Sieci i technologie bezprzewodowe. Maciej Przeor, Adrian Witlib

Transkrypt

1 Sieci i technologie bezprzewodowe Maciej Przeor, Adrian Witlib

2 Technologie bezprzewodowe Technologia Pasmo Przepustowość Zasięg gprs / umts 0,9-2,1 GHz 2 mb/s 3km bluetooth 2,4 GHz 5 mb/s 100 m wifi 2,4/5 GHz 540 mb/s 400 m wimax 2,3-5,8 GHz 70 mb/s 50 km wusb 7 GHz 480 mb/s 3 m

3 Zasięg

4 Zalety technologii bezprzewodowych tanie szybkie w instalacji łatwe w rozbudowie czasami jedyne dostępne mobilne wygodne

5 Wady technologii bezprzewodowych wolniejsze od sieci przewodowych mniej bezpieczne, ec e, wymagają dodatkowych zabezpieczeń co dodatkowo zmniejsza prędkość transmisji ograniczona liczba sieci na danym terenie urządzenia dla sieci bezprzewodowych są droższe niż dla przewodowych bardziej podatne na zakłócenia szybkość transmisji zależy od odległości między urządzeniami komunikującymi się

6 IEEE standard został zatwierdzony w czerwcu 1997 określa zasady bezprzewodowej pracy urządzeń ą stałych i przenośnych w geograficznie ograniczonym obszarze definiuje i interfejs pomiędzy bezprzewodowym klientem a punktem dostępu jak pomiędzy bezprzewodowymi klientami definiuje warstwę fizyczną (PHY) oraz sterowania dostępem do medium (MAC)

7 BSS BSS (Basic Service Set) stanowi rodzaj komórki radiowej WLAN, w skład której wchodzą dwie lub więcej stacji BSS w sieci niezależnej (ad hoc) BSS w sieci stacjonarnej (z infrastrukturą)

8 Access point punkt dostępowy element łączący część przewodową sieci oraz część bezprzewodową zarządza ruchem w obrębie całej sieci bezprzewodowej służy do komunikacji między bezprzewodowymi urządzeniami

9 Access point

10 Standard a częstotliwość 5 GHz opracowany w 1999 roku prędkości 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mb/s niekompatybilny z b, g duży pobór mocy w porównaniu z b,g 8 kanałów do pracy w budynkach 4 kanały do pracy punkt-punkt mniej popularny niż b, g

11 Standard b opracowany w 1999 roku prędkości ę 1, 2, 5.5, 11 Mb/s możliwość zwiększenia zasięgu montując anteny zewnętrzne rozszerzenia producentów do 22 mb/s 14 kanałów o szerokości 22 MHz tylko trzy kanały ł nie pokrywają się w swoich zakresach duże zakłócenia od telefonów bezprzewodowych, bluetooth i mikrofalówek

12 Kanały w standartach b, g kanał częstotliwość dolna częstotliwość górna 1 2,401 2, ,404 2, ,411 2, ,416 2, , , ,426 2, ,431 2, , , ,441 2, ,446 2, ,451 2, ,456 2, ,461 2, ,466 2, ,471 2,493

13 Standard g opracowany w 2003 roku pracuje bardzo podobnie do b prędkość do 54 Mb/s rozszerzenia producentów do 108 mb/s całkowicie zgodny z b obecnie najpopularniejszy standard wifi

14 Standard n prace rozpoczęte w 2004 roku korzysta z kilku kanałów na raz prędkości 100, 250, 540 Mb/s dużo większy zasięg niż b, g urządzenia posiadają kilka klk anten cały czas trawą pracę nad tym standardem

15 WEP - wired equivalent privacy jest częścią ą standardu du IEEE RC4 (metoda szyfrowania) + IV (wektor inicjujący) 40- i 104-bitowe + wektor 24 bity klucz jest jednakowy dla wszystkich użytkownikówż wektor inicjujący powinien być inny dla każdego pakietu, powinien i mieć ć w miarę losowe bity

16 WEP - schemat

17 WPA rozwiązanie tymczasowe po złamaniu WEP w pełni zgodny z WEP może pracować na sprzęcie dedykowanym dla WEP po aktualizacji oprogramowania wykorzystuje RC4 z powodu ograniczonej mocy obliczeniowej sprzętu WPA = TKIP, EAP, 802.1x

18 TKIP - Temporal Key Integrity Protocol stworzony przez grupę specjalistów, którzy ujawnili słabość szyfrowania WEP wykorzystuje algorytm szyfrujący RC4 poprawione zostało szyfrowanie wartości wektora inicjującego generuje nowy klucza po pakietów

