Características de las redes inalámbricas (III) La existencia de múltiples emisores y receptores crea nuevos problemas (no solamente el acceso múltiple): (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) C
Problema de terminal oculto B, A se escuchan entre sí B, C se escuchan entre sí A, C no se escuchan entre sí lo que hace que A, C no se den cuenta de su mutua interferencia en B
(Gp:) A (Gp:) B (Gp:) C (Gp:) Potencia de la señal de A (Gp:) espacio (Gp:) Potencia de la señal de B
Atenuación de la señal: B, A se escuchan entre sí B, C se escuchan entre sí A, C no se escuchan interfiriéndose entre sí con B
Acceso múltiple por división de código (CDMA) Empleada en varios estándares para canales de difusión inalámbricos (celular, satélite, etc) Se asigna un único código a cada usuario: reparto del canal por código Todos los usuarios comparten la frecuencia pero cada usuario tiene su propio código para codificar los datos Codificado de la señal = (datos originales) x (código) Descodificación: (señal codificada) x (código) y se recuperan los datos originales Si los códigos son ortogonales permite la transmisión simultánea por parte de varios emisores
CDMA Codificación/Descodificación slot 1 slot 0 (Gp:) d1 = -1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) –
Zi,m= di.cm (Gp:) d0 = 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) –
(Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) –
(Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) –
slot 0 Canal entrada slot 1 Canal entrada Canal de salida Zi,m emisor código datos bits slot 1 slot 0 (Gp:) d1 = -1
(Gp:) d0 = 1
(Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) –
(Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) – (Gp:) 1 (Gp:) –
slot 0 Canal salida slot 1 Canal salida receptor código Entrada recibida (Gp:) Di = S Zi,m.cm (Gp:) m=1 (Gp:) M (Gp:) M
Nota: representamos el bit 0 como -1.
CDMA: interferencia de dos emisores
LAN inalámbrica IEEE 802.11 802.11b 2.4-5 GHz espectro libre Hasta 11 Mbps
802.11a Rango 5-6 GHz Hasta 54 Mbps
802.11g Rango 2.4-5 GHz Hasta 54 Mbps
802.11n: múltiples antenas Rango 2.4-5 GHz Hasta 200 Mbps Todas emplean CSMA/CA para acceso múltiple Todas tiene versión con estaciones base o ad hoc
Arquitectura LAN 802.11 El host inalámbrico se comunica con la estación base Estación base = punto de acceso (AP) Conjunto Básico de Servicios (BSS) ( “celda”) en modo infraestructura: Hosts inalámbricos Puntos de acceso (AP): estaciones base Modo ad hoc: sólo hosts BSS 1 BSS 2 (Gp:) Internet
hub, conmutador o router (Gp:) AP
(Gp:) AP
802.11: canales, asociación 802.11b: 2.4GHz-2.485GHz dividen el espectro en 11 canales parcialmente solapados a diferentes frecuencias (dos canales separados por cuatro o más canales no están solapados) El administrador de AP elige la frecuencia para los AP Posible interferencia: el canal puede ser el mismo que los AP adyacentes host: debe asociarse con un AP Busca canales, busca tramas de baliza que contendrán el nombre (SSID) del AP y su dirección MAC Elige un AP para asociarse con él Puede requerir autenticación Ejecutará DHCP para conseguir una IP para la subred del AP
802.11: exploración pasiva/activa AP 2 AP 1 H1 BBS 2 BBS 1 (Gp:) 1
(Gp:) 2
(Gp:) 2
(Gp:) 3
(Gp:) 4
Exploración activa: Difusión desde H1 de una trama de solicitud de sondeo Envío de tramas de sondeo desde los APs Envía Trama de Solicitud de Asociación: desde H1 al AP elegido Envía trama de Respuesta de Asociación: desde el AP elegido a H1 AP 2 AP 1 H1 BBS 2 BBS 1 (Gp:) 1
(Gp:) 2
(Gp:) 3
(Gp:) 1
Exploración pasiva: APs envían tramas de baliza Envía Trama de Solicitud de Asociación: desde H1 al AP elegido Envía trama de Respuesta de Asociación: desde el AP elegido a H1
