Reti di Telecomunicazioni R. Bolla, L. Caviglione, F. Davoli. Introduzione IEEE Bluetooth 21.2

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1 Reti di Telecomunicazioni R. Bolla, L. Caviglione, F. Davoli Introduzione IEEE Bluetooth 21.2

2 Una rete senza fili (wireless network) è una rete i cui terminali sono connessi usando mezzi trasmissivi senza fili (wireless - in prevalenza radio). Una rete mobile (mobile network) è una rete wireless in cui i terminali si possono muovere senza per questo perdere la connettività di rete. Una rete radiomobile cellulare (cellular network) è una rete mobile in cui la copertura geografica è ottenuta tramite la divisione del territorio in aree adiacenti, denominate celle. Una LAN senza fili (wireless LAN - WLAN) è una rete wireless che ha la copertura e di una LAN e supporta i servizi di una LAN I terminali mobili (Mobile Stations, MS) non comunicano direttamente, ma usano sempre una reference fixed stazione base fissa di riferimento (Base station, BS). 21.4

3 I terminali (mobili o meno) comunicano direttamente e formano una rete ad hoc. Uno o più punti di accesso operano gateway verso reti cablate. Se i nodi possono anche operare come nodi di transito, l architettura è detta multi-hop E una rete in area locale in cui le stazioni terminali (e in alcuni casi anche i nodi intermedi) non usano mezzi cablati, ma wire, radio o infrarosso. Le WLAN supportano la mobilità ma, in linea di massima, a velocità relativamente basse. Loro obiettivi sono la semplificazione del cablaggio e la rimozione del vincolo di postazioni di utente fisse. 21.6

4 Tra i principali standard in quest area (in senso lato, includendo anche WPAN e WMAN) IEEE (WiFi) Bluetooth (WPAN - IEEE ) IEEE (WPAN ZigBee e UWB) IEEE (WMAN WiMAX) 21.7 Lo standard iniziale fu pubblicato nel L aggiornamento 1999 è stato adottato da OSI/IEC as :1999. L aggiornamento più recente è del Si tratta in realtà di una famiglia di standard. Il sito web ufficiale è Ci sono diversi gruppi di lavoro in Tra gli altri:» d: Additional Regulatory Domains» e: Quality of Service» f: Inter-Access Point Protocols (IAPP)» g: Higher data Rates at 2.4 GHz» h: Dynamic Channel Selection and Transmission Power Control» i: Authentication and Security» p: WAVE - Wireless Access for the Vehicular Environment Attualmente, le versioni base più usate sono b: opera in banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) a 2.4 GHz a and g operano a velocità più elevata, rispettivamente nelle bande dei 5 GHz and 2.4 GHz. 21.8

5 Mezzo Trasmissivo: Onde elettromagnetiche in aria (i.e., onde radio e, eventualmente, luce infrarossa o visibile). Terminali supportati: Stazioni fisse, stazioni mobili (spostabili), e stazioni mobili in movimento a velocità pedonali e veicolari (ambito locale). Ambiente, due possibilità: Basic Service Area (BSA): ogni stazione può comunicare con ogni altra nella BSA. Extended Service Area (ESA): ogni stazione può comunicare con ogni altra, anche in altre BSA, attraverso un Sistema di Distribuzione (Distribution System) Velocità: b: 1-2 Mbps nella prima versione (1997, legacy) e Mbps nella seconda versione (1999) e successive a: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbps, dove 6, 12 e 24 sono obbligatorie g Ulteriore estensione del livello fisico ad alta velocità nella banda dei 2.4 GHz, anch essa fino a 54 Mbps. Copertura: m (802.11b) e m (802.11a) con antenne omnidirezionali; antenne direzionali ad elevato guadagno consentire di operare su distanze fino a 40 km. Protocollo di Accesso Multiplo (MAC): CSMA/CA, per tutti I livelli fisici

6 I mezzi wireless sono, in generale, ambienti difficili : Rumore e interferenze La qualità del canale varia nello spazio e nel tempo Condivisi con elementi indesiderati Condivisi con elementi non (e.g., Bluetooth) Non si può assumere che ci sia piena connettività (stazioni nascoste ). Esistono regolamentazioni locali differenti Mobilità I canali hanno caratteristiche tempo-varianti Consumo delle batterie: power management Gestione della mobilità Sicurezza Assenza di confini fisici Sovrapposizione di LAN 21.12

7 Un solo MAC (Medium Access Control) per più livelli fisici: Canali a frequenze singole e multiple Diverse tipologie di ascolto dell attività ( Medium sense ) Deve consentire la sovrapposizione di LAN nella stessa area geografica e spettro di frequenze. Deve essere resistente all interferenza Deve far fronte al problema delle stazioni nascoste Dovrebbe supportare anche traffico con vincoli di ritardo (QoS) supporta tre livelli fisici base: Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Infrarosso Due tipologie di configurazione di rete Infrastruttura Indipendente (Ad Hoc) MAC: CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) con una funzionalità opzionale di point coordination, non utilizzata

8 21.15 MAC Entity Accesso multiplo Frammentazione Criptatura MAC Management Sincronizzazione Gestione della potenza (Power management) Gestione della mobilità (Roaming) Physical Convergence Comprende le funzionalità comuni a più livelli fisici Fornisce l assicurazione di canale libero (carrier sense) 21.16

