Sistemi Wireless in Area Locale. SisWir.08.1 Luca Simone Ronga

Transcript

1 Sistemi Wireless in Area Locale SisWir.08.1 Luca Simone Ronga

2 Obiettivo del Corso Principali standard per reti di telecomunicazione dati wireless Tecniche e Soluzioni Tecnologiche dei sistemi presenti sul mercato. Livelli: Fisico Accesso Rete Tecnologie evolutive per le reti wireless di prossima generazione Reti Radiomobili Escluse (Corso Specifico) SisWir L. S. Ronga 2

3 Località Concetto di Località esteso: area geografica nella quale opera un servizio di telecomunicazioni Bluetooth (1-10 m di raggio) Spot Satellitare ( Km di raggio) Caratteristiche: Stessa tecnologia di accesso Prossimità di Rete SisWir L. S. Ronga 3

4 Testi e Riferimenti Testi William Stallings, Comunicazioni e Reti Wireless, Mc-Graw Hill, ISBN Gil Held, Reti Wireless, Mc-Graw Hill, ISBN Theodore S. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall, ISBN John G. Proakis, Digital Communications, Mc- Graw Hill, ISBN Home Page ( Internet IEEE Standards (accessibile dai computer di Facoltà) SisWir L. S. Ronga 4

5 Reti di Telecomunicazione

6 Principale Classificazione Estensione Geografica BAN (Body Area Network) 1-2 m PAN (Personal ) 1-10 m LAN (Local ) m MAN (Metropolitan ) 1-10 Km WAN (Wide ) km Satellite km SisWir L. S. Ronga 6

7 Esempio di WBAN SisWir L. S. Ronga 7

8 Piena Nazione WAN GSMGPRS EDGE UMTS HSDPA HSUPA Accesso metro politano WMAN WLAN WiMAX WiFi e Hiperlan Mobilità SOHO b a/g n WPAN Sost. cavi RFid ZigBee Bluetooth 1 Kbps 10 Kbps 100 Kbps 1 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1 Gbps Bit rate SisWir L. S. Ronga Scarsa 8

9 SisWir L. S. Ronga 9

10 a OFDM-based physical layer for 5 GHz, 6-54 Mb/s b DSSS-based physical layer for 2.4 GHz, 5.5 and 11 Mb/s c Supplement to support MAC bridge operation d Specification for operation in different regulatory domains e MAC enhancements for QoS (active) F Interaccess point protocol g OFDM-based (also other optional modes) physical layer for 2.4 GHz, -54 Mb/s h Spectrum and power management enhancements to a i Security enhancements (active) j Enhancement of a for GHz in Japan (active) k Radio resource management (active) m Technical corrections and clarifications (active) n High-thoughput enhancements (active) SisWir L. S. Ronga 10

11 Caratteristiche delle WAN Vaste aree geografiche coperte Circuiti gestiti da un solo carrier Costituiti da nodi commutati WAN tradizionali offrono capacità modeste 64 kbps utenza residenziale Mbps utenza affari (T-1) WAN a larga banda usano fibre ottiche e tecniche di trasmissione basate su ATM (asynchronous transfer mode) Mbps capacità tipiche SisWir L. S. Ronga 11

12 Tecnologie WAN - accesso 1/2 ADSL xdsl Internet Service Provider INTERNET xdsl: ADSL, SDSL, HDSL, VDSL Wireless WAN - WLL: banda da 1 Mbit - 11 Mbit

13 Tecnologie WAN - accesso 2/2 ADSL - Asimmetric Digital Subscriber Line Asimmetrico, Upload: 128K - 1M, Download: 640K M HDSL - High-Speed DSL Simmetrico, Upload/Download: 2M VDSL - Very-high-bit-rate DSL Asimmetrico, Upload: 1.6M M, Download: 12.96M M

14 Tecnologie WAN - backbone 1/2 ATM è limitato a 622M WDM (Wavelength Division Multiplexing) è la soluzione utilizzata per le odierne realizzazioni a larga banda Gli investimenti di tutti i carrier vanno in questa direzione

15 Tecnologie WAN - backbone 2/2 Cosa è WDM? Consente di veicolare più lunghezze d onda all interno del medesimo mezzo fisico (fibra ottica) la capacità trasmissiva dipende dalla qualità delle fibre e dagli apparati trasmissivi 10 Gbps (Dense-WDM) - 40Gbps (High- DWDM)

16 Caratteristiche delle LAN Connettono vari dispositivi fornendo un mezzo di scambio delle informazioni LAN Traditionali LAN Velocità comprese da Mbps LAN ad alta velocità Velocità comprese tra 100 Mbps e 10 Gbps SisWir L. S. Ronga 16

