WiFi hálózatok tervezése 13. Előadás

Hálózattervezés 2013. nov. 7. 1

WiFi hálózatok tervezése

13. Előadás

Takács GyörgyFelhasználva az NMHH és Anders Nilsson

anyagait



WPAN (Wireless Personal Access Network, Rádiós személyi hozzáférési hálózat)

• Személyi eszközök közötti rövidtávú átviteli összeköttetés.

• Jellegzetes átviteli távolság: 10 m vagy kisebb.

• Jellegzetes szabvány: IEEE 802.15.• Jellegzetes megoldás: Bluetooth


RLAN (Radio LAN, Rádiós helyi hálózat más néven WLAN)

• LAN rendszer rádiós megoldása.• Jellegzetes átviteli távolság: 150 m vagy kisebb.• LAN (Local Area Network, Helyi hálózat) --

Egymás közelébe telepített számítógépek együttes működését biztosító távközlő hálózat.

• WiFi (Wireless Fidelity) -- Olyan RLAN kereskedelmi neve, ami az IEEE 802.11 szabványnak felel meg és a 2,4 GHz-es sávban (2400 – 2483,5 MHz) működik.


WAN (Wireless Access Network, Rádiós hozzáférési hálózat)

• Nagy területű (tipikusan országos) mobilitást biztosító hozzáférési hálózat. Ide tartoznak a mobil rádiótelefon rendszerek, valamint a WiMAX egyik szabvány-hátterének jelenleg folyamatban lévő továbbfejlesztése, az IEEE 802.16e szabvány.

• Jellegzetes lefedés: bolyongási lehetőség következtében országos hatáskörű.


A szabályozás frekvenciasávjai

• – 2,4 GHz-es sáv 2400 – 2483,5 MHz; • – 5,2 GHz-es sáv 5150 – 5350 MHz; • – 5,6 GHz-es sáv 5470 – 5725 MHz.

Tájékoztató jelleggel a jövőbeli WiMAX típusú szélessávú hozzáférési rendszerek az alábbi frekvenciasávokban:

• – 3,5 GHz-es sáv 3410 – 3494 / 3510 – 3594 MHz;

• – 5,8 GHz-es sáv 5725 – 5875 MHz.



• Egyedi engedélyezési kötelezettség alól mentesített rádióalkalmazások: Olyan rádióalkalmazások, amelyek a használt állomásokra, ill. összeköttetésekre vonatkozóan nem igényelnek

• – frekvenciakijelölési határozatot, • – rádióengedélyt, • – hatósági regisztrációt.

• Az egyedi engedélyezési kötelezettség alóli mentesség egyúttal a frekvenciadíj alóli mentességet is jelenti.


Frekvenciahasználat


• Szolgáltatási nyilvántartás kötelezettsége: Amennyiben valamely rádióösszeköttetés szolgáltatási célt szolgál, akkor ezen szolgáltatást csak olyan (természetes vagy jogi) személy, ill. jogi személyiséggel nem rendelkező gazdasági társaság végezheti, aki (ami) az NHH-nál az adott szolgáltatás végzésére bejegyzést nyert. Szolgáltatási-bejelentés abban az esetben is kötelező, ha az adott rádióalkalmazás a rádióengedély szempontjából mentes az egyedi engedélyezés kötelezettsége alól. A szolgáltatási bejelentés kötelezettsége független a technikai megoldástól, tehát valamennyi frekvenciasávban vonatkozik a szolgáltatás végzésére.


• Berendezés típus nyilvántartásba vételének kötelezettsége (ill. mentessége): A Magyarországon használt szélessávú adatátviteli berendezéseket általában hatósági típusnyilvántartásba kell venni. Egy szűk kategóriája van a berendezéseknek, amelyek mentességet kapnak a hatósági nyilvántartásba vétel alól. A mentesítés feltételeit az Európai Unió (EU) határozta meg. A típus nyilvántartásba vétele alól azok a berendezés típusok mentesek, amelyek az EU által meghatározott u.n. harmonizált frekvenciasávokban működnek és betartják a harmonizált működés feltételeit.


