Qos in Wireless Network

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1 Qos in Wireless Network Parte 8 Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 1/number 1

2 Applicazioni Sistema fonia classico Nuovi servizi Applicazioni Internet Applicazioni multimediali Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 2/number 2

3 Terminali mobili Fonte: Gartner Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 3/number 3

4 Architettura di base per reti wireless Global Global Internet MH MH AP Gateway Wired backbone AP AP MH MH MH MH Access Point: AP Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 4/number 4

5 Bande di frequenza: ISM (Industrial, Science and Medical band) Velocità: a seconda della versione fino a 54Mbps (in futuro saranno standardizzate versioni a velocità maggiore) Distanza di funzionamento: indicativamente qualche 100 di metri, tuttavia lavora su bande ISM quindi può essere impiegato solo in proprietà private e con potenze ridotte (EIRP<20dBm) Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 5/number 5

6 Standard Questi sono gli standard approvati o in fase di studio dall'ieee: IEEE Lo standard originale 2 Mbit/s, 2.4 GHz IEEE a - 54 Mbit/s, 5 GHz standard (1999, approvato nel 2001) IEEE b - Miglioramento del col supporto di 5.5 e 11 Mbit/s (1999) IEEE d - Libero IEEE e - Miglioramento: Gestione della qualità del servizio. IEEE F - Inter-Access Point Protocol (IAPP) IEEE g - 54 Mbit/s, 2.4 GHz standard (compatibile con il b) (2003) IEEE h - 5 GHz spectrum, Dynamic Channel/Frequency Selection (DCS/DFS) e Transmit Power Control (TPC) per compatibilità con l'europa IEEE i (ratificato il 24 giugno 2004) - Miglioramento della sicurezza IEEE j - Estensione per il Giappone IEEE k - Misurazione delle sorgenti radio IEEE n - Aumento della banda disponibile IEEE p - WAVE - Wireless Ability in Vehicular Environments (gestione per autoveicoli, ambulanze, ecc...) IEEE r - Roaming rapido IEEE s - Gestione della topologia della rete IEEE T - Gestione e Test IEEE u - Connessione con reti non 802, tipo le reti cellulari. IEEE v - Gestione delle reti wireless Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 6/number 6

7 Alcune versioni dello standard Le principali versioni dello standard sono: legacy (1997): 2.4 GHz, velocità 2Mbps b (1999): frequenza 2,4GHz, velocità 11Mbps a (1999): frequenza 5GHz, velocità 54Mbps g (2003): frequenza 2,4GHz, velocità 54Mbps Attualmente in fase di standardizzazione: n: frequenza 2,4GHz e 5GHz, velocità 248Mbps y: frequenza 3,7GHz, velocità 54Mbps Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 7/number 7

8 802.11b Standard più popolare per le reti LAN Frequenze libere: non necessita di licenze dalle autorità Supporta 11Mbps paragonabili ai 10 Mbps di Ethernet Non necessita di infrastruttura Reti adhoc network Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 8/number 8

9 Hiperlan Bande di frequenza: range ISM 3.4GHz- 5GHz Velocità: fino a 24Mbps Distanza di funzionamento: fino a km dall'antenna Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 9/number 9

10 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Bande di frequenza: in grado di operare sia su bande libere che su bande sottoposte a licenza (3,4-3,6 GHz) Velocità: fino a 70 Mbit/s (secondo i propositi dovrebbe essere sufficiente per supportare simultaneamente circa 40 aziende con connettività di tipo T1 e 70 abitazioni con connessione ad 1 Mbit/s) Distanza di funzionamento: dell ordine delle decine di km (indicativamente fino a 50 km) Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 10/number

11 Bluetooth Costo basso Da 10 a 100 metri Velocità di circa 1Mbps Applicazioni Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 11/number

12 Reti Cellulari Switching backbone BSC Cell1 BS Cell 2 BS Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 12/number

13 GSM (Global System for Mobile Communications) Bande di frequenza: a seconda degli stati 850, 900, 1800, 1900 MHz Velocità: fino a 9,6 kbps Distanza di funzionamento: in pratica fino a 35km Applicazioni: servizi fonia e trasmissione dati Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 13/number

14 EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) Bande di frequenza: vedere GSM Velocità: fino a 200 kbps Distanza di funzionamento: vedere GSM Applicazioni: trasmissione dati a velocità elevata per reti GSM Vantaggi: aumento della velocità di funzionamento per la trasmissione dati Svantaggi: necessita di terminali appositamente abilitati Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 14/number

15 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Bande di frequenza: in Europa allocate le bande MHz e MHz a loro volta suddivise tra le diverse modalità dell UMTS Velocità: fino a 2Mbps (velocità superiori con HSDPA, High-Speed Downlink Packet Access ) Applicazioni: servizi fonia e trasmissione dati Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 15/number

16 TETRA (TErrestrial Trunked RAdio) Distanza di funzionamento: a seconda della frequenza si può arrivare fino a celle di oltre 60 km Bande di frequenza: uno per sistemi di emergenza ( MHz) ed uno per sistemi civili (in Italia MHz) Velocità: ridotta (con trasmissione dati a circuito sia arriva 7,2kpbs per slot, mentre la trasmissione dati a pacchetto arriva a 3,5kbps per slot) Applicazioni: servizi di emergenza, forze di pubblica sicurezza e militari Vantaggi: appositamente studiato per servizi di emergenza (ridondanza, sicurezza delle comunicazioni, etc.) Svantaggi: costo elevato e velocità di trasmissione ridotta Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 16/number