17 Differenze tra LAN e WAN Area coperta dalle LAN è minore Le LAN interconnettono dispositivi in un edificio o gruppo di edifici Le LAN sono di solito appartenenti e gestite dalle stesse organizzazioni che possiedono I dispositivi connessi Nelle WAN, la maggior parte delle strutture di rete NON APPARTENGONO ad una stessa organizzazione Capacità delle LAN è molto maggiore di quella delle WAN SisWir L. S. Ronga 17

18 Utilità delle MAN Reti punto-punto tradizionali e commutate usate nelle WAN sono incapaci di seguire le esigenze di crescita delle organizzazioni connesse Necessità di elevate capacità a basso costo per aree urbane Le MAN forniscono: Servizi di connettività a clienti in aree metropolitane Capacità adeguate Costi inferiori a quelli forniti dai provider telefonici SisWir L. S. Ronga 18

19 Reti a Commutazione Terminologia Nodo di Commutazione: Dispositivo intermedio per il trasporto di dati Non coinvolto dai contenuti dei dati Stazione: Dispositivo teminale interessato dalla comunicazione Connesso ad un nodo di commutazione Rete di Comunicazione: Insieme di nodi di commutazione SisWir L. S. Ronga 19

20 Rete a Commutazione SisWir L. S. Ronga 20

21 Osservazioni Alcuni nodi non hanno terminali connessi (5 e 7) I link stazione-nodo sono di solito collegamenti punto-punto dedicati I link nodo-nodo sono collegamenti multiplati Frequency-division multiplexing (FDM) Time-division multiplexing (TDM) Non esiste una connessione diretta tra ogni coppia di nodi SisWir L. S. Ronga 21

22 Tecniche di Commutazione Commutazione di Circuito - Circuit switching Percorso dedicato tra due stazioni Rete Telefonica Pubblica Commutazione di Pacchetto - Packet switching Il messaggio è segmentato in pacchetti Ciascun nodo determina il successivo segmento di percorso per ogni pacchetto SisWir L. S. Ronga 22

23 Fasi del Collegamento Attivazione del Circuito Un circuito tra le due stazioni viene negoziato tra i nodi Trasferimento delle Informazioni Le informazioni vengono trasferite attraverso la rete I dati possono essere: Un segnale analogico (es. Voce) Un segnale digitale (es. Voce campionata) Dati Disconnessione del Circuito Il circuito viene rimosso Ciascun nodo libera le risorse impiegate SisWir L. S. Ronga 23

24 Commutazione di Circuito Può rivelarsi inefficiente Caratteristiche La capacità trasmissiva è utilizzata per tutta la durata della connessione Utilizzazione inferiore al 100% (es. Attività della voce 30%) Ritardo per l attivazione del circuito La rete è TRASPARENTE agli utenti Velocità di trasmissione e ritardo di propagazione fissi. SisWir L. S. Ronga 24

25 PSTN public switched telephone network Abbonati dispositivi connessi alla rete (prevalentemente apparecchi telefonici) Linea di abbonato (Subscriber Line) collegamento tra abbonato e la rete Chiamato subscriber loop o local loop Centralino centrale di commutazione nella rete Un centralino a cui si connettono abbonati è un centralino terminale Collegamenti rami di collegamento tra centralini SisWir L. S. Ronga 25

26 PSTN/2 SisWir L. S. Ronga 26

27 Commutazione a Pacchetto Prima dell invio il messaggio viene suddiviso in una serie di paccetti. Lunghezza tipica 1000 bytes Pacchetto = dati + intestazione (header) Ogni nodo sul percorso riceve il pacchetto, lo memorizza temporaneamente e lo inoltra non appena la risorsa di comunicazione si libera. SisWir L. S. Ronga 27

28 Packet Switching SisWir L. S. Ronga 28

29 Packet Switching SisWir L. S. Ronga 29

30 Vantaggi della Commutazione a Pacchetto Elevata efficienza della linea Più pacchetti condividono lo stesso link nodo-nodo usufruendo della massima velocità possibile Le reti a commutazione di pacchetto eseguono conversione di data rate (velocità di collegamento) Capacità del meccanismo store and forward, due stazioni a velocità diverse possono comunicare A differenza delle reti a commutazione di circuito, traffico intenso non blocca la sorgente ma incrementa il ritardo Consente una scala di priorità del traffico (QoS) SisWir L. S. Ronga 30

31 Svantaggi Ciascun nodo introduce un ritardo Il ritardo complessivo di un pacchetto può variare nel tempo sostanzialmente Fenomeno chiamato jitter Causato da dimensione variabile dei pacchetti, percorsi diversi, stato di congestione dei nodi Ciascun pacchetto necessita di informazioni postali Destinatario, numero di sequenza nel messaggio Non sono informazione utile quindi la capacità trasmissiva è ridotta Maggiore complessità computazionale richiesta nel nodi SisWir L. S. Ronga 31

32 Commutazione di Pacchetto Due possibili metodologie di funzionamento: Datagramma (Internet) Circuito Virtuale (ATM) SisWir L. S. Ronga 32