IEEE 802.11: acceso múltiple Evita colisiones: 2 ó más nodos transmitiendo a la vez 802.11: CSMA – sondea antes de transmitir No colisiona con transmisiones de otros nodos 802.11: sin detección de colisión Dificultad al recibir (sondear colisiones) cuando se transmite debido a la debilidad de las señales (atenuación) No puede sondear todas las colisiones: terminales ocultos, atenuación Objetivo: evitar colisiones: CSMA/C(ollision)A(voidance) (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) C (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) C (Gp:) Potencia de la señal A (Gp:) espacio (Gp:) Potencia de la señal C
Protocolo MAC IEEE 802.11: CSMA/CA 802.11 emisor 1 si el canal está libre tras DIFS entonces Transmite la trama completa (no CD) 2 si el canal está ocupado Elige un valor de espera aleatorio Comienza una cuenta atrás con ese valor mientras detecta el canal inactivo Transmite cuando termina la cuenta atrás Si no llega ACK, incrementa el valor de espera y vuelve al paso 2 802.11 receptor – Si la trama se recibe OK devuelve ACK tras SIFS (se requiere ACK debido a los problemas de terminal oculto) emisor receptor (Gp:) DIFS (Gp:) datos
(Gp:) SIFS (Gp:) ACK
Evitando colisiones (una mejora) Idea: permitir al emisor reservar el canal (mejor que un acceso aleatorio de las tramas de datos). Con ello se evitarían las colisiones debidas a grandes tramas de datos El emisor transmite pequeños paquetes de solicitud de transmisión (RTS) al AP usando CSMA RTSs pueden colisionar con otros pero son pequeñas AP difunde CTS (“tienes permiso para enviar”) en respuesta al RTS CTS lo escuchan todos los nodos, así que… El emisor transmite la trama Otros emisores difieren el envío
Evita la colisión de tramas de datos mediante el envío de pequeñas tramas
Evitando la colisión: intercambio RTS-CTS AP A B tiempo (Gp:) RTS(A) (Gp:) RTS(B)
(Gp:) RTS(A) (Gp:) CTS(A) (Gp:) CTS(A)
(Gp:) DATA (A) (Gp:) ACK(A) (Gp:) ACK(A)
(Gp:) Colisión en reserva
diferir
(Gp:) Control de trama (Gp:) duración (Gp:) Direcc. 1 (Gp:) Direcc. 2 (Gp:) Direcc. 4 (Gp:) Direcc. 3 (Gp:) Carga útil (Gp:) CRC (Gp:) 2 (Gp:) 2 (Gp:) 6 (Gp:) 6 (Gp:) 6 (Gp:) 2 (Gp:) 6 (Gp:) 0 – 2312 (Gp:) 4 (Gp:) Control de sec
Trama 802.11 : direccionamiento Dirección 2: dirección MAC del host inalámbrico o del AP que transmite la trama Dirección 1: dirección MAC del host inalámbrico o del AP que recibirán la trama Dirección 3: dirección MAC del router al que el AP está asociado Dirección 4: sólo se emplea en el modo ad hoc
(Gp:) Internet
(Gp:) router
(Gp:) AP
H1 R1 (Gp:) AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr (Gp:) Dirección 1 (Gp:) Dirección 2 (Gp:) Dirección 3 (Gp:) Trama 802.11
(Gp:) R1 MAC addr H1 MAC addr (Gp:) Dirección destino (Gp:) Dirección origen (Gp:) Trama 802.3
Trama 802.11 : direccionamiento
(Gp:) Control de trama (Gp:) duración (Gp:) Direcc. 1 (Gp:) Direcc. 2 (Gp:) direcc 4 (Gp:) Direcc. 3 (Gp:) Carga útil (Gp:) CRC (Gp:) 2 (Gp:) 2 (Gp:) 6 (Gp:) 6 (Gp:) 6 (Gp:) 2 (Gp:) 6 (Gp:) 0 – 2312 (Gp:) 4 (Gp:) Control de sec
(Gp:) tipo (Gp:) Desde AP (Gp:) subtipo (Gp:) Hacia AP (Gp:) Más frag (Gp:) WEP (Gp:) Más datos (Gp:) Gestión Potencia (Gp:) Rein- tentar (Gp:) Rsvd (Gp:) Versión del protocolo (Gp:) 2 (Gp:) 2 (Gp:) 4 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1 (Gp:) 1
Trama 802.11: más cosas Duración del tiempo reservado de transmisión (RTS/CTS) Número de secuencia de trama (para el RDT) Tipo de trama (RTS, CTS, ACK, datos)
Hub o conmutador AP 2 AP 1 H1 BBS 2 BBS 1 802.11: movilidad dentro de la misma subred (Gp:) router
H1 permanece en la misma subred IP: la dirección IP puede seguir siendo la misma conmutador: ¿qué AP se asocia con H1? Autoaprendizaje: el conmutador ve la trama de H1 y “recuerda” el puerto para alcanzar H1. Al moverse H1 a AP2, éste lanza un mensaje de difusión que actualiza la tabla del conmutador.