19 EAP - Extensible Authentication Protocol protokół transportowy na potrzeby uwierzytelniania a EAP nie jest konkretnym protokołem uwierzytelniania mogą być w nim implementowane na różnorodne metody uwierzytelniania w ujednolicony i niezależny od sprzętu sposób

20 EAP architektura tego protokołu oparta jest o model klient-serwer bardzo małe wymagania medium transportowego separacja pomiędzy urządzeniem dostępowym a zewnętrznym ę serwerem uwierzytelniania ułatwia zarządzanie danymi poufnymi

21 802.1X kontroluje dostęp do sieci przewodowych i bezprzewodowych oparty na protokole EAP eliminuje niebezpieczeństwo nieautoryzowanego dostępu do sieci już na poziomie warstwy dostępu do sieci zazwyczaj uwierzytelnienie jest przeprowadzane przez serwer RADIUS dwukierunkowa k weryfikacja autentyczności

22 Bluetooth - Sinozębny standard IEEE służy do komunikacji między ę urządzeniami ą na małe odległości duży zakres urządzeń: telefony, laptopy, klawiatury, zestawy słuchawkoweł pasmo 2,4 GHz medium fale radiowe nazwa pochodzi od króla Danii Haralda Sinozębego, który jednoczył duńskie plemiona niczym bluetooth jednoczy urządzenia

23 Klasy mocy bluetooth dwa tryby pracy -jako urządzenie nadrzędne (master) - jako urządzenie podrzędne d (slave) trzy klasy pracy - klasa 1 (100 mw) - zasięg do 100 m - klasa 2 (2,5 mw) - zasięg do 10 m - klasa 3 (1 mw) zasięg do 1 m najbardziej popularna jest klasa 2 unikatowy adres urządzenia w postaci 48 bitów

24 Profile bluetooth K2 - wykrywanie usług (Service Discovery Application Profile) K5 - wirtualny portu szeregowego (Serial Port Profile) K6 - bezprzewodowy zestaw słuchawkowy (Headset Profile) K7 - usługi modemowe (Dial-up Networking Profile) K9 - dostęp do sieci lokalnej (LAN Access Profile) K11 - przesyłanie obiektów (Object Push Profile) K12 - przesyłanie plików (File Transfer Profile) K13 - synchronizacji danych (Synchronization Profile)

25 WUSB - Wireless USB wydajność na poziomie USB 2.0 szybkość do 480 Mb/s 3 m szybkość do 110 Mbit/s - 10 m wysyłanie ł identycznych pakietów danych możliwość komunikacji urządzeń audio-wideo - telewizja wysokiej rozdzielczości - 19,2 mbps -dźwięk ,8 mbps - przeciętny monitor - 63 Mbps.

26 Co to jest WiMAX? WiMax jest technologią bezprzewodową, opartą na standardach IEEE i ETSI HiperMAN, stworzoną by umożliwić dostęp do szerokopasmowych usług na dużym obszarze (np. obszar miasta). Standardy i ETSI HiperMAN umożliwiają stworzenie wielu konfiguracji stacji bazowych, przez co mogłoby dojść do sytuacji, w której urządzenia różnych producentów pracowałyby w innych konfiguracjach. Powstanie technologii WiMAX zagwarantuje, iż w danym paśmie certyfikowane urządzenia WiMAX będą pracowały w takiej samej konfiguracji. WiMax zapewnia połączenia stałe, przenośne i (w przyszłości) mobilne przy braku bezpośredniej widoczności optycznej stacji komunikujących się. W komórce o typowym zasięgu 3-10 km urządzenia posiadające certyfikację WiMax Forum mają osiągać ć do 40 Mb/s na kanał ł w przypadku dostępu stałego. W sieciach mobilnych przepustowości osiągną 15 Mb/s w komórkach o promieniu do 3 km.

27 WiMAX mnogość możliwości WiMAX posiada potencjał, pozwalający mu zastąpić wiele istniejących infrastruktur telekomunikacyjnych takich jak: miedziany kabel w telefonii stacjonarnej kabel koncentryczny w TV kablowej (łącznie z Internetem) sieci komórkowe (transmisja głosu i danych)

28 Na co pozwala WiMAX? Niewątpliwą zaletą technologii WiMAX jest jej uniwersalność. Zastosowania: szerokopasmowy dostęp do Internetu (broadband) substytut T1/E1 dla potrzeb biznesu rozmowy głosowe (VoIP) telewizja (IPTV) połączenie hotspotów Wi-Fi z centralą połączenie wierz przekaźnikowych telefonii komórkowej mobilna telewizja centra zarządzania kryzysowego i numery awaryjne (112) zastąpienie światłowodów

29 Co to jest WiMAX Forum? WiMAX Forum jest organizacją powstałą w roku 2001, zrzeszającą ponad 230 członków (wielkich potentatów telekomunikacyjnych, producentów sprzętu, dostawców usług ł oraz integratorów systemowych) i pracującą na rzecz rozwoju szerokopasmowych sieci bezprzewodowych opartych na standardzie IEEE Organizacja ta została założona przez trzy firmy: NOKIA, Wi-LAN Inc., ENSEMBLE Communications. W chwili obecnej do organizacji należy yp ponad 230 firm, między innymi takie firmy jak: Intel Corporation, Fujitsu Microelectronics America, Atheros, OFDM Forum, Alvarion Ltd., Proxim Corporation. Oprócz promocji standardu WiMAX Forum zajmuje się również testowaniem urządzeń i nadawaniem im certyfikatów kompatybilności.