Berendezés használat


• Rádiószolgálati/rádióalkalmazási prioritás: A Nemzetközi Rádiószabályzat a rádiószolgálatokat, ill. rádióalkalmazásokat zavartatási és interferencia-védettségi szempontból prioritási kategóriákba sorolja. A rádiós hozzáférési eszközök szabályozása megfelel a Nemzetközi Rádiószabályzat követelményeinek. Rádiós hozzáférési eszközöknél elsődleges és harmadlagos prioritás van (ezekre az eszközökre másodlagos prioritási kategória nem alkalmazható). A Frekvenciasávok Nemzeti Felosztási Táblázatát (FNFT) elrendelő kormányrendelet az alábbi módon definiálja az elsődleges és harmadlagos prioritást.


• Az elsődleges rádiószolgálat állomása: – a) nem okozhat káros zavarást az azonos vagy más elsődleges

rádiószolgálat(ok) olyan rádióállomásainak, amelyek részére a frekvenciákat korábban már kijelölték;

– b) nem tarthat igényt védelemre az azonos vagy más elsődleges rádiószolgálat(ok) olyan rádióállomásai által okozott káros zavarásokkal szemben, amelyek részére a frekvenciákat már korábban kijelölték.

• – A harmadlagos rádióalkalmazások rádióállomásai: – a) nem okozhat káros zavarást az elsődleges és másodlagos

rádiószolgálat rádióállomásainak; – b) nem tarthat igényt védelemre más rádióállomások által

okozott káros zavarásokkal szemben.


• 2,4 GHz-es sávú RLAN használat Frekvenciasáv: 2400 – 2483,5 MHz

• a) A sáv általános használata és zavarviszonyai • A sávot kijelölték ipari, tudományos és orvosi eszközök működtetésére. Az

ipari használat jellegzetes példája az a nagyszámú háztartási mikrohullámú sütő, ami a 2,4 GHz-es sávban működik. Az ipari berendezések mikrohullámú zavarkisugárzása a sávhasználat alapvető meghatározója.

• A 2,4 GHz-es sávot kijelölték továbbá kis hatótávolságú eszközök (távirányítók, riasztók, stb.) működtetésére. Ezek az eszközök tovább növelik a nem ellenőrizhető zavarszintet.

• Ebben a kisugárzásokkal erősen terhelt frekvenciasávban megengedett a kis hatótávolságú rádiótávközlés is. Tudatában kell azonban lenni annak, hogy a távközlő eszközök működtetése során mindig lehet zavaró interferenciára számítani.

• A távközlési sávhasználat prioritási foka harmadlagos. Ez azt jelenti, hogy a berendezések nem tarthatnak igényt interferencia-védelemre más eszközök zavarásával szemben.

• A 2,4 GHz-es távközlés az egyszerűség és könnyű megvalósíthatóság miatt népszerű. Az elterjedt használat és az állomások nagy száma következtében mostanra már a 2,4 GHz-es távközlési összeköttetések kölcsönös egymásra hatása vált a zavarok elsődleges okozójává.


A 2,4 GHz-es sáv távközlési használata

• A sávhasználatot meghatározó műszaki szabályozás csak a kötelezően betartandó teljesítményszinteket limitálja, az alkalmazott technológiára nem tesz megkötést, tehát technológia-semleges. Az előírások betartása mellett bármilyen rádiótávközlési átviteli alkalmazás megvalósítható. A teljesítmény-korlátozási előírásból adódóan a 2,4 GHz-es távközlési alkalmazások általában 150 m-nél kisebb távolságú átvitelre használhatók előnyösen. Jellegzetes alkalmazások: – – Bluetooth (6. függelék), általában 10 m-nél kisebb távolságra; – – HomeRF, általában 50 m-nél kisebb távolságra;

• – WiFi, az RLAN egy jellegzetes megoldása, amelyik az IEEE 802.11 szabvány előírásainak tesz eleget (6. függelék), általában 150 m-nél kisebb távolságra.


• A 2,4 GHz-es RLAN-ok előnyösen épületeken belüli hozzáférési rendszerekhez használható. Külső téri RLAN (azaz ORLAN) nincs ugyan tiltva, de műszakilag rendkívül előnytelen ebben a frekvenciasávban (a CEPT deklarációja szerint nem rendeltetésszerű rádióhasználatnak minősíthető).

• Külső téri átvitelre az 5470 – 5725 MHz sávú ORLAN és WMAN eszközök javasolhatók.


