento dopo un ACK Ciò permette di migliorare l'efficienza di utilizzazione quando si utilizza la frammentazione; infatti una stazione è in grado di mantenere il controllo del canale fino a che non ha trasmesso tutti i frammenti di una LLC PDU Clear to Send (CTS) Poll response (nel PCF) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

16 DCF: carrier sensing e NAV! Carrier sensing: Fisico: la presenza di altre STA in trasmissione viene rilevata analizzando i pacchetti ricevuti, e la potenza del segnale proveniente da altre sorgenti Virtuale: nell'header dei pacchetti RTS, CTS e dati è presente un campo duration, che indica dopo quanto tempo dalla fine del pacchetto corrente il canale tornerà disponibile Questa informazione viene impiegata dalle STA per aggiornare il NAV (Network Allocation Vector), che indica tra quanto tempo la trasmissione in corso avrà termine! Nella procedura RTS/CTS Il pacchetto RTS, trasmesso dalla sorgente, contiene un campo duration che indica la durata della trasmissione: tutte le STA che ricevono l'rts leggono il campo duration del pacchetto RTS, ed impostano il proprio NAV La stazione ricevente emette il CTS, impostando il campo duration: tutte le stazioni che ricevono il CTS leggono il campo duration, ed impostano il proprio NAV Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Diagrmma di flusso del DCF Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

17 DCF: esempi (1/4) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ DCF: esempi (2/4) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

18 DCF: esempi (3/4) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ DCF: esempi (4/4) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

19 Point coordination function (PCF)! E' previsto nel caso di rete con infrastruttura (AP) I periodi in cui si usa il PCF sono detti CFP (Contention Free Period), e si alternano ai CP (Contention Period) nei quali si usa il DCF Un AP (Point Coordinator) controlla l'accesso al canale e mantiene la lista dei terminali registrati! Il CFP inizia con la trasmissione da parte del PC di un beacon frame dopo che è trascorso un PIFS dal momento in cui il canale è percepito libero Tutti i terminali che ricevono il beacon impostano il NAV alla durata massima di un CFP Durante il CFP, il PC invia messaggi di poll con disciplina round robin, e solo un terminale che ha ricevuto un poll oppure un pacchetto dati è autorizzato a trasmettere Il PC può porre fine al CFP trasmettendo un pacchetto CF-end Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ PCF: struttura temporale Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

20 PCF: esempio Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Supporto della qualità di servizio! Lo standard (draft) IEEE e definisce due coordination functions : Enhanced DCF (EDCF) Hybrid Coordination Function (HCF)! Introduce l entità Hybrid Coordinator (HC) Simile al point coordinator, HC è un controllore centralizzato per gli altri terminali, tipicamente coincidente con un AP! Definisce diversi livelli di supporto della QoS Livello 3: scheduling parametrizzato - EDCF+HCF Livello 2: scheduling a priorità - EDCF+HCF Livello 1: scheduling a priorità - EDCF Livello 0: nessuno scheduling - DCF+PCF Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

21 Superframe periodic Superframe CFP(Contention Free Period) CP(Contention Period) PC CF-Poll CF-End STAs Beacon DATA DATA DATA DATA DATA DATA e periodic Superframe HC STAs CFP(Contention Free Period) (Polling through HCF) Beacon DATA DATA DATA CP(Contention Period) CCI CF-Poll DATA DATA DATA DATA DATA TXOP TXOP Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ EDCF: principi! La funzione di coordinamento distribuita è arricchita definendo una Enhanced Distributed Coordination Function (EDCF).! La EDCF è usata solo nel Contention Period ( CP )! Otto Traffic Categories (TC) in ciascun terminale Scheduling interno al terminale per selezionare il pacchetto da trasmettere in caso di contesa tra TC diverse! L accesso EDCF si basa sul CSMA/CA con Exponential Backoff, attribuendo a ogni TC valori diversi dei parametri del CSMA (CWmin, CWmax, IFS) In luogo del DIFS si definisce un AIFS[TC], Arbitration IFS >= DIFS CWmin[TC] = CWmax[TC] è opzionale Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

22 IFS in e AIFS(TC1) AIFS(TC4) AIFS(TC7) Low Priority TC backoff SIFS PIFS SIFS Medium Priority TC backoff Ack High Priority TC backoff RTS DATA Contention Window (Counted in slots) SIFS CTS time Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ EDCF: scheduling nel terminale High priority Low priority DCF TC7 TC6 TC5 TC4 TC3 TC2 TC1 TC0 Backoff (DIFS) (32) Backoff (AIFS) (CW) Backoff (AIFS) (CW) Backoff (AIFS) (CW) Backoff (AIFS) (CW) Backoff (AIFS) (CW) Backoff (AIFS) (CW) Backoff (AIFS) (CW) Backoff (AIFS) (CW) Transmission attempt Scheduler (resolve virtual collisions by granting permission to highest priority) AIFS: Arbitration Inter-Frame Space Transmission attempt Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