30 Jaki jest zasięg systemów pracujących w standardzie WiMax? Zasięg urządzeń zgodnych ze standardem WiMax jest funkcją bardzo wielu czynników. W wielu publikacjach podaje się maksymalny zasięg na poziomie 30, a nawet 50 km. Możliwe jest to tylko w przypadku pełnej ł widoczności ś i optycznej obu anten oraz zastosowania zaawansowanych technik antenowych. W rzeczywistości większość implementacji operuje w środowisku NLOS (brak widoczności optycznej) i dlatego też zasięg takich systemów jest mniejszy od teoretycznego.

31 Od czego zależy zasięg urządzeń ą zgodnych ze standardem WiMax? Zasięg WiMax zależy przede wszystkim od zastosowanej modulacji. Wyższe modulacje (np. 64 QAM) nie radzą sobie z narastającym wraz z odległością szumem w kanale i nie są odporne na zakłócenia. Dlatego też, chcąc ą uzyskać maksymalny y możliwy zasięg należy skorzystać z modulacji niższej (np. BPSK czy QPSK), co skutkuje obniżeniem przepustowości. Ponadto wśród czynników redukujących zasięg systemu wymienić można ukształtowanie terenu, obecność drzew, zbiorników wodnych, budynków i innych obiektów powodujących tłumienie lub odbijanie się fali radiowej. W WiMax zastosowano technologię OFDM, która w znacznym stopniu redukuje wpływ tych czynników, jednak nie wyklucza ich całkowicie. Tzw. cień radiowy dużych budynków może powodować obecność w ich pobliżu martwych stref, w których transmisja nie jest możliwa. Dotyka to głównie systemów pracujących w paśmie nielicencjonowanym, gdzie konieczne są ograniczenia mocy sygnału. Zasięg zależy także od częstotliwości pracy urządzenia. Z teorii radiokomunikacji wynika, że im wyższa częstotliwość fali radiowej, tym większe jej tłumienie na drodze do odbiornika.

32 Jakie przepustowości p można osiągnąć ą stosując WiMax? WiMax może osiągać wysokie przepustowości. ośc Teoretycznie etyc e może nawet pracować z przepływnością 54 Mb/s netto na kanał (w kanale o szerokości 14 MHz, modulacja 64QAM). Realnie osiąga się 32 Mb/s netto w aplikacjach z dostępem stałym. ł Należy ż jednak pamiętać, ć że przepustowość zależy od odległości od stacji bazowej, używanej modulacji i jest dzielona przez wielu użytkowników.

33 Czy WiMax jest bezpieczny? Tak. W systemie WiMax zostały zaimplementowane protokoły niespotykane wcześniej w systemach bezprzewodowych. Bezpieczeństwo zapewniają cztery mechanizmy: Autentyfikacja terminala (wymiana certyfikatów w celu uniemożliwienia wejścia do systemu podejrzanym urządzeniom), Autentyfikacja użytkownika (realizowana za pomocą protokołu EAP Extensible Authentication Protocol), Szyfrowanie danych (realizowane za pomocą protokołu DES Data Encryption Standard lub AES Advanced Encryption Standard), Szyfrowanie każdej usługi unikalnym kluczem prywatnym, asocjacja j odmiennym systemem zabezpieczeń.

34 Co to jest ETSI HiperMAN i co ma wspólnego z WiMax? Europejska organizacja ETSI (The European Telecommunications eeco cato sstandards dsinstitute) sttute) tworzy standardy telekomunikacyjne, bardzo zbliżone do amerykańskich, pochodzących z IEEE. HiperLAN odpowiada amerykańskiemu IEEE , HiperMAN zaś ś IEEE Standardy d te uchodzą za jednakowe, różnią się jednak w kilku szczegółach.