17 Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 17/number

18 Confronto di reti wireless Network Velocità Range Spettro Applicazioni b 11Mbps 10-20m Libero LAN e Libero LAN HIPERLAN 23,5 Mbps m Libero LAN, MAN Bluetooth 1 Mbps m Libero PAN GSM 9,6 Kbps 35 km Licenziato Outdoor GPRS 28,8 Kbps 35 km Licenziato Outdoor Edge 200 Kbps 35 km Licenziato Outdoor 3G 144/384 kbps Km Licenziato In/Out door HSDPA 14 Mbps Km Licenziato In/Out door TETRA 7,2 Kbps km Licenziato In/Out door Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 18/number

19 Mobile IP (RFC 2002) Mobile Node (MN): Un host o router che cambia il punto di connessione da una rete o sottorete a un altra. Un nodo mobile può cambiare la sua posizione senza cambiare il proprio indirizzo IP e può continuare a comunicare con altri nodi della rete Internet in qualsiasi posizione utilizzando il suo indirizzo IP. Home Agent (HA): Un router su un MN di una home network responsabile di inoltrare i datagrammi IP al nodo mobile anche quando si è lontani da casache, e mantiene la posizione corrente di informazioni per il nodo di telefonia mobile. Foreign agent (FA): Un router in una foreign network che provvede al routing al MN registrato in FA; FA inoltra i pacchetti ricevuti da HA Correspondent node (CN): Un nodo in Internet che sta correntemente comunicando con MN Care of address (COA): Tunnel usato per inviare pacchetti mentre un MN è fuori dalla sua rete domestica Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 19/number

20 Architettura Mobile IP Home network Router HA Internet Router CN COA Router FA Foreign network MN Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 20/number

21 Cellular IP Internet Gateway HA/FA 3- Inoltro pacchetti a MH BS MH HA per MH 2 - Registrazione con HA Cell1 Cell 2 BS 1 - Nuovo accesso Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 21/number

22 Mobilità e QoS Diversi limiti nell ambiente mobile che pone ulteriori sfide per il supporto QoS Tre aree Qualità del collegamento Effetto del movimento Limiti delle device portatili Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 22/number

23 Qualità del collegamento Scarsa qualità in caso di alto BER (bit error rate) Qualità della variazione del collegamento Condizioni climatiche Interferenze con altri sistemi o utenti Ostacoli orografici Barriere ed edifici Distanza dalla stazione radio base Ottimizzazione Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 23/number

24 Correzione degli errori FEC (Forward Error Correction): alcune informazioni sono ridondate così il ricevitore può ricostruire lo stream originale se alcuni pacchetti sono persi Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 24/number

25 Effetto del movimento Utente è libero di muoversi Cambia il routing durante la sessione Prenotazione delle risorse per QoS Complesso quando cambia il routing e non è predicibile Problemi di Handover Quando un utente si muove fuori dalla copertura di una BS o di AP Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 25/number

26 Limitazione sulle device portatili I mezzi di cui dispongono PDA, telefoni mobili sono limitatai in memoria e quantità di calcolo Se il terminale non è in grado di fare fronte alle richieste la QoS fornità non sarà buona Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 26/number

27 IntServ e mobilità RSVP prenota QoS lungo il percorso Il percorso cambia dinamicamente nelle reti mobili MRSVP (Mobile RSVP): Prenota le risorse in anticipo dove host mobile si recherà in futuro MSPEC Proxy Agent Passive reservation Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 27/number

28 MSPEC Mspec: Un insieme di località che l host mobile visiterà in anticipo durante una sessione Semplice nel caso di mobilità regolare Complesso nel caso mobilità impredicibile Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 28/number

29 Proxy Agent Il proxy agent serve per riservare un nome di un host mobile nelle future locazioni Prenotazione Passiva Prenotare risorse da future locazioni potrebbe voler dire sprecare delle risorse Il best effort usa le risorse necessarie MRSVP non è ancora uno standard Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 29/number

30 Diffserv e mobilità Si devono definire gli SLA tra utente e ISP SLA fissi Utente in una rete estera SLA devono essere configurati dinamicamente Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 30/number

31 Context-Aware Handover Un context può includere i parametri QoS (p.e. PHB per Diffserv), metodi per la sicurezza, regole per il packet filtering In caso di applicazioni best effort il rerouting è il solo problema da affrontare in caso di handover Nel caso di applicazioni multimediali: rerouting più il trasferimento del context IEFT sta lavorando sugli standard Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 31/number

32 Adattamento delle applicazioni Due tipi di fluttazioni QoS Hideable (basse fluttuazioni) Incrementano la latenza, riducono la qualità del segnale Meccanismi tradizionali FEC, buffer del jitter Non Hideable (alte fluttuazioni) Perdita di potenza dei terminali mobili, spostamento da celle ad alta velocità a più bassa (tipicamente in 3G) Adattamento delle applicazioni: passare da un video a colori ad uno in b/n Domenico Massimo Parrucci Condello isti information science Facoltàand di Scienze technology e Tecnologie institute 32/number