WLAN: Wireless Local Area Networks IEEE 802.11 Corso Comunicazioni Wireless A. Tonello 1
Standard IEEE 802.11 Famiglia di Standard Wi-Fi (Wireless Fidelity) è un associazione creata per certificare la interoperabilità dei prodotti 802.11b 2
Standard Approvati o in Fase di Studio dall IEEE IEEE 802.11 - Lo standard originale 2 Mbit/s, 2.4 GHz IEEE 802.11a - 54 Mbit/s, 5 GHz standard (1999, approvato nel 2001) IEEE 802.11b - Miglioramento del 802.11 col supporto di 5.5 e 11 Mbit/s (1999) IEEE 802.11d - Libero IEEE 802.11e - Miglioramento: Gestione della qualità del servizio. IEEE 802.11F - Inter-Access Point Protocol (IAPP) IEEE 802.11g - 54 Mbit/s, 2.4 GHz standard (compatibile con il 802.11b) (2003) IEEE 802.11h - 5 GHz spectrum, Dynamic Channel/Frequency Selection (DCS/DFS) e Transmit Power Control (TPC) per compatibilità con l'europa IEEE 802.11i - Miglioramento della sicurezza IEEE 802.11j - Estensione per il Giappone IEEE 802.11k - Misurazione delle sorgenti radio IEEE 802.11n - Aumento della banda disponibile IEEE 802.11p - WAVE - Wireless Ability in Vehicular Environments IEEE 802.11r - Roaming rapido IEEE 802.11s - Gestione della topologia della rete IEEE 802.11T - Gestione e Test IEEE 802.11u - Connessione con reti non 802, tipo le reti cellulari. IEEE 802.11v - Gestione delle reti wireless 3
Architettura Distribution system (DS) Access point (AP) Basic service set (BSS) Stations competing for access to shared wireless medium Isolated or connected to backbone DS through AP Extended service set (ESS) Two or more basic service sets interconnected by DS 4
Access Point Gli access point (AP) forniscono : Controllo accessi Instradamento dei pacchetti verso gli altri host della LAN Registrazioni dei nodi Roaming: spostamento di un nodo fra due celle adiacenti ACCESS POINT 5
IEEE 802.11 Strati Protocollari 6
Relazioni tra Livelli TCP/IP viene indicato a titolo esemplificativo 7
Funzioni dello Strato Fisico Generazione burst: trasmissione/ricezione bit, inserimento preambolo, etc. Codifica/decodifica Modulazione/demodulazione 8
Funzioni del MAC e del LLC The logic required to manage access to a shared-access medium not found in traditional layer 2 data link control Functions of medium access control (MAC) layer: On transmission, assemble data into a frame with address and error detection fields On reception, disassemble frame and perform address recognition and error detection Govern access to the LAN transmission medium Functions of logical link control (LLC) Layer: Provide an interface to higher layers and perform flow and error control 9
MAC Frame ed LLC Packet Data Unit (PDU) 10
Formato del MAC Frame MAC control Contains Mac protocol information Destination MAC address Destination physical attachment point Source MAC address Source physical attachment point CRC Cyclic redundancy check 11
LLC and MAC Layer 12
MAC MAC layer covers three functional areas: Reliable data delivery Access control Security 13
Architettura Protocollo Distributed foundation wireless MAC: Distributed access control (DCF uses a contention scheme) Optional centralized control (PCF uses a contention-free scheme) 14
Distributed Coordination Function DCF sublayer uses: CSMA (carrier sense multiple access) with collision avoidance It does not include collision detection (hard in a WLAN) It includes a set of delays for priority called inter frame space (IFS) 15
Trasmissione Affidabile More efficient to deal with errors at the MAC level than at higher layer (such as TCP) Two frame exchange protocol Source station transmits data Destination responds with acknowledgment (ACK) If source doesn t receive ACK, it retransmits frame 16