35 Czy WiMax współpracuje z Wi-Fi? WiMax i Wi-Fi będą współistniały na rynku, uzupełniając się. WiMax nie został zaprojektowany, by zastąpić dotychczas pracujące sieci lokalne, zbudowane w oparciu o standard Wi-Fi. Sieci miejskie pracujące w standardzie WiMax wesprą jednak Wi-Fi w celu osiągnięcia większych zasięgów i zapewnienia i usług ł dotychczas oferowanych przez Wi-Fi na większym obszarze geograficznym. Należy pamiętać, że Wi- Fi działa jako sieć LAN, WiMax zaś jako MAN. WiMax posiada znacznie wyższy poziom zabezpieczeń i działał będzie w pasmach licencjonowanych, w których nie ma ograniczeń mocy takich jak w paśmie 2.4GHz w którym pracuje Wi-Fi.

36 W jakich pasmach częstotliwościowych ę pracuje WiMax? W chwili obecnej, zgodnie z informacjami dostępnymi na stronie WiMAX Forum, stworzono trzy profile WiMax na różne pasma częstotliwości: 5,8 GHz - nie jest potrzebna licencja - (w Polsce nałożono duże ograniczenia dyskwalifikujące pasmo do potrzeb WiMax); 2,5 GHz - konieczna licencja - (w Polsce niedostępne); 35 3,5 GHz - konieczna licencja. Producenci przymierzają się do wypuszczenia na rynek sprzętu do pracy w pasmach 3,6-3,8 GHz, nieznane są jednak terminy ukończenia tych działań. Przewiduje się także, że w przeciągu 5 lat dostępne będą urządzenia pracujące w paśmie 5,7 GHz, zbliżone do tych, pracujących w paśmie 5,8 GHz. Obecnie możliwa jest praca w paśmie 3,5 GHz, jednak w niektórych obszarach naszego kraju kanałów zaczyna już brakować.

37 WiMAX stacjonarny i nie tylko WiMAX dostarcza stacjonarny, przenośny lub mobilny (bez potrzeby widzenia się ) dostęp stacji klienckiej do stacji bazowej. WiMAX zapewnia pokrycie w promieniu 6 mil (~9,6 km) od stacji bazowej dla połączenia point-to-multipoint, bez widzenia się (NLOS wyjaśnienie na następnym slajdzie). W tym trybie osiągnąć można prędkość ok. 40 Mbps dla dostępu stacjonarnego i przenośnego. Taka komórka jest w stanie zapewnić dostęp dla setek łącz biznesowych T1 i tysięcy ekwiwalentów DSL dla użytkownika domowego

38 WiMAX stacjonarny i przenośny

39 WiMAX mobilny Mobilny WiMAX pozwala na rozwinięcie istniejących już technologii. Na przykład umożliwia nadawanie streamingu video z pędzącego radiowozu lub karetki przy prędkości ponad 110 km/h. Zastępuje komórkową telefonie i transmisję Dodatkowo zapewnia lepszą penetrację budynków i bezpieczeństwo. Mobilny WiMAX zapewni także rozrywkę ę w formie mobilnej telewizji i gier online

40 WiMAX to nie Wi-Fi W prasie czasem można przeczytać, iż WIMAX to "Wi-Fi na sterydach".prawdę mówiąc WiMAx to nawet więcej. WiMAX zapewnia lepszy zasięg i przepustowość niż Wi-Fi (dot b). Usprawniono także QoS oraz bezpieczeństwo. Aby pokryć ten sam obszar i zapewnić tej samej liczby klientów wysokiej jakości usługi trzeba zastosować kilka Access Pointów Wi-Fi, w miejsce których wystarczyłaby jedna stacja WiMAX. Rzecz jasna grupa pracuje nad usprawnieniami wszystkich dziedzin, w których Wi-Fi ustępuje WiMAX owi

41 Do kogo adresowany jest WiMAX? Ze względu na koszty, w chwili obecnej oferta stacji bazowych WiMAX jest kierowana przede wszystkim do operatorów telekomunikacyjnych, a typowy użytkownik prywatny traktowany jest jako potencjalny odbiorca tanich urządzeń abonenckich. Z tego też powodu, prywatny użytkownik nadal skazany jest na urządzenia Wi-Fi, które zresztą całkiem nieźle radzą sobie w zastosowaniach do których zostały stworzone czyli w sieciach LAN. Dlatego też standard Wi-Fi jeszcze długi czas pozostanie niezagrożony. Jednak WiMAX to technologia adresowana nie tylko do dostawców usług dostępu do sieci internet, ale również do wszystkich tych instytucji i przedsiębiorstw, które zainteresowane są tworzeniem sieci o zasięgu miejskim. Sieci tego typu mogą być wykorzystywane w wielu dziedzinach, np. w systemach zabezpieczeń technicznych, monitorowaniu urządzeń pomiarowych i wielu, wielu innych.

