beŽicne lokalne mreŽe (wireless lans - wlans) realne

1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 11

ETF ETF –– Elektrotehnicki fakultet u BeograduElektrotehnicki fakultet u BeograduOdsek za telekomunikacije i IT Odsek za telekomunikacije i IT

RADIO LabRADIO Lab

BEŽICNE LOKALNE MREŽEBEŽICNE LOKALNE MREŽE(Wireless LANs (Wireless LANs -- WLANs)WLANs)

Realne mogucnosti i dometiRealne mogucnosti i dometi

PProf.rof. drdr DjDjordje Paunovic ordje Paunovic Docent dr Aleksandar NeškovicDocent dr Aleksandar Neškovic

Saradnik Irena JankovicSaradnik Irena Jankovic


UVODUVODqq Ubrzan razvoj WLANUbrzan razvoj WLAN--ova tokom poslednje ova tokom poslednje

decenije; decenije; qq De factoDe facto svetski standard (IEEE); svetski standard (IEEE); qq Prodor WLAN mreža u sve sfere života; Prodor WLAN mreža u sve sfere života; qq Korišcenje u poslovnim i akademskim Korišcenje u poslovnim i akademskim

okruženjima, medicinskim ustanovama, okruženjima, medicinskim ustanovama, hotelima, aerodromima, hotelima, aerodromima, hot spothot spot mestima, mestima, coffecoffe shopshop--ovima... ovima...

qq Popularnost zbog specificnih Popularnost zbog specificnih karakteristika:karakteristika:nn automatski bežicni pristup, automatski bežicni pristup, nn pokretnost korisnika i komfor u radu,pokretnost korisnika i komfor u radu,nn jednostavnost konfiguracije bez lokalnih kablova, jednostavnost konfiguracije bez lokalnih kablova, nn Jednostavnost ekstenzije na standardne Ethernet mreže,Jednostavnost ekstenzije na standardne Ethernet mreže,nn skalabilnost i fleksibilnost, skalabilnost i fleksibilnost,


Typical applicationsTypical applicationsDifficult access locations

Temporary networks(with permanent users)

Historic buildingsRemote buildingsin public areaStations inaccessibleby wire

Emergency networks

Disaster recoveryExhibitions

Offices with frequentchanges in topologyTemporary offices

Point of salePoint of entry

Building to building bridgingInternet providers access to corporate usersAirport light beacons systemHarbour light beacons systemOver the rail links in railway stationsEmergency service providers' network atdisaster siteReactivation of affected user's networkInternet accessExhibitor to base premises

Construction sitesAuditing group inside a client companyTraining company inside a client company

Airports - ship to shoreHarbours - ship to shoreCouriers - base to truck night loading offollowing day scheduleMaintenance - base to truck night loading offollowing day schedule

Application Type Category Specific Cases


Conference rooms

University auditoriums

Manufacturing

Education - schools

Point of entry (airports,harbours,...)Manufacturing plants

Warehouses

University campus

Factory plantsHospitals

Hand held devices to basestation relaying to centralnetwork

Permanent networks(with temporary users)

Mobile users

Immediate access to wired LAN resourcesParticipant to participant transfer of dataMaking presentations from networkStudent - studentLecturer - studentLecturer - wired LAN (email, internet, library)Student - wired LANFast deployment of carts with on boardcomputers in clean and sealed roomsMobile carts with PC being moved fromclassroom to classroom when neededMoving cranes, Unmanned vehiclesCommunications with moving resources/equipmentMoving CranesUnmanned vehiclesMoving cranesUnmanned vehiclesBarcode readers (on line inventory)Access to wired LAN from any building(library, internet, email,...)Access to wired LAN from any buildingPoint of care (bedside) access to wired LANresources (patient records)On line telemetry

On line tax collection

Application Type Category Specific Cases


Bežicne mrežeBežicne mreže

RADIORADIO--SISTEMI 03/04SISTEMI 03/04


WLAN vWLAN versusersus wired LANwired LANnn WLAN WLAN is is significantly different from traditional,significantly different from traditional, wired LAN.wired LAN.nn Destination Address (DA)Destination Address (DA) is not equal to is not equal to Destination LocationDestination Location..nn The transmission medium:The transmission medium:

-- hhas no absolute or observable boundaries, as no absolute or observable boundaries, -- hhas dynamic and impredictable characteristicsas dynamic and impredictable characteristics, , -- ssmallmall changes in stations' positions orchanges in stations' positions or movement ofmovement of objectsobjects

in the area can result in drastic differences inin the area can result in drastic differences in signal strength,signal strength,-- iis less reliable than wires.s less reliable than wires.

nn The assumption that every STA can hear every other STA is invaliThe assumption that every STA can hear every other STA is invalidd..nn Network topology is dynamicNetwork topology is dynamic ((portable STAportable STA, , mobile STAmobile STA).).nn For mobile STA, receiver may not be ON on a permanent basis.For mobile STA, receiver may not be ON on a permanent basis.


WLAN CONCEPTS

WLAN WLAN CONCEPTSCONCEPTSDDva osnovna nacina radava osnovna nacina rada::

Ad Ad hhococ nacin radanacin radaInfrastrukturniInfrastrukturni nacin radanacin rada


Topologija Topologija –– ad hocad hoc nacin radanacin rada


Topologija Topologija –– infrastrukturni nacin radainfrastrukturni nacin rada


IEEE 802.11x - Wireless LAN Standard

IEEE 802.11x - Wireless LAN Standard

mm Media Access Control Media Access Control (MAC) Layer(MAC) Layer

mm Physical (PHY) LayerPhysical (PHY) Layer


• Kao rezultat rada posebne IEEE grupe, 1997.g. donet jeIEEE 802.11 standard.

• Svi 802.11x standardi obuhvataju specifikacijeMAC (Medium Access Control) i fizickog (PHYsical

Layer) sloja OSI (Open System Interconnection) modela• LLC (Logical Link Control) sloj je zajednicki za sve LAN

mreže, što omogucava njihovu medusobnu povezanost.• Wireless IEEE 802.11x standard definiše MAC podsloj,

MAC servise i protokole i tri razlicita fizicka pristupa.


IEEE802.3

IEEE 802.2 (LLC)

IEEE802.4

IEEE802.5

IEEE802.6

ISOCHRONOUS

ETHERNET

WIRELESS

LAN100 BaseVG FDDI

ETHERNET AND

FAST ETHERNETTOKEN BUS TOKEN RING DQDB

IEEE802.9

IEEE802.11

IEEE802.12

ISO9314

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

PHYSICAL

LLC(LOGICAL

LINK CONTROL)

MAC(MEDIA

ACCESS CONTROL)

1

2

3

4

5

6

7


IEEE 802.11

FHSSFrequency HoppingSpread Spectrum

DSSSDirect SequenceSpread Spectrum

IRInfrared

Point Coordination Function

SMStation

Management

D i s t r i b u t e d C o o r d i n a t i o n F u n c t i o n - C S M A / C A

PHYSICAL

LLC

MAC

1

2


• U okviru standarda IEEE 802.11 definisana su u osnovi tri tipa fizickihpristupa tako da se mogu razlikovati razliciti tipovi WLAN mreža:

• Infracrvene mreže (IR) u okviru kojih se podaci prenose na frekvencijama infracrvenog spektra. (Mala talasna dužina, osetljivost na prepreke i prisustvo ljudi, dometimali, protoci veliki, cena povoljna. Koristi se direktna ili difuzna tehnikaemitovanja. Primena najcešce u personalnim, kucnim okruženjima.)

• LAN mreže koje koriste tehniku proširenog spektra (SS, Spread SpectrumTechnique) (Prvobitno razvijene za vojne službe. Koriste se radio-talasi (RF) u ISM(Industrial, Scientific and Medical) opsegu na 2.4GHz (i na 5 GHz). Tokom SS prenosa digitalna poruka se širi u spektru kako bi poprimilaosobine slucajnog pozadinskog šuma, cime se izbegavaju ili se smanjujusmetnje.)

