Bezprzewodowe sieci LAN

Bezprzewodowe sieci LAN Bezprzewodowe sieci LAN Klasyfikacja i przegląd Józef Woźniak Katedra Teleinformatyki Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej

Wymagania stawiane systemom transmisji danych Wzrost szybkości przekazu Poprawa jakości transmisji Wspieranie uŝytkowników mobilnych ZróŜnicowanie jakości obsługi róŝnych klas ruchu i czas przekazu Wideo TECHNOLOGIE ROZWIJAJĄ SIĘ POD WPŁYWEM RYNKU

Rynek sieci bezprzewodowych Popularyzacja: 10 krotny spadek cen w ciągu ostatnich 3 lat, Nowe technologie: UWB WiMAX Nowe usługi: ugi: ABC Nowe zastosowania: mobilne płatnop atności

Ponad 300 instalacji w obszarze 3 km 2.

Zalety sieci bezprzewodowych Mobilność swoboda poruszania Elastyczność i skalowalność łatwa modyfikacja; niewielkie koszty rozbudowy Szybkość i prostota instalacji - brak konieczności układania kabli Redukcja kosztów

Wady technologii bezprzewodowych Niewielkie przepływności mała szybkość transmisji ograniczone pasmo, silne tłumienie sygnału i rozpraszanie energii, szumy i zakłócenia zewnętrzne, wielodrogowość Niski poziom bezpieczeństwa podsłuch, celowe zakłócenia, nieautoryzowany odbiór, nieokreślony zasięg sieci

Klasyfikacja sieci bezprzewodowych Osobiste (Pesonal Area Networks PAN), Lokalne (Local Area Networks LAN), Metropolitalne (Metropolitan Area N. MAN), Rozległe (Wide Area Networks WAN), Regionalne (Regional Area Networks RAN), ZłoŜone: one: Homogeniczne, Heterogeniczne.

Klasyfikacja technologii sieci bezprzewodowych

Sieci WPAN SłuŜą wzajemnej komunikacji urządze dzeń na odległość do kilku metrów. Mogą zostać uŝyte do: Łączenia ze komputerem urządze dzeń peryferyjnych, Komunikacji między osobistymi urządzeniami elektronicznymi (np. telefonem komórkowym i zegarkiem), Wymiany danych pomiędzy urządzeniami osobistymi i infrastrukturą otoczenia (np( np. palmtopem i samochodem).

Wizja sieci osobistej WPAN (Wireless Personal Area Network)

Sieci WLAN Zapewniają łączno czność bezprzewodową na odległość do 30 300 m. Znane sąs przypadki komunikacji na odległość kilkudziesięciu kilometrów. Mogą słuŝyć jako: sieci dostępowe, łącza punkt-punkt, punkt, sieci lokalne peer-to to-peer.

Sieci WMAN Pozwalają na transmisje na maksymalną odległość od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. Są wykorzystywane jako: sieci dostępowe, sieci szkieletowe, awaryjne systemy łączno czności. ci.

ZłoŜone one sieci bezprzewodowe Systemy heterogeniczne integracja sieci, integracja usług. ug. WMAN BS Intersieć Rozległa sieć szkieletowa (WAN) Sieci satelitarne Sieci homogeniczne korporacyjne sieci dostępowe, osobiste, lokalne i metropolitalne sieci mesh. WLAN AP WPAN PDA Laptopy Telefony Sieci komórkowe (WWAN)

WPAN WPAN Wireless Personal Area Network bezprzewodowa sieć osobista Dostęp p do danych i usług ug oferowanych przez urządzenia w bezpośrednim otoczeniu Technologie: Bluetooth IrDA UWB RFID NFC ZigBee

WLAN/WPAN rys historyczny

Bluetooth Bluetooth IEEE 802.15.1 Wersja 1.2: 1 Mb/s modulacja GFSK Wersja 2.0: 2 Mb/s modulacja /4-DQPSK 3 Mb/s 8DPSK, wsparcie technologii NFC Wersja 2.1: Przyszłość ść: kanały rozgłoszeniowe oszeniowe,, zarządzanie topologią, alternatywne rozwiązania zania warstwy fizycznej i łącza danych

Bluetooth/IEEE 802.15.1 Bluetooth Core Specification Version 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate) listopad 2004 - wprowadzenie większej szybkości transmisji danych 2.1 Mb/s pod nazwą EDR (Enhanced Data Rate) - skrócenie czasów odpowiedzi urządzeń - zmniejszenie zuŝycia energii o połowę - zmniejszenie BER (Bit Error Rate) - zwiększenie moŝliwości tworzenia połączeń grupowych pomiędzy wieloma uŝytkownikami