42 General Packet Radio Service (GPRS) General Packet Radio Service (GPRS) - technologia, która stosowana jest w sieciach GSM do pakietowego przesyłania danych. Oferowana w praktyce prędkość transmisji rzędu kb/s umożliwia korzystanie z Internetu lub z transmisji strumieniowej audio/video. Nazywany jest często technologią G, ponieważ ż stanowi element ewolucji GSM (jako telefonii komórkowej drugiej generacji) do sieci w standardzie 3G.

43 GPRS - założenia Technologia ma umożliwiać przesyłanie danych pomiędzy dwoma punktami (Point-To-Point) lub rozsyłanie ich do większej ilości odbiorców (Point-To- Multipoint). Do transmisji danych pomiędzy telefonem komórkowym a siecią, operatorzy mogą wykorzystywać istniejącą sieć radiową używaną do transmisji głosu w systemie GSM. Wewnątrz sieci GSM, centrale (MSC) używane do komutowania połączeń ą głosowych nie będą ę ą angażowane w przesyłanie danych. Powstanie niezależna sieć, której elementy będą odpowiedzialne za komutację pakietów i za kontakt z zewnętrznymi sieciami (w tym z Internetem). Elastyczność w kształtowaniu taryf: (cena stała/zależna od czasu połączenia/ilości danych/źródła)

44 GPRS - Zastosowania Na bazie technologii GPRS, operatorzy mogą dostarczać abonentom dodatkowe usługi, takie jak: korzystanie z zasobów Internetu Korporacyjne sieci LAN portale oferowanych przez operatora (np. Era Omnix) programy telewizyjne (np. odcinki Magdy M.w Orange) Dostępne są również WAP, MMS i SMS (chociaż do 2 ostatnich zazwyczaj używa się standardowych technologii GSM)

45 Naliczanie opłat za transmisję Z technicznego punktu widzenia opłaty mogą być naliczane na podstawie: ilości odebranych i przesłanych danych; czasu, w jakim użytkownik był podłączony do sieci GPRS lub do zewnętrznej sieci IP. Częściej stosowane jest pierwsze z powyższych rozwiązań. Elementy sieci GPRS (SGSN i GGSN) generują podczas transmisji tzw. Call Data Records (CDR), które są wysyłane do Billing Center, gdzie są przetwarzane, co ma na koniec okresu rozliczeniowego odzwierciedlenie w wysokości rachunku.

46 Integracja sieci GSM i GPRS: Sieci GSM i GPRS korzystają ze wspólnej sieci radiowej. System stacji bazowych i połączonych z nimi Kontrolerów Stacji Bazowych obsługuje oba rodzaje transmisji (w przypadku GPRS, używane jest dodatkowy hardware -Package Control Unit). Cyfrowy sygnał wysyłany z telefonów dociera poprzez stacje bazowe do ich kontrolera, gdzie jest rozdzielany: sygnał związany z połączeniami głosowymi jest przesyłany do sieci szkieletowej stworzonej na bazie central MSC, a ruch pakietowy przesyłany jest do sieci szkieletowej GPRS. Oba rodzaje sieci szkieletowych rozwijane są niezależnie. Liczba tworzących je węzłów związana jest z ilością połączeń głosowych i natężeniem ruchu pakietowego generowanymi na danym obszarze. Sieć GSM może być skonfigurowana jednak tak, aby istniał interfejs pomiędzy elementami MSC i SGSN. Telefony obsługujące oba rodzaje transmisji nie są w stanie dokonywać tego jednocześnie. Gdy zostanie ustanowiona transmisja GPRS, rozmowa nie może być w tym czasie zestawiona, ale jeśli akurat ktoś zadzwoni, MSC kontrolujące obszar, na którym jest abonent, poinformuje o tym SGSN odpowiedzialne za transmisję pakietową i informacja ta dotrze do użytkownika. Transmisja będzie mogła być zawieszona na czas rozmowy (taka konfiguracja sieci jest opcjonalna).

47 Architektura GPRS

48 Podział pasma w GSM? Każda ze stacji GSM nadaje i odbiera na kilku (kilkunastu) częstotliwościach. Na każdej z częstotliwości ę cyfrowa transmisja odbywa się ę w 8 cyklicznie powtarzających się szczelinach czasowych. W GSM każdej rozmowie przyporządkowana jest jedna szczelina czasowa. W pierwszej szczelinie czasowej prze koło 0,577 ms przesyłane są bity związane z pierwszą rozmową, w drugiej szczelinie z drugą rozmową itd. Potem cykl ten się powtarza.

49 Prekursor GPRS? Poprzednik GPRS (CSD) zachowywał się jak połączenie głosowe. Na czas sesji zajmował sam całą szczelinę obojętnie czy akurat z niej korzystał czy nie. Mógł przy tym alokować do 4 szczelin na raz.