• Koriste se dve tehnike:- FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), i - DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)


Standard Godina Protok Frekvencijski opseg

IEEE 802.11 1997 g. 1-2 Mbps ISM opseg 2.4 GHz

IEEE 802.11b 1999 g. 1-11 Mbps ISM opseg 2.4 GHz

IEEE 802.11a 1999 g. do 54 Mbps 5 GHz opseg

IEEE 802.11g 2002 g. do 54 Mbps ISM opseg 2.4 GHz

Uporedni pregled karakteristikaIEEE 802.11x standarda


Varijante IEEE 802.11 StandardaVarijante IEEE 802.11 Standarda

IEEE 802.11b IEEE 802.11b ⇒⇒ WiFi WiFi (Wireless Fidelity)(Wireless Fidelity)IEEE 802.11IEEE 802.11gg ⇒⇒ WiFiWiFi55 (Wireless Fidelity 5x)(Wireless Fidelity 5x)


IEEE 802.11b WLAN mreže imaju celijsku strukturu pa je za dobro funkcionisanje neophodno u fazi implentacije izvršiti pažljivu raspodelu frekvencija prema

pojedinim celijama. DSSS tehnika širi RF signal tako da je pri prenosu zauzeto 22MHz opsega. Kako je raster kanala 5MHz, tek se

svaki šesti kanal ne preklapa.


Europe*FranceSpainJapanUSCanada

Teritory 2.4 GHz ISM band Bandwidth

*(except France and Spain)

2.40002.44652.44502.47102.40002.4000

------

2.48352.48352.47502.49702.48352.4835

GHzGHzGHzGHzGHzGHz

83.537.030.026.083.583.5

MHzMHzMHzMHzMHzMHz

DSSS (IEEE 802.11b)


Interferencija u IEEE 802.11b mrežama

Eksterni izvori interferencije

• Mikrotalasne pecnice, • Bežicni telefoni na 2.4GHz, • Bluetooth sistemi i • Susedne WLAN mreže.

Interni izvori interferencije

• Feding (fading), • Prenos bez direktne vidljivosti, • Medusobno ometanje iz razlicitih celija ili

sistema.


Aspekti sigurnosti WLAN mreža

1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2121EAP proces autentifikacije

Open system proces autentifikacije

n

n AP-10SA-PCR

nn

nn APAP--1010SASA--PCRPCR

Prikaz uredajaPrikaz uredaja


PraktiPrakticcna implementacijana implementacijaIEEE 802.11b WLAN mreže u IEEE 802.11b WLAN mreže u

indoorindoor okruženjuokruženju


MERNI SISTEMMERNI SISTEMqq IEEE 802.11b WLANIEEE 802.11b WLAN-- de factode facto standardstandard

nn Frekvencijski opseg 2.4 GHzFrekvencijski opseg 2.4 GHznn DSSS (DSSS (Direct Sequence Spred SpectrumDirect Sequence Spred Spectrum) tehnika ) tehnika

modulacijemodulacijenn Obezbeduje protoke do maksimalnih 11MbpsObezbeduje protoke do maksimalnih 11Mbps

qq Infrastrukturni mod rada ostvaren je ekstenzijom Infrastrukturni mod rada ostvaren je ekstenzijom EthernetEthernet mreže koji ima ulogu okosnicemreže koji ima ulogu okosnice

qq Pristupne tacke, tzv. APs (Pristupne tacke, tzv. APs (Access PointsAccess Points) su uredaji ) su uredaji koji su direktno povezani na žicanu infrastrukturu koji su direktno povezani na žicanu infrastrukturu a ulogu klijenata imali su a ulogu klijenata imali su notebooknotebook racunariracunari

qq Svaki AP pokriva jednu celiju, tzv. BSS (Svaki AP pokriva jednu celiju, tzv. BSS (Basic Basic ServiceService SetSet) dok citava celijska struktura ) dok citava celijska struktura predstavlja ESS (predstavlja ESS (Extended Service SetExtended Service Set))