A 2400 – 2483,5 MHz es sávban használt rádióállomások üzemeltetési feltételei:

– EIRP maximum 100 mW • Spektrális teljesítmény sűrűség FHSS esetén: max. -10

dBW/100 kHz, FHSS-től eltérő rendszer esetén: max. -20 dBW/1 MHz,

– Berendezésre meghatározott adatsebesség: min. 250 kbit/s, – Antenna: integrált (nincs antenna-csatlakozó),

– vagy – dedikált (a berendezés tartozékát képező külső antenna)

A műszaki specifikáció technológia-semleges. Sokfajta különböző szabványnak eleget tevő berendezés kielégíti a műszaki specifikációt, így a Bluetooth, HomeRF és WiFi is.


Az igen elterjedt WiFi a IEEE 802.11 szabvány előírásait teljesíti. Ebben a szabványban a

csatornaosztás definiálva van



The IEEE 802.11 Wireless LAN Standard• 802. 11 a 5GHz, 54 Mbps• 802. 11 b 2,4 GHz, 11Mbps• 802. 11 d Multiple regulatory domains• 802. 11 e Quality of Service (QoS) for Voice and

Video over W-LAN• 802. 11 f Inter-Access Point Protocol (IAPP)• 802. 11 g 2,4 GHz 54 Mbps• 802. 11 h Dynamic Frequency Selection (DFS) and

Transmit Power Control (TPC)• 802.11 i Security• 802. 11 j Japan 5GHz channels (4,9-5,1 GHz)• 802. 11 k Measurement• 802. 11 m Maintenance• 802. 11 n High speed



• A 2454 – 2483,5 MHz-es sávban az alacsony teljesítményjellemzők mellett harmonizált sávú a működés, de egy bizonyos teljesítményszint fölött nem harmonizált sávú működés definiálandó.

• A harmonizált és nem-harmonizált működési tartományt elválasztó teljesítmények:

• EIRP: 10 mW – Teljesítménysűrűség FHSS esetén: -20 dBW/100 kHz FHSS-től

eltérő rendszer esetén: -30 dBW/1 MHz

• A harmonizáltság akkor teljesül, ha mindkét teljesítmény-típusú mennyiség a saját elválasztó értéke alatt marad.



Media Access Control (MAC)

• MAC is mandatory for all stations• MAC is to assemble data into a frame including

local address and error detection field• MAC checks the frame address, perform error

correction on the frame, disassemble the frame and passes it to the Logical Link Control.

• The LLC identifies higher layer programs to handle the data and provides and interface to these higher-layer programs while perform flow and error control.


Collision Avoidance Approach

• The access method differs from the wired Ethernet’s CSMA/CD (Carrier Sensing Media Access and Collision Detection) operation.

• 802.11 networks use a collision avoidance approach (CSMA/CA)

• Collisions are avoided rather than detected.• This avoidance approach requires each station

to listen for transmission from the others.• If the channel is idle, this indicates that no one

else is currently transmitting and thus the station can now transmit.


Timing and Power

• All station clocks within a BSS are synchronized by means of the periodic transmission of a time stamped beacon signal received from the APs.

• Stations employ two power-saving modes: the awake and doze modes.

• In the awake mode, stations are fully powered and can receive packets at any time.

• Stations must inform the AP before entering the doze mode.

• In the doze mode, stations cannot receive packets.

• Each stations wake up periodically to listen for bacon signals to indicate whether the AP have messages for it.


Beaconing

• Every 100 ms, all APs send out a 50 byte frame containing an ID for its specific WLAN and a time stamp that is used by all stations that intend to access the network and transmit through a wireless AP.

• The time stamp is used to synchronize each station’s local clock.

• The beacon message includes the speeds supported by the AP and the supported modulation technique.

• The User Stations listen to all the beacons received on every channel from a number of APs in the building and choose the one that has the strongest signal.


Sending Station

ReceivingAccess Point

Two Way Access and Transmission Sequence

Data Transfer

Acknowledgement of Transfer

Data Transfer


(It is not uncommon for transmitted frames not to be successfully receiveddue to the errors in the over-the-air transmission and competing signals.)


Sending Station

ReceivingAccess Point

Four Way Access and Transmission Sequence

Request to Send

Clear to Send

Data Transfer


(used to further ensure transmission reliability)

Request to send message containing a source address, destination address, duration of the transaction

Clear to send message containing the same information or a denial message









































Documents

WiFi hálózatok tervezése 13. Előadás