50 Jak zatem działa GPRS? Na czas transmisji GPRS także, może przydzielić ć terminalowi do 4 szczelin czasowych, ale wprowadzono dodatkowo parametr TFI (Temporary Flow Identity). Dzięki ę niemu w GPRS każda ze szczelin czasowych może zawierać dane z wielu niezależnych transmisji (ponieważ parametr TFI jest 5 bitowy, do jednej szczeliny czasowej może być przyporządkowane maksymalnie 32 użytkowników). Dodatkowo szczelina jest używana tylko podczas transferu danych, a nie jak w przypadku CSD na cały ł czas trwania sesji

51 Ilu szczelin używamy? Ilość szczelin czasowych przeznaczonych dla transmisji w stronę stacji bazowej (Uplink) oraz dla odbierania transmisji wysyłanej przez stację bazową (Downlink) zależy od klasy transmisji wielokanałowej (ang. GPRS multislot class) użytego terminala. Przykładowo Class 10 (4+2, 5), to 10 - klasa multi-slot. 4 - maksymalna ilości slotów (kanałów) wykorzystywanych do odbioru 2 - dotyczy wysyłania danych, 5 - maksymalna ilości slotów, które mogą być wykorzystywane jednocześnie do wysyłania i odbioru danych.

52 Klasy GPRS Klasa A - terminal może jednocześnie obsługiwać transmisje związane z komutacją łączy (klasyczne GSM), jak i z komutacją pakietów (czyli transmisją GPRS). Tego typu terminal musi mieć ć zdublowany układ nadawczo odbiorczy. Klasa B - terminal może włączyć się do sieci jako użytkownik obu rodzajów transmisji (klasycznej GSM i GPRS) oraz nasłuchiwać na odpowiednim kanale radiowym zgłoszenia związanego z GSM lub rozpoczęciem nadawania pakietów GPRS. W momencie, gdy zostanie zestawiony jeden z rodzajów transmisji, możliwości związane z obsługą drugiego rodzaju stają się nieaktywne (aż do przerwania transmisji). Klasa C - terminal może obsługiwać tylko GPRS lub oba rodzaje (GSM i GPRS), ale w tym drugim przypadku podczas włączania do sieci automatycznie lub manualnie jest ustawiany w tryb związany z obsługą tylko jednego rodzaju transmisji. Czyli np. włącza się tylko do sieci GPRS i umożliwia tylko ten rodzaj transmisji. Do tej klasy terminali należą na przykład modemy GPRS na kartach PCMCIA używanych w laptopach.

53 Kodowanie Do celów transmisji GPRS zdefiniowano 4 schematy kodowania (ang. Coding Schema): CS-1, CS-2, CS-3 i CS-4. Poszczególne schematy charakteryzują się różnymi szybkościami transmisji i warunkami, w których mogą być użyte. Tzn. kodowanie według CS-1 umożliwia najwolniejszy transfer, ale umożliwia najlepszą korekcje błędów i w konsekwencji może być stosowane praktycznie wszędzie gdzie istnieje zasięg GSM. Kodowanie CS-4 umożliwia najszybszy transfer, ale jego stosowanie jest ograniczone do obszarów, gdzie siła i jakość sygnału jest najlepsza. Obecnie produkowane terminale GPRS mają zaimplementowane wszystkie schematy kodowania (CS1- CS4). Ich używanie ograniczone jest jednak do tych metod, które mają zaimplementowane stacje bazowe wspomagające w danym miejscu transmisję GPRS. W zależności od używanej przez operatora infrastruktury sieci radiowej, mogą to być CS1-CS2, lub wszystkie cztery metody. Poniżej znajduje się tabelka opisująca szybkość transmisji (w jednej szczelinie czasowej) dla wszystkich metod Przy sprzyjających warunkach (możliwość użycia kodowania CS-4) i przy wykorzystaniu maksymalnej liczby szczelin czasowych (obecnie 4,) szybkość transmisji może osiągnąć około 80 kb/s (4*21.4 kb/s). Szybkość transmisji (kbit/s) CS CS CS CS

54 EDGE ( Enhanced Data rates for Global Evolution ) Technologia EDGE stanowi rozwinięcie technologii GPRS, dzięki bardziej efektywnemu wykorzystaniu GPRS oraz poprawie interfejsu radiowego z nieznacznym wpływem na infrastrukturę obecnej sieci mobilnej. Dodatkowo EDGE poprawia osiągi aplikacji związanych z technologią GPRS.