23 HCF (Hybrid Coordination Function)! E' usato sia nei Contention Free Period (come unica modalità di accesso) sia nei Contention Period (affiancato all' EDCF) La Trasmission Opportunity (TXOP) è un intervallo di tempo in cui un terminale ha il diritto di trasmettere; esso è definito da un istante iniziale e da una durata massima! Durante i CFP HC fornisce ai singoli terminali l'accesso al canale (polling) specificando l'istante di inizio e la durata massima di ciascun TXOP! Durante i CP HC può fornire l'accesso ad un terminale (polled TXOP) mandando un CF- Poll dopo che il canale risulta libero per un periodo PIFS HC può iniziare un Controlled Contention Interval (CCI) mandando un control frame specifico Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ CCI (Controlled Contention Interval)! E' un altro protocollo ad accesso casuale! Permette ai terminali di richiedere l'allocazione di polled TXOP Il terminale invia una Reservation Request (RR) con il TC richiesto e la durata del TXOP! L'HC inizia un CCI inviando un control frame specifico; questo Forza i terminali legacy a impostare il NAV fino al termine del CCI Definisce un numero di Controlled Contention Opportunities (CCO), cioè intervalli separati da SIFS Definisce una filtering mask che contiene le TC alle quali le RR devono appartenere! Ogni terminale con pacchetti in coda con TC coincidente con uno della maschera sceglie casualmente un CCO e trasmette la RR! Ciascuna RR deve essere confermato tramite ACK vista la possibilità di collisioni Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

24 Formato della trama! Tipi di trama: Trame di controllo, di gestione, dati! Numeri di sequenza! Indirizzi: bytes Servono ad evitare trame duplicate dovute alla perdita di ACK Ricevitore, trasmettitore (fisico), identificatore di BSS, trasmettitore (logico) Duration/ ID Address 1 Address 2 Address 3 Sequence Control Frame Control Protocol version Type Subtype To DS More Frag Power Retry Mgmt Address Data 4 bits From DS More Data WEP Order CRC Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Frame Control Fields! Protocol version version! Type control, management, or data! Subtype identifies function of frame! To DS 1 if destined for DS! From DS 1 if leaving DS! More fragments 1 if fragments follow! Retry 1 if retransmission of previous frame! Power management 1 if transmitting station is in sleep mode! More data Indicates that station has more data to send! WEP 1 if wired equivalent protocol is implemented! Order 1 if any data frame is sent using the Strictly Ordered service Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

25 Formato degli indirizzi scenario to DS from address 1 address 2 address 3 address 4 DS ad-hoc network 0 0 DA SA BSSID - infrastructure 0 1 DA BSSID SA - network, from AP infrastructure 1 0 BSSID SA DA - network, to AP infrastructure network, within DS 1 1 RA TA DA SA DS: Distribution System AP: Access Point DA: Destination Address SA: Source Address BSSID: Basic Service Set Identifier RA: Receiver Address TA: Transmitter Address Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Control Frame Subtypes! Power save poll (PS-Poll)! Request to send (RTS)! Clear to send (CTS)! Acknowledgment! Contention-free (CF)-end! CF-end + CF-ack Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

26 Data Frame Subtypes! Data-carrying frames Data Data + CF-Ack Data + CF-Poll Data + CF-Ack + CF-Poll! Other subtypes (don t carry user data) Null Function CF-Ack CF-Poll CF-Ack + CF-Poll Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Management Frame Subtypes! Association request! Association response! Reassociation request! Reassociation response! Probe request! Probe response! Beacon! Announcement traffic indication message! Dissociation! Authentication! Deauthentication Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

27 ACK, RTS, CTS ACK bytes Frame Control Duration Receiver Address CRC RTS bytes Frame Control Duration Receiver Address Transmitter Address CRC CTS bytes Frame Control Duration Receiver Address CRC Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Management! Sincronizzazione Timing Synchronization Function (TSF) Le stazioni attendono di ricevere una trama beacon per sincronizzarsi con una rete Le trame beacon sono inviate ad intervalli predefiniti! Risparmio energetico Modalità di risparmio, con memorizzazione dei pacchetti da inviare ai terminali in stato sleep! Associazione e ri-associazione Associazione di una stazione ad un AP Roaming (passaggio ad un altro AP) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

28 Sincronizzazione con beacon (1/2) intervallo beacon AP B B B B mezzo trasmissivo busy busy busy busy valore del timestamp B trama beacon t Modalità infrastruttura (con AP) Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Sincronizzazione con beacon (2/2) intervallo beacon stazione 1 B 1 B 1 stazione 2 B 2 B 2 mezzo trasmissivo busy busy busy busy t valore del timestamp B trama beacon ritardo casuale Modalità ad-hoc Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

