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Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Drahtlose LANs (2. Teil) 7.0.2 HiperLAN/1 HiperLAN/2

Drahtlose LANs (2. Teil)

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Drahtlose LANs (2. Teil). HiperLAN/1 HiperLAN/2. 7.0.2. ETSI - HIPERLAN. ETSI-Standard europäischer Standard, vgl. GSM, DECT, ... Ergänzung lokaler Netze und Ankopplung an Festnetze zeitkritische Dienste von Anfang an integriert HIPERLAN-Familie - PowerPoint PPT Presentation

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  • Drahtlose LANs (2. Teil)7.0.2 HiperLAN/1 HiperLAN/2

  • ETSI - HIPERLANETSI-Standardeuropischer Standard, vgl. GSM, DECT, ...Ergnzung lokaler Netze und Ankopplung an Festnetzezeitkritische Dienste von Anfang an integriertHIPERLAN-Familieein Standard kann nicht alle Anforderungen abdeckenReichweite, Bandbreite, Dienstgteuntersttzungkommerzielle RahmenbedingungenHIPERLAN 1 1996 verabschiedetPhysical LayerChannel AccessControl LayerMedium Access Control LayerBitbertragungsschichtSicherungsschichtHIPERLAN-SchichtenOSI-SchichtenHhere Schichten7.19.1

  • bersicht: ursprngliche HIPERLAN-Familie7.20.2Hier interessiert uns nur HIPERLAN 1 (=HIPERLAN)

    HIPERLAN 1

    HIPERLAN 2

    HIPERLAN 3

    HIPERLAN 4

    Anwendung

    drahtloses LAN

    Zugang zu ATM-Festnetzen

    funkbasierte Anschlunetze

    Punkt-zu-Punkt drahtlose ATM-Verbindungen

    Frequenz

    5,1-5,3GHz

    17,2-17,3GHz

    Topologie

    dezentral ad-hoc/infrastruktur

    zellular, zentral

    Punkt-zu-Mehrpunkt

    Punkt-zu-Punkt

    Antenne

    omnidirektional

    direktional

    Reichweite

    50m

    50-100m

    5000m

    150m

    Dienstgte

    statistisch

    wie ATM-Festnetze (VBR, CBR, ABR, UBR)

    Mobilitt

    20Mbit/s

    155Mbit/s

    Energiespar-manahmen

    ja

    nicht zwingend

  • HIPERLAN 1 - MerkmaleDatenbertragungPunkt-zu-Punkt (unicast) , Punkt-zu-Mehrpunkt (multicast)23,5MBit/s, 1W/100mW Sendeleistung, 2383 Byte PaketgreDienste Asynchrone und zeitbegrenzte Dienste durch Priorittenkompatibel mit ISO MACTopologieInfrastruktur- oder ad-hoc-NetzwerkReichweite kann ber die eines mobilen Knotens hinausgehen (forwarding kann in Knoten integriert sein)Sonstige MechanismenEnergiesparmodi, Verschlsselung, Prfsummenberechnung

    7.21.2

  • HIPERLAN 1 - Dienste und ProtokolleMACMAC-Dienst, kompatibel mit ISO MAC und ISO MAC BrckenBenutzung von HIPERLAN CACMulti-Hop Forwarding

    CACDefinition eines Kommunikationsdienstes ber ein geteiltes MediumSpezifikation von ZugriffspriorittenVersteckt die Eigenheiten von HIPERLAN

    Physical Protocolbertragungs und Empfangsmechanismen, Signalkodierung7.22.1

  • HIPERLAN Schichten, Dienste und ProtokolleMSAPHCSAPMSAPHCSAPHM-entityHC-entityHM-entityHC-entityMAC layerCAC layerPHY layerHP-entityHP-entityLLC layerHMPDUHCPDUdata burstsMAC protocolCAC protocolPHY protocolMAC serviceCAC servicePHY serviceMSDUMSDUHCSDUHCSDU7.44.1

  • HIPERLAN 1 - Physikalische SchichtAufgabenModulation, Demodulation, Bit und RahmensynchronisationVorwrtsfehlerkorrekturmanahmenMessung der Signalstrke Erkennung der Belegung eines KanalsKanleStandard sieht 3 verpflichtende und 2 optionale Kanle mit den zugehrigen Trgerfrequenzen vorverpflichtendKanal 0: 5,1764680GHzKanal 1: 5,1999974GHzKanal 2: 5,2235268GHzoptional (nicht in allen Lndern erlaubt)Kanal 3: 5,2470562GHzKanal 4: 5,2705856GHz7.23.1