55 EDGE co usprawniono? EDGE stosuje technologię nieco odmienną od GPRS. Technologia ta nazywa się 8PSK czyli 8-Phase Shift Keying, po polsku nazywana ośmiowarstwowym kluczowaniem fazy. W uproszczony sposób, działa to tak: w technologiach GPRS i EDGE dane są przesyłane impulsowo. W przypadku technologii GPRS każdy implus przenosi 1 bit danych, podczas gdy t h l ii EDGE j d i l

56 Rozbudowa GSM o EDGE EDGE opiera się na współczesnej technologii og GSM i GPRS, co umożliwia pozostawienie obecnie zwymiarowanej i rozplanowanej sieci komórkowej GSM/GPRS. EDGE bazuje na tych samych pasmach częstotliwości, co system GSM. Tak więc przy implementacji nowej technologii EDGE operator nie musi ubiegać się o przydział nowych częstotliwości, tak jak ma to miejsce w przypadku systemu UMTS.

57 W-CDMA ( Wideband Code Division Multiple Access ) W-CDMA jest techniką podziału pasma w sieciach 3G (np. UMTS). Zastępuje odchodzące do historii sieci 2 oraz 25 2,5. Umożliwiają szybsze transmisje danych niż technologie GPRS i EDGE, a także pozwalają prowadzić rozmowy podczas przesyłania ł danych.

58 Zalety technologii WCDMA Technologia WCDMA pozwala na szybsze transmisje danych w sieciach telefonii komórkowej: obecnie do 384 Kb/s. W kolejnych generacjach technologii WCDMA szybkość ta może wzrosnąć nawet do 10 Mb/s. W przypadku telefonów z usługą GPRS albo EDGE nie można ż było ł przesyłać ł ć danych w czasie połączenia głosowego. WCDMA bazuje na odmiennej technologii, która umożliwia utrzymywanie jednocześnie połączenia głosowego i transmisji danych Podobnie jak w przypadku transmisji GPRS i EDGE, płaci się ę przeważnie (zależne od operatora) tylko za ilość przesłanych danych, a nie za czas połączenia,

59 W-CDMA = radio FM? Zasady działania tej technologii można łatwo zrozumieć na przykładzie stacji radiowych. Wszystkie stacje radiowe mają przypisane określone częstotliwości Stacje mogą korzystać z tej samej częstotliwości pod warunkiem, że są od siebie odpowiednio d i oddalone. Na pewno zdarzyło się Wam kiedyś jechać samochodem i słuchać radia, gdy nagle na tej samej częstotliwości ś i zaczęły ł nadawać ć dwie stacje,tak że było słychać wtedy obie na raz. Jest to możliwe, gdy przemieszczasz się w obszarze, w kó którym nakładają się na siebie zasięgi idwóch różnych stacji używających takich samych lub bardzo zbliżonych częstotliwości.

60 Jak więc rozwiązano ten problem? Zwykle zasady działania sieci komórkowych są bardzo podobne. Użytkownik nawiązujący połączenie głosowe jest przypisywany na czas jego trwania do określonego kanału. ł Gdy z kolei chce wysłać ł ć dane przez GPRS, telefon szuka wolnego kanału, którego można użyć. W przypadku technologii WCDMA połączeniom głosowym i transmisjom danych są przypisywane kody, a nie określone kanały częstotliwości. Stąd bierze się nazwa technologii: Wideband Code-Division Multiple Access, czyli szerokopasmowy wielodostęp z podziałem kodowym. Urządzenie odbierające dane zna odpowiedni kod i automatycznie odfiltrowuje wszystkie dane, które nie są nim oznaczone. W ten sposób można znacznie zmniejszyć obciążenie ą sieci i zwiększyć ę bezpieczeństwo przesyłanych danych.

61 UMTS - Universal Mobile Telecommunications System UMTS stanowi kolejny krok w ewolucji (po po 2/2,5G) w dziedzinie przesyłania danych. Jako przedstawiciel "trzeciej generacji" (3G), stanowi on naturalną i logiczną kontynuację dla prawie miliarda użytkowników ż sieci i GSM na całym ł świecie. UMTS jest uważany za jedną z najważniejszych j technologii przełomu wieków, która umożliwi powstanie bezprzewodowego społeczeństwa informacyjnego, głównie poprzez oferowanie taniego oraz szybkiego przesyłania, objętościowo nieporównywalnych do tej pory, danych.