Cisco Aironet 350 Series Access PointsCisco Aironet 350 Series Access Points


Konfiguracija APKonfiguracija AP--a podrazumevala jea podrazumevala je::

qq standardnu verziju APstandardnu verziju AP--a sa 2.2dBi a sa 2.2dBi diversitydiversitydipol antenama,dipol antenama,

qq ukljucivanje u mrežu dodelom odgovarajucih ukljucivanje u mrežu dodelom odgovarajucih IP adresa,IP adresa,

qq podešavanje za rad u šestom radiopodešavanje za rad u šestom radio--kanalu kanalu na 2.437GHz, na 2.437GHz,

qq maksimalnu predajnu snagu od 100mW,maksimalnu predajnu snagu od 100mW,qq InIn--lineline napajanje preko napajanje preko Ethernet portEthernet port--aa uz uz

pomoc pomoc power injectorpower injector--a, a, qq mod rada tako da se optimiziraju ostvareni mod rada tako da se optimiziraju ostvareni

protoci u mreži. protoci u mreži.


Cisco Aironet 350 Series Client AdaptersCisco Aironet 350 Series Client Adapters


Konfiguracija klijenataKonfiguracija klijenata::

qq Klijent adapteri u obliku PCMCI kartica sa Klijent adapteri u obliku PCMCI kartica sa integrisanim antenama (dobitak oko 0dBi),integrisanim antenama (dobitak oko 0dBi),

qq Maksimalna predajna snaga 100mW,Maksimalna predajna snaga 100mW,qq CAM (CAM (Constantly Awake ModeConstantly Awake Mode), neophodan ), neophodan

za eksperimentalna merenja, ali iziskuje za eksperimentalna merenja, ali iziskuje veliku baterijsku potrošnju,veliku baterijsku potrošnju,

qq Veoma bitna softverska podrška Veoma bitna softverska podrška -- Cisco Cisco Aironet Client UtilityAironet Client Utility-- koji funkcioniše kao koji funkcioniše kao graficki interfejs, analizira okruženje i pruža graficki interfejs, analizira okruženje i pruža informacije o kvalitetu signala na prijemu, informacije o kvalitetu signala na prijemu, nivou snage signala nivou snage signala [dBm] i SNR ([dBm] i SNR (SignalSignal--toto--NoiseNoise)) odnosu odnosu izražizraženom u [dB]enom u [dB]..


MERNA METODOLOGIJAMERNA METODOLOGIJA

q Klijent, tj. notebook racunar, pomocu koga su vršenamerenja bio je smešten na pokretna kolica visine 1m;

q Scenario 1 ukljucuje AP1 i jednog klijenta;q Scenario 2 ukljucuje AP1, AP2, AP3 i oba klijenta.

P3AP3 AP1

P2 P1

AP2


EKSPERIMENTALNI REZULTATIEKSPERIMENTALNI REZULTATIq Ponovljivost rezultata merenjau Cetiri seta merenja, 60 razlicitih mernih lokacija, prvi set

merenja je korišcen kao referenca.

u Srednje odstupanja rezultata: 0.42dB, 0.47dB, -2.15dB. u Promena visine za 40cm znacajno utice (-2.15dB). u Promena visine klijenta menja poziciju klijenta u odnosu na

DZR antene i registruje se kao slabljenje nivoa snage za 6dBu neposrednoj blizini AP-a.


RRadioadio--pokrivenostpokrivenost

q Dinamika signala 44dB. Maksimalni izmereni nivo je -41dBm, a minimalni odgovara pragu prijema od -85dBm(-87dBm)

q Domet signala koji emituje AP1, pri snazi od 100mW, iznosi: u 120m pri LoS propagacijiu 40m kada postoji uticaj zidnih površina na slabljenje


Model Model predikcijepredikcije nivoanivoa snagesnage signalasignala

q ”LOS” propagacija

u Aproksimacija logaritamskom funkcijom opadanja nivoa:P = Po - n*10log (d/do)

u Koeficijent slabljenja nivoa snage signala iznosi n=1.65.u Uslovi prostiranja ”bolji” nego u slobodnom prostoru (n=2), u Tunelski efekat u indoor okruženju fakulteta.


