REDES SEM FIOSProf. Amine Berqia

Email : bamine@ualg.ptWeb : http://w3.ualg.pt/~bamine

Componentes das redes de móvel &

as redes sem fios

UIM MT RAN CN CN

UIM : User Identity Module MT : Mobile TerminalRAN : Radio Access Network CN : Core Network

Interface UIM-MT

UIM MT

UIM-MT ’’Interface ’’ situa-se entre o cartão SIM e o terminal móvel que pode corresponder a diferentes tipos de redes: GSM,

GPRS, UMTS, IEEE802.11

Interface MT-RAN

MT RAN

Interface MT-RAN ligar o terminal móvel

à antena e define como o terminal acede

à antena e reciprocamente.

Interface RAN-CN

RAN CN

Interface RAN-CR refere-se à transmissão da antena

ao primeiro comutador da rede.

Interface CN-CN

CN CN

Interface CN- CN define a tecnologia rede utilizada

para encaminhar as informações.

Redes De Móvel &

Redes Sem Fios

RDM RSF

Um utilizador é definido como utilizador móvel se

o mesmo é capaz de comunicar fora da sua rede de assinatura conservando ao mesmo tempo o mesmo

endereço.

Um sistema chama-se sem fios se o mesmo propõe um

serviço de comunicação totalmente independente das

tomadas murais.

Exemplos de Redes Móveis e/ou Sem fios

Sistema Sem Fios Movel

GSM

UMTS

TCP/IP x x

IP Mobile x

ATM x x

DECT x

Os Sistemas Celulares

GSM : Global System for Mobile communications

GPRS : General Packet Radio Service

EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution

UMTS : Universal Mobile Telecommunications System

GSM 1979: reserva da banda do 900 MHz para as comunicaçoes móveis na Europa por IUT 1980: criação de grupo de trabalho GSM (Groupe

Spécial Mobile) 1992: comercialização real dos primeiros sistemas

GSM

Desde o GSM deixou a sua sigla francesa para a de Global System for Mobile communications e suplantou os sistemas analógicos.

Arquitectura Geral

BSS : Base Station Subsystem MS (Mobile Station) : parte visível do sistema rádio móvel e miniaturisés cada vez mais.

BTS (Base Transceiver Station) : estações básicas, pontos de acesso a rede GSM. Os BTS materializa-se sob a forma de antenas sobre os tectos dos edifícios na cidade ou sobre o bordo da estrada.

BSC (Base Station Controller) : controlador BTS, um BSC gere os canais rádios e BTS aplica as decisões tomadas pelos BSC como o controlo de admissão das chamadas e a gestão dos handovers.

NSS : Network SubSystem MSC (Mobile-services Switching Center) : O MSC é um comutador numérico em modo circuito, que gere todas as comunicações com os móvel sob a sua cobertura.

HLR (Home Location Register) : base de dados de localização nominal na qual são armazenadas todas as informações relativas aos assinantes de uma rede móvel.

VLR (Visitor Location Register) : base de dados de localização Local na qual são armazenadas todas as informações relativas aos utilizadores de uma região específica.

Interface rádio:

Subsídio de frequência: - banda 890-915 Mhz para a direcção ascendente (MT para BTS) -banda 935-960 Mhz para a direcção descendente

(BTS para MT)

Métodos de acesso: FDMA, TDMA, CDMA, F-TDMA…..

FDMAO FDMA é o método de acesso

múltiplo mais utilizado. Esta técnica é mais antiga,

e permite diferenciar os utilizadores por simples uma diferenciação frequencial. Com efeito, para ouvir o

utilizador N, o receptor considera apenas a frequência

fN associado. A aplicação desta tecnologia é bastante simples.

Frequência

Tempo

B

A

C

Ocupado pelo utilizador 2

Ocupado pelo utilizador 1

Livre

Frequency Division Multiple Access

Can

al físico

TDMA

Frequência

Tempo

Ocupado pelo utilizador 2

Ocupado pelo utilizador 1

Livre

Time Division Multiple Access

Canal físico

1 2 3 4 1 2 3 4

O TDMA é um método de acesso que baseia-se na distribuição de

recursos no tempo.

Cada utilizador emite ou transmite num intervalo de tempos concreto

cuja periodicidade é definida pela duração da trama.

Neste caso, para ouvir o utilizador N,

o receptor tem apenas a considerar o intervalo de tempos N associado à

este utilizador.