29 Risparmio energetico (1/2)! Le stazioni possono passare alla modalità di risparmio senza perdere informazioni! In presenza di un AP: L'AP mantiene un registro aggiornato delle stazioni in modalità di risparmio, e memorizza i pacchetti indirizzati a queste stazioni, fino a quando esse non facciano esplicita richiesta di tali pacchetti L'AP trasmette periodicamente nel pacchetto di beacon la lista delle stazioni in risparmio energetico (PS STA) che hanno pacchetti in coda nell'ap Le stazioni si svegliano periodicamente allo scopo di ricevere il pacchetto di beacon Se nel beacon c'è l'indicazione che alcuni pacchetti indirizzati alla stazione si trovano nell'ap, la stazione rimane sveglia e invia un messaggio di polling all'ap, per richiedere l'invio dei pacchetti stessi Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Risparmio energetico (2/2)! Modalità infrastruttura Traffic Indication Map (TIM) Lista dei ricevitori unicast, trasmessa dall AP Delivery Traffic Indication Map (DTIM)! Modalità ad-hoc Lista dei ricevitori broadcast/multicast, trasmessa dall AP Una delle stazioni assume il ruolo di beacon master, e non va in modalità di risparmio Il ruolo di beacon master viene assunto a rotazione da tutte le stazioni Ad-hoc Traffic Indication Map (ATIM) Inviato da una stazione per comunicare l intenzione di trasmettere verso un altra stazione E possibile la collisione tra ATIM Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

30 RE - modalità infrastruttura TIM interval DTIM interval access point medium D B busy T T d D busy busy busy B station p d t T TIM D DTIM awake B broadcast/multicast p PS poll d data transmission to/from the station Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ RE - modalità ad-hoc ATIM window beacon interval station B 1 A D B 1 1 station 2 B 2 B 2 a d t B beacon frame random delay A transmit ATIM D transmit data awake a acknowledge ATIM d acknowledge data Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

31 Roaming (1/3)! Le trame di beacon trasmesse dall AP possono essere impiegate dalle stazioni per scegliere l AP, e per decidere quando effettuare un handover! Scansione passiva La stazione ascolta le trame di beacon dell AP al quale è associata La stazione ascolta le trame di beacon di altri AP, allo scopo di trovare un accesso di qualità migliore! Scansione attiva La stazione invia trame PROBE all AP, e attende la risposta, allo scopo di trovare un accesso di qualità migliore ad un nuovo AP Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Roaming (2/3)! Reassociation Request La stazione invia la richiesta ad un AP al quale vuole associarsi! Reassociation Response Successo: l AP risponde, l associazione può aver luogo Fallimento: la scansione continua! In caso di successo: L AP segnala la nuova associazione al Distribution system Il Distribution system aggiorna la sua base dati Il Distribution system informa il vecchio AP, che così può rilasciare le risorse Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

32 Roaming (3/3)! Analisi della qualità della comunicazione (CQ) Vengono analizzati i seguenti parametri: Receive signal strength indicator (RSSI) Numero di ritrasmissioni dalla stazione all AP (ACK timeout); questa misura è fornita dal MAC Numero di messaggi duplicati ricevuti dall AP (ACK perduti); questa misura è fornita dal MAC Per determinare il valore di CQ viene effettuata una media mobile delle misure effettuate sulle trame di beacon! Valori di soglia Vengono definiti valori di soglia sui quali basare la decisione di effettuare il roaming Per evitare roaming troppo frequenti si impiega un meccanismo di isteresi Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Basic roaming Roams between APs As the mobile user roams away from one AP and closer to another, the WLAN NIC will automatically re-associate with the closer AP to maintain reliable performance. Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

33 Roaming support! Everyone has basic roaming between Access Points! Ways to offer extended roaming between subnets: Mobile IP used by Cisco and Lucent Increases traffic on wired net Adds latency to network sessions DHCP New IP address upon suspend/resume or shutdown! IEEE does not define roaming process. It just identifies a criteria for using multiple APs Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Extended Roaming SuperStack 3 Switch SuperStack 3 Switches across AP s and router boundaries using DHCP Switch 4005 CoreBuilder 9000 SuperStack 3 Switches In Conference Room Extended Roaming Desktop Building 1 Internet SuperStack 3 Switch In Lobby Basic Roaming Building 2 Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

34 Portata - basic access b Portata media massima Basic 11 Mbps Lpack=1024 bytes 512 bytes 256 bytes 128 bytes 64 bytes Numero di STA, N Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/ Portata - RTS/CTS 1 Portata media massima b RTS/CTS 11 Mbps Lpack=1024 bytes 512 bytes 256 bytes 128 bytes 64 bytes Numero di STA, N Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/

35 Probabilità di collisione b Portata media massima Probabilità di collisione condizionata alla trasmissione Probabilità di collisione non condizionata Numero di STA, N Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma La Sapienza - Corso di Reti Cellulari - A.A. 2004/