  • HIPERLAN 1 - PHY - RahmencharakteristikAufrechterhaltung der hohen Datenrate von 23,5Mbit/s kostet viel Energie - fatal fr portable Gertedaher wird einem Paket ein Kopf niedriger Bitrate vorangestellt, der alle Informationen ber den Empfnger der Nachricht beinhaltetnur betroffene Empfnger fahren mit dem Empfang fortRahmenstrukturLBR (Low Bit-Rate) Kopf mit 1,4Mbit/s450bit Synchronisationmindestens 1, maximal 47 Datenblcke zu 496bitfr Bewegungsgeschwindigkeiten ber 1,4m/s mu die Maximalzahl von Datenblcken verringert werden

    ModulationGMSK fr hohe Bitrate, FSK fr LBR-KopfLBRSynchDaten0Daten1Datenm-1. . . 7.24.2

  • HIPERLAN 1 - CAC - UnterschichtChannel Access Control (CAC)Sicherstellen, dass nicht auf unerlaubte Kanle zugegriffen wirdPriorittsschema, Zugriff mit Elemination-Yield Non-Preemtive Priority Multiple Access (EY-NPMA)Prioritten5 Priorittsstufen, realisieren DienstgteDienstgte wird in eine Priorittsstufe mit Hilfe der Paketlebenszeit (durch Anwendung gesetzt) umgerechnetPaketlebenszeit = Zeit innerhalb derer es Sinn macht, das Paket an einen Empfnger zu bertragenStandardwert 500ms, maximal 16000mskann das Paket aufgrund seiner aktuellen Prioritt noch nicht gesendet werden, so wird die Wartezeit permanent von der Lebenszeit abgezogenbasierend auf MAC Prioritt, verbleibender Paketlebenszeit, und erwarteter Anzahl der Zwischenstationen bis zum Empfnger wird eine der 5 Prioritten zugewiesendamit steigt die Prioritt wartender Pakete automatisch an

    7.26.2

  • HIPERLAN 1 - EY-NPMA IEY-NPMA (Elimination Yield Nonpreemptive Priority Multiple Access)

    3 Phasen: Priorittsfindung, Wettbewerb, bertragungPriorittsfindungWettbewerbbertragungbertragungSynchronisationPriorittserkennungPriorittssicherungtNutzdatenAuslschungAuslschungs- berprfungYield7.27.3

  • HIPERLAN 1 - EY-NPMA IIPriorittsfindungPriorittserkennungjede Prioritt entspricht einem Sendezeitpunkt in der ersten Phase, die hchste Prioritt hat den frhesten Zeitpunkt, die niedrigste den sptestenjede Station hrt entsprechend der Prioritt (Prioritt*168) Bit in das Medium hineinwenn nichts gehrt, weiter, ansonsten eliminiertPriorittssicherungSende Burst mit markantem BitmusterResultatSendewnsche mit hherer Prioritt knnen nicht verdrngt werdenliegt kein solcher Wunsch vor (nicht belegter Zeitschlitz fr eine hhere Prioritt), so kann die nchst niedrigere sendenam Ende der Phase ist die hchste aktuelle Prioritt bestimmtes knnen mehrere Station der gleichen Prioritt sendewillig sein!

  • HIPERLAN 1 - EY-NPMA IIIWettbewerbsphaseAuslschung:Elimination Burst: Wettbewerber senden einen Burst, um Konkurrenten zu eliminieren (11111010100010011100000110010110, hohe Rate)alle 212 Bit wird zufllig bestimmt ob man weiter sendet (p=0,5)Auslschungsberprfung:Elimination Survival Verification: Wettbewerber hren nun in den Kanal, ist dieser frei, so drfen sie fortfahren, ansonsten wurden sie eliminiertYield:zuflliges Warten zwischen 0 und 9 Slot Zeiten (a 168 Bit)wenn dann noch frei, senden!DatenbertragungDer Sieger darf bertragen (sehr kleine Wahrscheinlichkeit der Kollision bleibt)War der Kanal lngere Zeit ruhig (min. 1700bit-Dauern) kann sofort gesendet werden ohne EY-NPMASynchronisation anhand der letzten Datenbertragung7.28.2