1, 2, 3,4 Slots

F-TDMAFrequência

Tempo

Frequency Time Division Multiple Access

1 2 3 4 1 2 3 4

B

A

COcupado pelo utilizador 2

Ocupado pelo utilizador 1

Livre

1, 2, 3,4 Slots

CDMA

Tempo

Code Division Multiple Access

LivreCodigo

Frequência

Ocupado pelo utilizador 2

Ocupado pelo utilizador 1

Canal físico

O CDMA é baseado na distribuição por códigos. Com efeito, cada

utilizador é diferenciado do resto dos utilizadores por um código N que lhe foi atribuído no

início da sua comunicação e que é ortogonal ao resto de códigos ligados à outros

utilizadores.Neste caso, para ouvir o utilizador

N, o receptor tem apenas a multiplicar o sinal

recebido pelo código N associado à este utilizador.

Allocação de recursos

Conjunto dos recursos disponíveis = bandwith; Divisão da bandwith em vários conjunto de canais; Multiplexing de várias comunicações sobre a mesma bandwith à ajuda dos métodos de acesso; Vários esquemas de subsídios de recursos:

FCA, DCA, HCA.

FCA

FCA : Fixed Channel Assignment

+ simples e rápido; + atribuição fixa de recursos todas as às estações básicas; -- não permite de gerir a variação brutal e

instantânea do tráfego.

DCA

DCA : Dynamic Channel Assignment

+ concentração dos recursos num grupo comum; + aumentar a capacidade do sistema; -- requer uma importante carga de sinalização.

HCA

HCA : HybridChannel Assignment

+ mistura de FCA e de DCA; -- mistura dos inconvenientes;

Handover

Permite de passar de uma célula ao outro sem corte de comunicação;

É um mecanismo revolucionário responsável do sucesso da telefonia móvel.

Tecnologias 2,5G

HSCSD

GPRS

EDGE Web site Ericsson

HSCSD e GPRS

HSCSD - High Speed Circuit Switched Data GPRS - General Packet Radio Service

Estas novas tecnologias oferecem soluções para aumentar as taxas de dados com relação às redes GSM existentes.

As operadoras de rede querem promover serviços de dados para aumentar as receitas.

HSCSD

O HSCSD é uma tecnologia de comutação de circuitos

Um canal físico é atribuído por toda a duração da chamada

A conexão do canal físico é mantida mesmo se não houver dados sendo transferidos

GPRS

É muito diferente das arquiteturas de redes celulares atuais

Somente é atribuído um canal físico quando for necessário transmitir ou receber dados

Os canais físicos podem ser compartilhados entre diferentes usuários móveis

O GPRS é uma tecnologia de comutação de pacotes

Comutação de circuitos vs pacotes Circuitos

•Cada canal físico é atribuído

•Adequado a..

Aplicações em que o

tempo é crítico

p.ex. videofone

•Complementa..

PSTN e ISDN

•Cobrado por …

O minuto

Pacotes

•Cada canal físico é compartilhado

•Adequado a..

Web browsing

E-mail

Valores de ações, etc

•. Complementa..

TCP/IP, X25

•Cobrado por ..

O BIT (e QoS)

HSCSD e GPRS vs GSM

Multislot

As unidades móveis GSM convencionais usam umúnico timeslot no

uplink e no downlink para transportar um canal de

tráfego (TCH).

As unidades móveis HSCSD e GPRS podem

transmitir e receber em diversos timeslotsGSM por quadro.

Unico timeslot

GSM + GPRS

PSTN

BSC

GSMBTS

GSMBTS

MSC

PCU

Other nets

GGSN

SGSN

Como promover uma rededa GSM a GPRS?1. For the BSS software upgrade

hardware upgrade

2. New GPRS support nodes (SGSN – GGSN)

Esquemas de Coding de GPRS (1)Coding

SchemeCoded

bitsPunctured

bitsDataRate

(kbps)

Multiple SlotMax.DataRate

(kbps)

CS-1 456 0 9,05 72,4

CS-2 588 132 13,4 107,2

CS-3 676 220 15,6 124,8

CS-4 456 0 21,4 171,2

Max. Per TS Data rate (kbps)

0

5

10

15

20

25

CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

KB

its

pe

r S

ec

on

d

GPRS using same physical RF layer as GSM speech

Data is coded into normal bursts (456 bits / 20ms)

Higher data rates per timeslot achieved by removing error protection

Timeslot sharing

BTS

BCCH GPRS GPRS GPRSTCHTCH TCH User rate atCS2 = 40.2 kbps

TCH

A Voice call require the GPRS TS

Timeslot sharing

BTS

BCCH GPRS GPRSTCH TCH TCHTCH User rate atCS2 = 40.2 kbps

TCH

A Voice call takes the GPRS TS

User rate atCS2 = 26.8 kbps

EDGE EDGE = Enhanced Data rates for GSM Evolution

EDGE é uma extensão do HSCSD e GPRS

EDGE define um novo formato de modulação (8PSK) que permite que serviço como o HSCSD e GPRS sejam mais rápidos