33 Datagramma Ciascun pacchetto è trattato indipendentemente dagli altri Ciascun nodo sceglie il nodo successivo del percorso del pacchetto I pacchetti non seguono necessariamente la stessa strada e possono arrivare in un ordine diverso da quello di partenza Il nodo di uscita ripristina l ordine di arrivo (quindi) Il nodo di uscita controlla la perdita di un pacchetto e decide come porre rimedio SisWir L. S. Ronga 33

34 Datagramma Vantaggi: Impostazione della chiamata non necessario Approccio primitivo = flessibile La consegna dei pacchetti col Datagramma è più affidabile SisWir L. S. Ronga 34

35 Circuito Virtuale Percorso deciso prima dell invio dei pacchetti Tutti i pacchetti seguono la stessa strada I nodi non devono prendere decisioni di istradamento Emula il circuito nella commutazione di circuito ma non è un percorso dedicato I pacchetti sono ancora memorizzati nei nodi ed accodati per l invio sulla linea. SisWir L. S. Ronga 35

36 Circuito Virtuale Vantaggi: Mantenuto l ordine di invio Possibilità di ripetere la trasmissione se un nodo non riceve il pacchetto = garanzia di consegna del messaggio nella rete Pacchetti trasmessi più rapidamente in quanto I nodi non devono decidere il percorso SisWir L. S. Ronga 36

37 Lunghezza del pacchetto Xinvia a Y passando da a e b T b = tempo necessario a trasmettere 1 byte Caso a) Messaggio (40 byte) + intestazione (3 byte) inviati in una sola volta Tempo di trasmissione : 129 T b Caso b) Messaggio in due pacchetti (20 byte) + intestazioni (3 byte) Tempo di trasmissione : 92 T b SisWir L. S. Ronga 37

38 Lunghezza del pacchetto Caso c) Messaggio in 5 pacchetti (8 byte) + intestazioni (3 byte) Tempo di trasmissione : 77 T b Caso d) Messaggio in 10 pacchetti (4 byte) + intestazioni (3 byte) Tempo di trasmissione : 84 T b SisWir L. S. Ronga 38

40 Asynchronous Transfer Mode (ATM) Chiamato anche cell relay Elevata velocità (di trasmissione) Simile alla commutazione di pacchetto Dati suddivisi in celle Permette la multiplazione di più connessioni logiche in un unica interfaccia fisica Controllo di errore e flusso semplificato = ridotto overhead e velocità Celle di dimensione fissa (53 bytes) semplifica l elaborazione nei nodi SisWir L. S. Ronga 40

41 Terminologia ATM Virtual channel connection (VCC) Connessione logica in ATM Unità base di commutazione Analoga al circuito virtuale in una rete a comm. pacchetto Permette flusso full-duplex (bi-direzionale) di celle a velocità variabile Virtual path connection (VPC) Aggregato di VCC che hanno gli stessi terminali SisWir L. S. Ronga 41

42 Vantaggi dei Virtual Path Architettura di rete semplificata Le impostazioni legate ad un VPC non devono essere ripetute per ciascun VCC contenuto Incremento nelle prestazioni ed affidabilità Riduzione della elaborazione ed impostazione della chiamata Se il VPC è stato impostato, il VCC si attiva velocemente Miglioramento dei servizi di rete Es. gruppi chiusi di utenti SisWir L. S. Ronga 42

44 Uso della Virtual Channel Connection Tra utenti finali Dati end-to-end o segnali di controllo tra 2 utenti Tra un utente e un entità di rete Segnali di controllo da utente alla rete Tra due entità di rete Gestione della rete e funzioni di istradamento SisWir L. S. Ronga 44

45 Caratteristiche dei Virtual Path e Virtual Channel Qualità del servizio Specificato come tasso di perdita delle celle (n.perse/n.trasmesse) e variazione del ritardo VCC commutate (sempre presenti) e semipermanenti (attive dopo una chiamata) Sequenza delle celle mantenuta Negoziazione dei parametri di traffico e monitoraggio dell utilizzo Identificativi di canali virtuali riservati all interno del percorso virtuale (ad es. per funzioni di rete) SisWir L. S. Ronga 45

46 Formato cella ATM SisWir L. S. Ronga 46

47 Categorie di servizi ATM Servizi in tempo-reale Constant bit rate (CBR) Real-time variable bit rate (rt-vbr) Servizi non in tempo-reale Non-real-time variable bit rate (nrt-vbr) Available bit rate (ABR) Unspecified bit rate (UBR) SisWir L. S. Ronga 47

49 Utilizzo dei Servizi ATM TCP con QoS Transazioni sensibili al tempo UDP Video-conferenza Applicazioni non sensibili al tempo Telefonia Trsmissione Video CBR Nrt-VBR UBR Rt-VBR ABR Codifica video MPEG2-4 Traffico aggregato no QoS Banda minima SisWir L. S. Ronga garantita 49

50 SisWir.1 Fine