  • HIPERLAN 1 - DT-HCPDU/AK-HCPDU1010101001HIHDAHDAHDACSBLIR = n1BL-IRCSLBR01234567bitHBR01234567bitTIBLI = nbyte1PLI = mHID23 - 6DA7 - 12SA13 - 18UD19 - (52n-m-4)PAD(52n-m-3) - (52n-4)CS(52n-3) - 52n1010101001HIAIDAIDAIDCSLBR01234567bitDaten HCPDUBesttigungs HCPDU7.45.1HI: HBR-part IndicatorHDA: Hashed Destination HCSAP AddressHDACS: HDA CheckSumBLIR: Block Length Indicator ReplicaBLIRCS: BLIR CheckSumTI: Type IndicatorBLI: Block Length IndicatorPLI: Padding Length IndicatorHID: HIPERLAN IDentifierDA: Destination AddressSA: Source AddressUD: User Data (1-2422 byte)PAD: PADdingCS: CheckSumAID: Acknowledgement IDentifierAIDS: AID CheckSum

  • HIPERLAN 1 - MAC-SchichtKompatibel mit ISO MAC

    Untersttzt zeitbegrenzte Dienste ber Priorittsschema

    PaketweiterleitungUntersttzung von gezieltem (Punkt-zu-Punkt) oder Broadcast-Weiterleiten (falls keine Weginformationen vorhanden)Untersttzung von Dienstgte bei der WeiterleitungHM-UNITDATA.req(Quelladresse, Zieladresse, MSDU, Prioritt, MSDU-Lebensdauer)HM-UNITDATA.ind(Quelladresse, Zieladresse, MSDU, Prioritt, MSDU-Lebensdauer, verbleibende MSDU-Lebensdauer)7.25.2

  • HIPERLAN 1 - MAC-Schicht IIWie wird die nchste PDU in einer Station ausgewhlt?dazu ist eine Abbildung von (Prioritt, Restlebenszeit) auf die CAC Prioritten (0-4) notwendigbestimme die normalisierte Restlebenszeit (NRL) = Restlebenszeit dividiert durch die erwartete Anzahl der Zwischenstationendann Abbildung wie in Tabelle:

    NRLM-Prioritt=0M-Prioritt=1NRL

  • HIPERLAN 1 - MAC-Schicht IIIVerschlsselungsmechanismenIntegrierte Mechanismen, nicht jedoch Schlsselverwaltungeinfaches XOR-Schema, mit Pseude-ZufallszahltenInitialisierung fr den Zufallszahlengenerator = Schlsselschwach!!!

    EnergiesparmechanismenMobile Endgerte knnen Wachmuster vereinbaren, d.h. Zeitpunkte, zu denen sie Pakete empfangen knnenZustzlich mssen Knoten vorhanden sein, die Daten fr schlafende Knoten aufbewahren und zum richtigen Zeitpunkt weiterleiten (sog. Stores)

  • HIPERLAN 1 - DT-HMPDU

    LI: Length IndicatorTI: Type Indicator (1=Data)RL: Residual LifetimePSN: Sequence NumberDA: Destination AddressSA: Source AddressADA: Alias Destination Address ASA: Alias Source AddressUP: User PriorityML: MSDU LifetimeKID: Key IdentifierIV: Initialization VectorUD: User Data, 12383 byteSC: Sanity Check (for the unencrypted PDU)

    n= 40242201234567bitLI = nbyte1 - 2TI = 1RL34 - 5PSN6 - 7DA8 - 13SA14 - 19ADA20 - 25ASA26 - 31UPMLMLKIDIVIVUDSC32333435 - 3738 - (n-2)(n-1) - nDaten HMPDU7.29.2

  • HIPERLAN 1 als Ad-Hoc-NetzwerkHIPERLAN untersttzt Ad-Hoc-Funktionalitt:ber mehrere Stationen hinweg (multihop)zur Infrastrukturlosen Kommunikationund als Erweiterung des Sendebereichs einer Basisstationverwendet viele Informationen und komplexes Verfahrenhier nur die prinzipielle IdeeRouting in mobilen Ad-Hoc-Netzen, siehe spter!