Downlink

Uplink

Classe Downlink Uplink

A 8PSK GMSK

B 8PSK 8PSK

BTS MS

Classes do EDGE

Esquemas de Coding da EDGE

Impacto da EDGE em redes existentes de GSM/GPRS

Hardware upgrade to the BSS (new transceiver in each cell) Software upgrade to the BS and BSC No change in the core networks New terminals - Terminal which provides 8PSK in the uplink and the downlink - Terminal which provides GMSK in the uplink and 8PSK in the downlink

SGSNSGSN

GGSNGGSN

GbGb

GnGn

GcGc

GiGi

GsGs

GnGn

HLRHLR

BSCBSC

MSCMSC

PSTN

BTSBTS

BTSBTS

AbisAbis AA

DD

AbisAbis

AA

PDN

NEW

NEWNEW

NEW

NEW

NEW

NEW

NEW

NEW

NEWNEW

NEW

GSM + GPRS + EDGE

Tecnologias 3G

UMTS : Universal Mo Mobile Telecommunications Service

IMT 2000 : International Mobile Telecommunication system

CDMA 2000 : Code Division Multiple Access

W-CDMA : Wideband-Code Division Multiple Access

UMTS

Circuito e Pacote,

Voice : 144kb/s

low-rate data : 384kb/s,

high-rate data : 2Mb/s.

As classes de serviços do UMTS (1)

Classe A (conversational): serviços bidirectivos implicando 2 interlocutores (ou um grupo de pessoa), como a telefonia, visiophonie ou os jogos interactivos...;

TelefoniaVisiophonie …

As classes de serviços do UMTS (2)

Classe B (streaming) : serviços implicando um utilizador e um servidor de dados, como vídeo ao pedido e aplicações de transferência de imagens

Ser

v id o

r

Imagens, Vidéo …

As classes de serviços do UMTS (3)

Classe C (interactivo): serviços nos quais o utilizador mantem um diálogo interactivo com um servidor de aplicações ou de dados, como navegação sobre Internet, transferência de ficheiros por ftp...

Ser

vido

r

Response

Request

As classes de serviços do UMTS (4)

Classes D (background): parentes da classe C à diferença que as informações transmitidas são de prioridades inferiores, como a transferência de telefax ou o serviço de mensagens de tipo SMS...

Ser

vido

r

Dados

Dados

Frequências da 3G

Para os sistemas terrestres (230 MHz) :

1885 – 2025 MHz para a primeira banda 2110 – 2200 MHz para a segunda

Para os sistemas MSS (Mobile Satellite Service) (150MHz) :

1980 – 2100 MHz2170-2200 MHz

Rede UMTS

CN

BRAN UTRANSRAN

AN

CN :Core Network, AN : Access Network, BRAN : Broadband Radio Access Network, SRAN : Satellite RAN, UTRAN : UMTS Terrestrial RAN

CN : noção de domínio

CS domain PS domain

AuC

GMSC HLR GGSN

VLR

MSC

EIR

SGSN

Rede de acesso UTRAN

RNC

Node BNode B

RNC

Node BNode B

RNC

Node BNode B

MH

lub

CS PS Core Network

Rede de acesso

RNC : Radio Network Controller, MH : Mobile Host

Técnicas do Multiplexing : FDD et TDD

tf1

movél rede

tf2

rede movél t

fi

movél rede

rede movél

Multiplex FDD Multiplex TDD

• FDD e TDD estão disponíveis em UMTS

• TDD foram projetados para o uso em áreas elevadas da densidade;

• a taxa a mais elevada :

•TDD-2.048Mb/s

•FDD-384kb/s

Redes Celulares: Sumário

GSM890-915MHz935-960MHz

TDMAGMSK

~ 24kbps

UMTS1885-2025MHz2110-2200MHz

~ 2Mbps

HSCSD<57kpsGPRS~171kbps

EDGEGMSK8PSK<

2G 2,5G 3G

WLAN 1990 : o projecto de lançar uma rede local sem fios é lançado.

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) :

IEEE 802.11 IEEE 802.15

Hiperlan (High Performance Local Area Network) HiperLAN

IEEE 802.11

As frequências situam-se na gama 2,4 GHz;

As comunicações podem fazer-se directamente de terminal à Terminal o passando por uma estação básica.

Os débitos variam de acordo com a técnica de codificação utilizada e a banda espectral da rede.

O rede IEEE 802.11 é Celular

Arquitectura IEEE 802.11

ESS

BSS BSSIBSS

AP AP

AP: Access point, BSS : Basic Set service, ESS : Extented Set Service, IBSS Independent BSS.