IrBURST IrDA transmisja mediów w cyfrowych zdjęcia, muzyka, filmy krótkotrwa tkotrwała a transmisja (rzędu kilkunastu sekund) wysoka przepływno ywność (100 Mb/s, w przygotowaniu do 500 Mb/s) IrFM Infrared Financial Messaging płatności takie jak bony, kupony, mikropłatno atności IrSC Simple Connect transmisja ciągła a zdjęć cyfrowych do telewizorów, w, projektorów

UWB UWB Ultra Wide Band DS-UWB Direct Spectrum UWB transmisja w bardzo szerokim pasmie (3,1 4,85 GHz i 6,2 9,7 GHz) przepływno ywność 28 1320 Mb/s (obecnie 200 Mb/s) MB-OFDM Mulit Band OFDM pasmo podzielone na podzakresy o szerokości 528 MHz transmisja realizowana na częś ęści podzakresów w (3 14) kaŝdy podzakres podzielony na 128 podkanałów o szerokości 4,125 MHz,, w którym stosowana jest modulacja OFDM przepływno ywność 53 480 Mb/s zastosowania: transmisja danych multimedialnych

UWB (Ultra Wide Band)/IEEE 802.15.3a Platforma dla przyszłych zastosowań - Wireless USB - UPnP - FireWire zasięg kilka metrów szybkość transmisji do 480 Mb/s (HR-WPAN) problemy ze standaryzacją dwie koncepcje DS-UWB i MB-OFDM

RFID RFID Radio Frequency Identification transmisja danych identyfikacyjnych towarów rodzaj asortymentu, numer partii identyfikatory mogą być pasywne lub aktywne zastosowanie w transporcie, spedycji, produkcji MoŜliwa praca w trzech pasmach < 100 MHz > 100 MHz UHF (868 954 MHz)

NFC NFC Near Field Communication rozwinięcie technologii RFID praca w nielicencjonowanym paśmie 13,56 MHz komunikacja urządze dzeń w odległości 0 20 cm przepływno ywność 106 424 kb/s aplikacje zbliŝone do IrFM mikropłatno atności,, identyfikacja, wiadomości tekstowe

NFC (Near Field Communications) Rozwiązanie skierowane do konsumentów elektroniki uŝytkowej Proponowane są 4 grupy rozwiązań uŝytkowych Touch and Go - bilety, wejściówki Touch and Confirm - transakcje na hasło Touch and Connect - transfer danych Touch and Explore - wybór informacji

NFC e-bilet 802.11 promocje 120,78zł NFC zapłata NFC konfiguracja SKLEP 802.16 reklamy

NFC (Near Field Communications) Urządzenia NFC pracują w paśmie 10.56 MHz i oferują szybkości przekazu 106, 212 i 424 kb/s Po utworzeniu połączenia (zbliŝenie urządzeń na odległość 0-20 cm) dalsza wymiana moŝe być prowadzona zgodnie z zasadami Bluetooth bądź IEEE 802.11

IEEE 802.15.4 praca ukierunkowana w stronę oszczędno dności energii przepływno ywność rzędu 250 kb/s zastosowania: rozproszony monitoring (sieci sensorowe typu ad hoc hoc) automatyka domowa (sterowanie urządzeniami powszechnego uŝytku) u

Przykład sieci WPAN WLAN WPAN

Sieć LR-WPAN - Pasma częstotliwości i szybkości pracy: 860 868.6 MHz - 20 kb/s 902 928 MHz - 40 kb/s 2405 2483.5 MHz - 250 kb/s - Sieci sensorowe o niewielkiej przepływności, charakteryzująca się bardzo niskim poborem energii oraz nieskomplikowaną i tanią budową (wymiana baterii co 6-24 miesiące) - Standard zaprojektowany do obsługi aplikacji krytycznych czasowo: - czas rejestracji urządzenia 100 razy krótszy niŝ w Bluetooth - czas reakcji 200 razy krótszy niŝ w Bluetooth ZigBee/IEEE 802.15.4

rozwinięcie standardu IEEE 802.15.4 w kierunku warstw modelu OSI wyŝszych niŝ 2 kontrola topologii sieci ZigBee

Aplikacje WPAN niska przepływno ywność wysoka przepływno ywność

Porównanie sieci WPAN IrDA Bluetoot h UWB ZigBee NFC Maksymalna przepływność 16 MB/s 2.1 MB/s 480 Mb/s 250 kb/s 424 kb/s Maksymalny zasięg < 2 m < 70 m 10m @ 110 Mb/s 4m @ 200 Mb/s < 30 m < 20 cm Pasmo światło 868 MHz 850-900 nm 2.4 GHz 3.1 10.6 GHz 915 MHz 2.4 GHz 13.56 MHz

Hotspoty Miejsca uŝyteczności publicznej np. kawiarnie, biblioteki, hotele, centra kongresowe, itp.