9 Rete Ad hoc Comunicazioni dirette Copertura limitata Infrastruttura: Punto di Accesso (Access Point (AP)) e Stazioni Il Sistema di Distribuzione (Distribution System (DS)) interconnette celle (Basic Service Set - BSS) diverse, usando l AP per costruire un Extended Service Set (ESS): L interconnessione tra gli AP può essere sia wireless che cablata (wired). La struttura interna del DS non è definita dallo standard. Una stazione, denominata Portale, nel sistema di distribuzione interconnette la WLAN con altre reti

10 Banda: 2.4 GHz ( ) Modulazione: Gaussian shaped FSK a 2 o 4 livelli Velocità minima 1 Mbps, massima 2 Mbps Fino a un massimo di 26 reti co-locate Consente un buon livello di robustezza al fading causato da cammini multipli (frequente in interni (indoor)) Poco usato, solo per b Il segnale corrispondente a un simbolo è spalmato su una sequenza: Espansione di banda Power meno concentrata 21.20

11 Banda: 2.4 GHz ( ) Prima versione: minimum velocità min 1 Mbps (DBPSK), max 2 Mbps (DQPSK) Seconda versione: (Higher Rate DSSS) velocità min 5.5 Mbps, max 11 Mbps (Complementary Code Keying - CCK) 7 canali, raggruppati in 4 are grouped in four coppie (in Europa uno dei canali della prima coppia non può essere usato); i canali di una coppia possono operare contemporaneamente senza interferenza Il MAC è basato sulla tecnica di Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA /CA) Due funzioni Distributed Coordination Function (DCF)» Realizza un MAC distribuito Point Coordination Function (PCF)» Realizza una versione centralizzata del MAC per supportare traffico a ritardo limitato. Mai realmente utilizzata e superata dalle funzionalità introdotte da IEEE e

12 Station A Station B Station C Station D Station E waiti ng waiti ng waiti ng Contention window residual backoff Short InterFrame Space Others waiting 21.24

13 Le collisioni non sono completamente evitabili per due ragioni: Ritardi di backoff simili Stazioni nascoste RTS-CTS Riporta la durata dei pacchetti seguenti Transmitt er Receiv er Other stations waiting NAV = Net Allocation Vector 21.26

14 Dovrebbe essere gestito da una stazione centralizzata (e.g., AP), chiamata Point Coordinator (PC). Un PCF non si può sovrapporre con un altro PCF sullo stesso canale. Di fatto, si viene a creare una struttura a due parti: Contention free period: gestito dal PS con polling Contention period: gestito come un DCF. L intenzione era di usarlo per traffico sensibile al ritardo, prima dell avvento di e Busy channel PIFS = Point Coordination InterFrame Space 21.28

15 Un aspetto base delle WLANs è rappresentato dalla sicurezza. IEEE soffriva originariamente di meccanismi di protezione non adeguati (Wired Equivalent Privacy - WEP). Varie tecniche di cracking della sicurezza sotto il termine wireless wardriving. Nel 2002 la Wi-Fi alliance ha introdotto il più sicuro WPA (Wireless Protected Access). Dal 2004, Working Group (WG) IEEE i ha introdotto un ambiente basato su 802.1X e sul Extensible Authentication Protocol (EAP) E una rete per dispositivi (PC, modem, telefoni, telefoni cellulari, auricolari, ) interconnessi in una stanza o in un piccolo ambiente. La rete in tecnologia bluetooth è indicata a volte come Wireless Personal Area Network (WPAN). L estensione della rete dovrebbe essere dell ordine di una decina di metri max, anche se gli standard definiscono una classe di dispositivi con potenza sufficiente a raggiungere una portata di ca. 50 m (paragonabile a IEEE )

16 Telephony Control protocol Specification -Binary Service Discovery Protocol Serial Port Emulator Logical link control and adaptation protocol Link Manager Protocol /Core_System_Architecture.htm#

17 21.33 Il tasso di simboli di canale è di 1 Msimbolo /s. In dipendenza dello schema di modulazione (base: GFSK; opzionale Enhanced Data Rate: DPSK, in due diverse varianti), la velocità di trasmissione corrispondente può essere 1 Mbit/s oppure 2 o 3 Mbit/s

18 Due tipi di servizi: Synchronous Connection Oriented (SCO) Asynchronous Connectionless (ACL) La rete è organizzata in gruppi di stazioni, chiamati piconet. In ogni piconet una stazione assume il ruolo di master e le altre di slave (max 7 slave contemporaneamente attivi per piconet). Il master genera il sincronismo e coordina la trasmissione, interrogando gli slave in polling

19 Frequency Hopping. La hop rate nominale è 1600 hop/s Ha la responsabilità della configurazione del link Gestisce anche aspetti di sicurezza, quali Autenticazione Cifratura Scambio di chiavi Controlla e negozia la dimensione dei pacchetti in livello baseband

20 Lavora in parallelo con LMP, ma trasporta informazione di utente (upper level data) Fornisce servizi orientati alla connessione (connection-oriented) e non (connectionless), funzionalità di multiplexing, segmentazione e riassemblaggio, gestione di gruppi di utenti