62 Wymowna tabelka GSM GPRS UMTS Przesłanie pliku tekstowego: (300 KB) 4 minuty, 16 sekund 21 sekund 1,2 sekundy Przesłanie pliku muzycznego (5MB) 1 godzina, 12 minut 6 minut 20 sekund Ściągnięcie 3 godziny, minut 60 sekund dużego filmu minut wideo (15 MB):

63 Jak to działa? Zróżnicowane sposoby komunikacji mają zapewnić niezawodną, niezależną od warunków atmosferycznych łączność globalną. Podczas wprowadzania systemów trzeciej generacji przewiduje się hierarchiczny podział obsługiwanego terytorium na różnej wielkości strefy, odmienne pod względem maksymalnego transferu i dopuszczalnej szybkości przemieszczania się abonenta. Koncepcja sieci 3G zakłada, że prędkość transferu radiowego nie spadnie poniżej 144 Kb/s, a na ograniczonych obszarach osiągnie nawet 2 Mb/s. Najmniejszym fragmentem sieci UMTS jest tzw. pikokomórka, obejmująca obszar o promieniu nie większym niż kilkadziesiąt metrów. Rozwiązania takie będą stosowane przede wszystkim w miejscach o bardzo dużym natężeniu ruchu telekomunikacyjnego, takich jak lotniska, biurowce, urzędy czy domy mieszkalne. Większą jednostką systemów trzeciej generacji będzie mikrokomórka (microcell), o zasięgu nie większym niż 1 km od nadajnika. Obejmie obszary miejskie, gdzie jest wielu użytkowników kó - szybkość transmisji będzie zawierać się w przedziale 384 Kb/s - 2 Mb/s. Wraz ze wzrostem odległości od stacji bazowej dopuszczalna prędkość poruszania się użytkownika wzrasta i dla mikrokomórki osiąga już wartość 100 km/h. Zasięgiem ogólnomiejskim (do 40 km) będą dysponowały makrokomórki (macrocells), Obszar kraju natomiast pokryją megakomórki (megacells).

64 Ewolucja od GSM do UMTS Trudno w zasadzie mówić o ewolucji systemu GSM do UMTS, ze względu na olbrzymie różnice obydwu technologii. Jednymi z niewielu elementów struktury, które faktycznie podlegają ewolucji są węzły ł pakietowe SGSN/GGSN oraz centrale MSC. Elementy te stosunkowo łatwo przystosować do współpracy z siecią UMTS. Reszta sieci w zasadzie jest do wymiany Zapotrzebowanie na przepustowość systemu UMTS jest tak duże, że wymaga niemal nowej sieci transmisyjnej. Część radiowa systemu czyli stacje bazowe NodeB oraz ich sterowniki RNC, nie mają nic wspólnego z GSM, przez co stają się po prostu nową siecią i radiową. Oczywiście warunkiem koniecznym udanej ewolucji, jest przenoszenie połączeń pomiędzy obydwoma systemami, co w dzisiejszych wersjach obydwu systemów już jest dostępne w formie podstawowej. Lada dzień ń będą również ż dostępne "service based handovers", które będą umożliwiały przenoszenia połączeń zależne od aktualnie wykorzystywanej usługi.

65 Zapewnienie mobilności W sieci UMTS potrzeba dokonania zmiany stacji bazowej (handover) wynika z konieczności zapewnienia użytkownikowi systemu mobilności. Dokonuje się to, poprzez utrzymywanie kilku najlepszych połączeń radiowych tj. połączeń radiowych z tymi komórkami, których sygnał odebrany przez terminal jest najlepszy. Maksymalna liczba połączeń radiowych najczęściej wynosi 3. Kryteria brane pod uwagę w procesie podejmowana decyzji o zmianie stacji to: jakość sygnału kanału pilota i poziom sygnału kanału pilota

66 Sterowanie mocą Generalna idea przyświecająca sterowaniu mocą polega na utrzymaniu mocy emitowanej tuż powyżej wartości, która zapewnia że połączenie realizowane jest z odopowiednią jakością obsługi (QoS). W odróżnieniu od systemów FDMA, które działają poprawnie gdy emisje użytkowników są ograniczona pasmowo, CDMA działa należycie gdy ograniczone są interferencje między emisjami użytkowników. Nadawanie ze zbyt dużą mocą zmniejsza zatem pojemność systemu. Sterowanie mocą pomaga zmniejszyć interferencje między użytkownikami a tym samym maksymalnie wykorzystać pojemność systemu. W UMTS steruje się mocą kanałów zarówno w górę jak i w dół. Sterowanie mocą odbywa się przy pomocy trzech mechanizmów: sterowanie mocą w otwartej pętli (Open Loop Power Control) używane do dopasowania mocy łącza w górę. Celem jest by wszystkie UE realizujące połączenia z tym samym QoS odbierane były w Node B z równą mocą. UE steruje swoją mocą bazując na pomiarach poziomu sygnału w kanale CPICH (gdy UE jest w trybie uśpionym) lub PRACH. Mechanizm jest mało dokładny gdyż sterujemy mocą nadawaną na pewnej częstotliwości wnioskując z się w komórkach należących do jego obszaru przydziela Node B dopuszczalne poziomy mocy. sterowanie mocą w pętli zamkniętej ( Closed Loop Power Control ) sterowanie mocą w pętli zewnętrznej ( Outer Loop Power Control )