Technologia WiFi (IEEE Do niedawna: 802.11) Zasoby: przepływno ywność do 54 Mbps. Efektywność ść: dostęp p rywalizacyjny i opcjonalny tryb dostępu kontrolowanego (PCF). Zasięg: : 50-300 m (sieci dostępowe powe: : 20-40 m, łącza PtP: : 10+ km). Niezawodność ść: zawodne. Bezpieczeństwo stwo: fałszywe. Zarządzanie dzanie: Brak mechanizmów w monitoringu i zarządzania. Quality of Service: : Brak mechanizmów QoS. Brak wsparcia dla tworzenia systemów w złoŝonych. z onych.

Standard IEEE 802.11 IEEE 802.11 - THE WLAN STANDARD was original 1 Mbit/s and 2 Mbit/s,, 2.4 GHz RF and IR standard (1997). IEEE 802.11a - 54 Mbit/s,, 5 GHz standard (1999, shipping products in 2001) IEEE 802.11b - Enhancements to 802.11 to support 5.5 and 11 Mbit/s (1999) IEEE 802.11e - Enhancements: QoS,, including packet bursting (2005) IEEE 802.11g - 54 Mbit/s,, 2.4 GHz standard (backwards compatible with b) (2003) IEEE 802.11i - Enhanced security (2004) IEEE 802.11k - Radio resource measurement enhancements (proposed - 2008?) IEEE 802.11n - Higher throughput improvements using MIMO (multiple input, multiple output antennas) (September 2008) IEEE 802.11p - WAVE - Wireless Access for the Vehicular Environment (such as ambulances and passenger cars) (working - 2009?) IEEE 802.11r - Fast roaming Working "Task Group r" - 2007? IEEE 802.11s - ESS Extended Service Set Mesh Networking (working - 2008?) IEEE 802.11T - Wireless Performance Prediction (WPP) - test methods and metrics Recommendation (working - 2008?) IEEE 802.11u - Interworking with non-802 networks (for example, cellular) (proposal evaluation -?) IEEE 802.11v - Wireless network management (early proposal stages -?) IEEE 802.11w - Protected Management Frames (early proposal stages - 2008?) IEEE 802.11-2007 2007 - A new release of the standard. Includes amendments a, b, d, e, g, h, i & j. (July 2007)

WiFi/IEEE 802.11

IEEE 802.11

Bezprzewodowe sieci LAN Bezprzewodowe sieci LAN Ogólna charakterystyka Józef Woźniak Katedra Teleinformatyki Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej

Pasma częstotliwo stotliwości systemów w radiowych i optycznych AM radio S/W radio TV FM radio TV GSM Pasmo ISM 902 928 MHz 2.4 2.4835 GHz 5.725 5.785 GHz LF MF HF VHF UHF SHF EHF 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 10km 1km 100m 10m 1m 10cm 1cm 100mm ν λ ν 1 khz 1 MHz 1 GHz 1 THz 1 PHz 1 EHz IR Prom. X widzialne UV Prom. Gamma Charakterystyki propagacyjne są odmienne w poszczególnych pasmach częstotliwości

Pasma nielicencjonowane (USA) λ 33cm 12cm 5cm 26 MHz 83.5 MHz 125 MHz 902 MHz 928 MHz 2.4 GHz 2.4835 GHz 5.725 GHz 5.850 GHz Bezprzewodowe telefony baby monitors WaveLan 802.11b Bluetooth mikrofalówki 802.11a

Systemy radiowe: Radiowe Sieci LAN (RLAN) Zalety: Wykorzystywanie pasm nielicencjonowanych => głównie: 2.4 2.48 GHz, 5.1-5.3 GHz Łatwy dostęp do kanału i zasobów sieci MoŜliwość komunikacji z/pomiędzy uŝytkownikami ruchomymi Łatwość rozbudowy Prostota instalacji bez konieczności okablowywania Skalowalność sieci MoŜliwy duŝy zasięg Wady: Ograniczoność pasma Wymagane dodatkowe wyposaŝenie sprzętowe DuŜe wymagania odnośnie kompatybilności elektromagnetycznej DuŜe rozpraszanie energii, wysoki poziom zakłóceń

Jednokomórkowa sieć WLAN ad-hoc obligatoryjna organizacja sieci moŝliwa transmisja wyłącznie w trybie asynchronicznym BSS grupa stacji w komórce BSA obszar obsługi komórki BSS (Basic Service Set) BSA (Basic Service Area)