802.11: funciones avanzadas Adaptación de la velocidad La estación base y el dispositivo móvil cambian dinámicamente la velocidad de transmisión (técnica de modulación de la capa física) según se mueva el dispositivo, SNR cambia QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) 10 20 30 40 SNR(dB) BER 10-1 10-2 10-3 10-5 10-6 10-7 10-4 Punto de operación 1. SNR disminuye, BER aumenta al distanciarse el dispositivo de la estación base 2. Cuando BER crece mucho, conmuta a una velocidad de transmisión menor pero con menor BER
802.11: funciones avanzadas Gestión de la potencia Nodo-al-AP: “paso a dormir hasta la siguiente trama de baliza” AP sabe que no debe transmitir tramas a ese nodo El nodo se despierta antes de la siguiente trama de baliza Trama de baliza: contiene la lista de tramas para ser enviadas a los dispositivos desde el AP El nodo volverá a dormirse hasta la siguiente trama de baliza si no hay tramas para ser enviadas. En otro caso, solicitará que se le envíen las tramas.
(Gp:) Centro de conmutación móvil (Gp:) Red telefónica Pública e Internet (Gp:) Centro de conmutación móvil
Componentes de una arquitectura de red celular (Gp:) conecta celdas a red área extensa gestiona las llamadas gestiona la movilidad (Gp:) MSC
(Gp:) cubren región geográfica estación base (BS) similar a los AP 802.11 usuarios móviles se unen a la red a través de las BS interfaz aérea: protocolos de las capas física y de enlace entre los nodos y las estaciones base BS (Gp:) Celdas
(Gp:) Red cableada
Redes celulares: el primer salto Dos técnicas para compartir el espectro de radio entre los móviles y las BS FDMA/TDMA combinada: divide el espectro en bandas de frecuencia y cada banda en franjas de tiempo
CDMA: acceso múltiple por división de código (Gp:) Bandas de frecuencia (Gp:) Franjas de tiempo
Estándares celulares : resumen Sistemas 2G: canales de voz IS-136 TDMA: FDMA/TDMA combinada (USA) GSM (global system for mobile communications): FDMA/TDMA combinada El más ampliamente desplegado IS-95 CDMA: acceso múltiple por división en el código IS-136 GSM IS-95 GPRS EDGE CDMA-2000 UMTS TDMA/FDMA
BSC BTS (Gp:) Estación base transductora(BTS) (Gp:) Controlador de la estación base (BSC) (Gp:) Centro de conmutación móvil (MSC) (Gp:) Abonados móviles
Sistema de Estación Base (BSS) Leyenda Arquitectura de red 2G (voz) MSC Red de Telefonía pública Gateway MSC G
Estándares celulares: resumen Sistemas 2.5 G: canales de voz y datos Para los que no podían esperar al 3G: 2G extendido Servicio general de paquetes de radio (GPRS) Evoluciona del GSM Los datos se envía por múltiples canales (si están disponibles) Mejora la velocidad de datos para evolución global (EDGE) También parte de GSM, emplea modulación mejorada Velocidad de datos hasta 384K CDMA-2000 (fase 1) Velocidad de datos hasta 144K Evolución del IS-95
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