    Im weiteren: Forwarder = Station mit der Fhigkeit Pakete weiterzuleiten

  • Ad-hoc Netzwerke mit HIPERLAN 1Nachbarschaft(d.h. in Funkreichweite)HIPERLAN BHIPERLAN AInformation Bases (IB):RIB: RoutingNIB: Neighbourhood HIB: Hello AIB: AliasSMRIB: Source Multipoint RelayTIB: TopologyDDIB: Duplicate DetectionRIBNIBHIBAIBSMRIBTIBDDIBRIBNIBHIBAIBSMRIBTIBDDIBRIBNIBHIBAIBSMRIBTIBDDIBRIBNIBHIBAIBDDIBRIBNIBHIBAIBDDIBRIBNIBHIBAIBDDIB123456ForwarderForwarderForwarder7.30.3

  • Information Datenbasen in HIPERLAN-KnotenRoute Information Base (RIB) - wie kann ein Ziel erreicht werden?[destination, next hop, distance]dies ist eine Routingtabelle!wie kommt man zu dieser?Neighbor Information Base (NIB) - Status der direkten Nachbarn[neighbor, status]asymmetrischsymmetrischWeiterleiter (MultiRelay)wird mindestens einmal alle 10 Sekunden an alle Nachbarn bertragenHello Information Base (HIB) - Status des Ziels (ber den nchsten Knoten)[destination, status, next hop]H_NeighborNF: destination ist Nachbar und leitet keine Pakete weiterH_NeighborF: destination ist Nachbar und leitet Pakete weiterH_TwoHop: destination ist zwei Hops weit entfernt und kann ber den direkten Nachbarn next hop erreicht werden7.46.1

  • Information Datenbasen in HIPERLAN-KnotenAlias Information Base (AIB) - Adressen von Knoten auerhalb des Netzes[original MSAP address, alias MSAP address]Abbildung von Adressen ausserhalb des Hiperlans auf eine Hiperlanadresse (die dann als eine Art Gateway arbeitet)Source Multipoint Relay Information Base (SMRIB) - derzeitiger MP Status[source multipoint relay, sequence]jeder Forwarder merkt sich die Stationen, die ihn als Forwarder verwendendiese Information wird an alle Forwarder geflutet (alle 40 Sekunden)Topology Information Base (TIB) - derzeitige HIPERLAN-Topologie[destination, forwarder, sequence]vollstndige Topologieinfos, d.h. daraus wird dann dann die RIB berechnen Duplicate Detection Information Base (DDIB) - Erkennung von Duplikaten[source, sequence]7.46.1

  • HiperLAN/2 Alle Informationen und Abbildungen entstammen dem Whitepaper von Martin Johnsson: HiperLAN2 The Broadband Radio Transmission Technology Operating in the 5 GHz Frequency Band, http://www.hiperlan2.com/technology.asp

    HiperLAN/2:- drahtloses lokales Netz- sehr hohe Datenraten- spezifiziert: HiperLan2 Global Forum www.hiperlan2.com

  • HiperLAN/2 vs. IEEE802.11

  • HiperLAN/2 Physical LayerOrthogonal Frequency Division Multiplex:- Daten werden auf mehrere Trger (subcarrier) aufgeteilt und bertragen- flexibel und robust gegen Strungen eines Trgers- wird auch in ADSL und DAB verwendet

    Modulationsarten:

  • HiperLAN/2 MACPrinzipiell Verbindungsorientiert!

    Bislang nur zwischen Basistation und Mobilstation.

    Es wird Time Division Duplex (TDD) und dynamic Time-Division Multiple Access verwendet:

  • HiperLAN/2 MACKanle im MAC:- BCH Broadcast Channel: Steuerung der Leistung, Aufwecken schlafender Mobilstationen, Vergabe eindeutiger Identifizierer- FCH Framecontrol Channel: Beschreibung der aktuellen Ressourcenverteilung- RCH Random Access Channel: hier signalisieren Mobilstationen ihre Ressourcenbedrfnisse- ACH Access Feedback Channel: Rckmeldung bezglich Resourcenbedrfnisse- DL/UL Phase Downlink/Uplink Phase: Datenbertragung, wird in mehrere logische Kanle untergliedert:- Nutzerdaten - Verbindungsmanagement- und mehr

  • HiperLAN/2 VerbindungsmanagementVerbindungsaufbau:- Mobilstation lauscht auf BCH aller Basisstationen- whle diejenige mit dem besten Empfang- Anfrage einer MAC ID von der Basisstation- dann aushandeln aller Parameter (DL/UL Phase)Verbindungsabbau:- durch explizite Nachricht- durch timeout

  • HiperLAN/2 AusblickDurch QoS Untersttzung fr Multimedia interessant.

    Erste Produkte wurden auf der CEBIT 2002 gezeigt.

    Knnte Zukunft haben.

    Schwere Konkurrenz durch IEEE802.11