Hidden Node Problem Una stazione può non sentire una trasmissione in corso, in quanto essa è troppo lontana dal mittente, ma abbastanza vicina al destinatario da poter interferire se decidesse di trasmettere (hidden node) 17
Soluzione Four frame exchange Source issues request to send (RTS) Destination responds with clear to send (CTS) Source transmits data Destination responds with ACK 18
Medium Access Control Logic 19
Valori di IFS The scheme is refined to grant for priority using three values for the IFS Short IFS (SIFS) Shortest IFS Used for immediate response actions Point coordination function IFS (PIFS) Midlength IFS Used by centralized controller in PCF scheme when using polls Distributed coordination function IFS (DIFS) Longest IFS Used as minimum delay of asynchronous frames contending for access 20
Uso degli IFS SIFS Acknowledgment (ACK) Clear to send (CTS) at a request to send frame (RTS) Poll response PIFS Used by centralized controller in issuing polls Takes precedence over normal contention traffic DIFS Used for all ordinary asynchronous traffic 21
Basic Access Method 22
Four Frames Scheme 23
PCF Method The AP locks out all asynchronous traffic by issuing polls using PIFS that is shorter than DIFS in a round-robin fashion It waits for a poll response A superframe is devided in a contention-free and contenion period in order to allow for the second 24
Miglioramento Capacità Sistema Per diminuire la probabilità di errore sui pacchetti l IEEE 802.11 ammette la frammentazione dei frame in parti più piccole I frammenti sono numerati ed ognuno riceve un suo ACK specifico (protocollo stop and wait) Aumenta la capacità di canale perché vengono ritrasmessi solo i frammenti danneggiati Se p e la probabilità che un bit sia corrotto da rumore, allora la probabilità che un frame di n bit sia ricevuto senza errori sarà ( 1 p) n 25
Frammentazione Trasmissione di un frame come sequenza di frammenti 26
Physical Layer 27
Standard IEEE 802.11 Direct-sequence spread spectrum Operating in 2.4 GHz ISM band Data rates of 1 and 2 Mbps Frequency-hopping spread spectrum Operating in 2.4 GHz ISM band Data rates of 1 and 2 Mbps 79 canali per il frequency hopping di 1 MHz di ampiezza Salti di 6 MHz Infrared 1 and 2 Mbps Wavelength between 850 and 950 nm 28
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IEEE 802.11.a and.b IEEE 802.11b Provides data rates of 5.5 and 11 Mbps in the 2.4 GHz band Complementary code keying (CCK) modulation scheme Chip rate di 11 MHz Il data rate è adattabile dinamicamente da 1 a 11Mbps durante il funzionamento in base alle condizioni di rumore del canale e carico della rete. IEEE 802.11a Makes use of 5-GHz band Provides rates of 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps Uses orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) Subcarrier modulated using BPSK, QPSK, 16-QAM or 64-QAM Ogni canale è diviso in 52 portanti: 48 frequenze per i dati e 4 frequenze pilota per la sincronizzazione A 54 Mbps, 216 bit di dati sono codificati in simboli da 288 bit (codifica 3/4), inviati a gruppi di 6 bit per portante 31
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IEEE 802.11g Una versione evoluta dello standard IEEE 802.11b è IEEE 802.11g (approvata nel 2001). Fino a 54 Mbps con modulazione OFDM su 52 canali come IEEE 802.11a, ma opera nella banda ISM dei 2.4 GHz come IEEE 802.11b (necessario in Europa, perché la banda dei 5 GHz non è libera) Compatibile con 802.11b: una stazione 802.11g può funzionare anche come 802.11b 34
Pacchetto PHY IEEE 802.11a Ts=50 ns Preambolo costituito da simboli OFDM (acquisizione portante) T1 e T2 sono simboli di training (sincronizzazione fine) SIGNAL: contiene informazione circa la velocità di TX e il numero di simboli OFDM Simboli OFDM: 64 portanti di cui 48 per i dati. 35