UticajUticaj preprekaprepreka nana slabljenjeslabljenje

q Varijacije slabljenja su od 5-30dB sa srednjom vrednošcu od 20dB.

q Dodatno je utvrdeno da vrednosti slabljenja znatno viševariraju u blizini AP-a. Na rastojanjima vecim od 20mslabljenje teži konstantnoj vrednosti od 20dB.

y = 0 . 0 2 9 7 x + 1 9 . 8 7

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

D e b l j i n a z i d a [ m ]

Un

eto

sla

blje

nje

[dB

]


SlabljenjeSlabljenje usledusled zaklanjanjazaklanjanja anteneantenetelomtelom korisnikakorisnika

q Srednja vrednost slabljenja 11dB, standardna devijacija 5.2dB.q Maksimum slabljenja je oko 22dB.q Ovakav nacin ometanja narušava LoS, a rezultati pokazuju da

bez direktne vidljivosti znacajno opada signal na prijemu.

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

Redni bro j merne lokac i je

Sla

blje

nje

[dB

]


SlabljenjeSlabljenje usledusled ””gugužžveve”” u u okoliniokolini klijentaklijenta

q Srednje slabljenje 10dB, standardna devijacija 5.77dB. q Trenutne varijacije nivoa izmedu 10-15dB.q Maksimalna dubina feding-a ovog tipa je 20dB.q Slabljenje direktno zavisi od kretanja i rasporeda ljudi.

-10-505

10152025

2 9 16 23 30 37 44 51 58 65 72 79

Redni broj merne lokacije

Sla

blje

nje

[dB

]


HandoverHandoverq Scenario 2 podrazumeva aktivnost sva tri AP-a i oba klijenta.q Klijent 1 je prioritetno povezan na AP3.q Klijent 2 ima ulogu ometaca i ”ping-ovan” je sa rutera preko

jednog od preostala dva AP-a, pri cemu komunikacijom opterecuje radio-kanal sa:q 5% maksimalnog opterecenja;q 50% maksimalnog opterecenja.

Rezultati:q Pokušaj handover-a registrovan je tek pošto nivo snage

dostigne prag prijema od -85dBm. Potom sledi pauza u trajanju 3-4s u okviru koje se vrši reasocijacija.

q Primarni kriterijum za izbor nove stanice je kvalitet signala.


ZAKLJUCAKZAKLJUCAKuu Za ostvarenu Za ostvarenu vrednost koeficijenta n=1.65, okruvrednost koeficijenta n=1.65, okružženje enje

prupružža dobre uslove za propagaciju signalaa dobre uslove za propagaciju signala. . uu Dinamika signala od 44dB je velika za povrDinamika signala od 44dB je velika za površšinu inu

120x30m120x30m. . uu Ostvareni dometi od 120m i 40mOstvareni dometi od 120m i 40m ii u skladu su sa u skladu su sa

standardom specificiranim vrednostimastandardom specificiranim vrednostima..uu Neophodno je uzeti u obzir da odliNeophodno je uzeti u obzir da odliccan ili dobar kvalitet an ili dobar kvalitet

veze zahteva direktnu optiveze zahteva direktnu opticcku vidljivost APku vidljivost AP--a i klijentaa i klijenta. . uu U svim sluU svim sluccajevima je potrebno da se pajevima je potrebno da se pozicije APozicije AP--a a

papažžljivo i optimalno utvrde. ljivo i optimalno utvrde. uu Pri tome nikako ne treba zanemariti uticaj Pri tome nikako ne treba zanemariti uticaj ””gugužžveve””, ,

koja mokoja možže znatno da degradira signal. e znatno da degradira signal. uu WLAN mreWLAN mrežža a u praksi dobro u praksi dobro podrpodržžava servis ava servis roamingroaming--aa

memeddu u ccelijamaelijama..


The EndThe End

HVALA NA PAŽNJI !

beŽicne lokalne mreŽe (wireless lans - wlans) realne

Documents