Funcionamento do WLAN

Access Port Switch

Ma

in C

orp

ora

te B

ac

kbo

ne Server

Server

Server

iPaq

Notebook

PalmPilot

Mobile Phone

Notebook

If the site is using DHCP, and no additional security – then connection and subsequent IP address allocation is automatic.

WLAN na Europa, Ásia e EU

• Higher density of population

• Higher cellular penetration

• Market dominated by mobile operators

• Bigger reliance on public transportation, smaller homes

• Consumer-oriented wireless data market

• Higher penetration of laptop computers and PDAs

• Higher Internet penetration

• Higher 802.11 penetration

• Airports and hotels as major hotspot locations

• More advanced wireless data applications for business users

Europe and Asia US

Higher density of hotspots

WLAN access as an extension of cellular data access

Larger demand for wireless dataapplications from business users

WLAN access as a substitutefor fixed LAN access

• Higher density of population

• Higher cellular penetration

• Market dominated by mobile operators

• Bigger reliance on public transportation, smaller homes

• Consumer-oriented wireless data market

Europa e Ásia EU

Método de Acesso Dois métodos de acesso fundamentais a nível da camada MAC:

DCF (Distributed Coordination Function) : Utilizado para permitir transferências de dados assíncronas em best esforço; baseado no CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance).

PCF (Point Coordination Function) : Baseado na interrogação polling, controlados pelo ponto de acesso; concebido essencialmente para a ransmissão dos dados sensíveis que pedem uma gestão do prazo.

HiperLAN (1)

ETSI : European Telecommunications Standards Institute

HiperLAN : High Performance Local Area Network

HiperLAN 1 HiperLAN 2 HiperLAN 3 (WLL Wireless Local Loop) HiperLAN 4

HiperLAN (2)

MACCamada

Fisica

5 GHz

23 Mbit/s

HiperLANTipo 1

LAN Sem Fois802

MACCamada

Fisica

5 GHz

23 Mbit/s

HiperLANTipo 2

ATM Sem FoisAcesso Curto alcance

MACCamada

Fisica

5 GHz

20 Mbit/s

HiperLANTipo 3

ATM Sem FoisAcessos a distância

MACCamada

Fisica

17 GHz

155 Mbit/s

HiperLANTipo 4

ATM Sem FoisInterconexão

ATM : Asynchronous Transfer Mode DLC : Data Link controlMAC : Medium Access Control

Arquitectura HiperLAN

CAC : Channel Access Control MAC : Medium Access ControlDLC : Data Link Control OSI : Open Systems Interconnection

Camada Fisica

Camada CAC

Camada MAC

Camada Fisica

Camada Rede

Liaison

Camada Fisica

Camada MAC

Camada DLC

Bluetooth (1)

Nome de um chefe Viking Harald Bluetooth;

Ericsson e um grupo dos vários grandes industriais (IBM, Intel, Nokia, Toshiba...);

1999: o grupo IEEE 802.15 WPAN (Wireless Personal Area Network) ter ser instaurar lugar para normalizar rede dum alcance duma dezena metro;

Três grupos de servicos : A, B e C.

Grupo A

Utilização de banda do espectro sem licença 2,45 GHz;

muito baixo custo para instaurar em lugar e utilização;

Dimensão reduzida;

Modo sem conexão;

Possibilidade superposition com o IEEE 802.11.

Grupo B

Utilização de uma camada MAC (Medium Access Control) até 100 kbit/s;

Possibiltés para todas as máquinas de comunicar entre elas;

Utilização de QoS para autorizar certas aplicações;

Até 10 m de alcance;

Tempo máximo um segundo para se conectar rede.

Grupo C

Segurança da comunicação;

Transmissão do vídeo;

Possibilidade de roaming.

WLAN vs WPAN

WLAN (802.11) para:

- Interagir com infra-estruturas LAN;- Ser utilizado horas ou mesmo dias;- Equipamentos portáteis.

WPAN (802.15) para: - Interagir com equipamentos pessoais;- Ser utilizado segundos ou mesmo alguns minutos;- Equipamentos móveis.

Bluetooth : Piconets (Picoredes)Baseado na utilização de picoredes (piconets) :

Contendo um mestre (iniciador da conexão) que gere as trocas e aos mais 7 escravos activos que podem comunicar. Vários piconets formam um scatternet

mestre

escravo

escravo escravo

escravo

Piconet

Bluetooth : ScatternetsMestreEscravo

Possibilidade de conectar 10 piconets para formar uma rede de 72 aparelhos : 8x10 - 8 e-aparelho que servem de pontes estreitas por conseguinte comuns à 2 picoréseaux. Num piconet, o mestre dá a palavra alternadamente atribuindo tempos de palavra ou slots... a formação de scatternets complexifie o problema.