Wielokomórkowa sieć WLAN o stałej architekturze DS (Distribution System) sieć dystybucji informacji (przewodowa lub bezprzewodowa) AP (Access Point) punkt dostępu AP (Access Point) punkt dostępu BSS 1 BSS 2 BSA 1 BSA 2 moŝliwa transmisja zarówno w trybie asynchronicznym jak i synchronicznym

Przemieszczanie się stacji pomiędzy komórkami Analogia do telefonów komórkowych Nieprzerwana komunikacja Roaming Wybór najsilniejszego sygnału

Optyczne Sieci LAN (OSLAN) Systemy optyczne z zakresu podczerwieni: Zalety: Szeroki uŝytkowy zakres widma - nawet do 200 THz Niewielkie lub Ŝadne zaniki sygnałów wynikające z wielodrogowości transmisji Wysoka odporność na interferencje elektromagnetyczne Wady: DuŜa wraŝliwość na zakłócenia z zakresu promieniowania widzialnego Wysoka tłumienność jednostkowa (od 1 do 10 db/km) Niewielki zasięg sygnałów

Bezprzewodowe sieci LAN Bezprzewodowe sieci LAN ZagroŜenia bezpieczeństwa i modele propagacji w WLAN Józef Woźniak Katedra Teleinformatyki Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej

Krótka charakterystyka systemów bezprzewodowych Systemy łączności bezprzewodowej wykorzystują wspólny kanał transmisyjny. Wzrost przepustowości w systemie WLAN jest trudniejszy niŝ w sieci przewodowej. Na propagację w systemie WLAN wpływ mają: Tłumienie spowodowane opadami czy przeszkodami Refrakcja Dyfrakcja Odbicia W WLAN (Wireless Local Area Network) wykorzystuje się dwa rodzaje mediów transmisji bezprzewodowej: Promieniowanie optyczne z zakresu poczerwieni Fale radiowe

Ilustracja podstawowych zagroŝeń bezpieczeństwa w sieci WLAN a. Przypadkowe zakłócenie/interferencja (interference) T R b. Nieautoryzowany odbiór/podsłuch (interception) c. Celowe zakłócenie lub nieautoryzowany dostęp (falcification) T a) b) R T R c)

Propagacja w kanale radiowym W kanale radiowym obserwujemy róŝne zjawiska, które w znaczący sposób wpływają na charakterystykę kanału. Są to: odbicia sygnału radiowego, dyspersja (rozpraszanie) sygnału, ugięcie (dyfrakcja) sygnału, wielodrogowość propagacji, zjawiska związane z efektem Dopplera.

Propagacja sygnału w wolnej przestrzeni Model propagacji w wolnej przestrzeni uŝywany jest do oceny mocy sygnału w warunkach istnienia linii bezpośredniej widoczności (LOS Line-Of-Sight): łączność satelitarna, transmisja typu punkt-punkt.

Propagacja sygnału w kanałach rzeczywistych Propagacja w kanałach rzeczywistych, róŝni się znacznie od propagacji w wolnej przestrzeni. Moc odebrana P r maleje proporcjonalnie do 1/d α, gdzie 2<α<5 zaleŝy od środowiska propagacyjnego Większe tłumienie sygnału związane jest ze zjawiskami, których nie uwzględniono w przypadku wolnej przestrzeni, a których nie moŝna pominąć.

Propagacja, a uwarunkowania środowiskowe Zasięgi radiowe w przykładowych materiałach: 1. Powietrze (brak przeszkód) 2. Drewno (ścianka działowa, parkiet) 3. Cegła (ścianka działowa, wysoki mur) 4. Tworzywa sztuczne (pleksi, panele) 5. Szkło (szyby, ścianki działowe) 6. Kamień (posadzka, ściana) 7. Cement (podłoga, ściana) 8. Szyba hartowana (okna) 9. Metal, Ŝelbeton (drzwi, stropy, ściany)

Wielodrogowość

Dyspersja sygnału Propagacja wielościeŝkowa h c ( t) = K 1 k = 0 α δ ( t k τ ) k α k waga trasy z uwzględnieniem wartości energetycznych τ 0 = 0 znormalizowane względne opóźnienie na trasie bezpośredniej Powstawanie interferencji międzysymbolowych (inter-symbol interference ISI) Narzut opóźnienia powodujący interferferencje w środowiskach miejskich jest rzędu 40ns 200ns Tłumienie niektórych częstotliwości zjawisko zaniku

Interferencje międzysymbolowe Wysłana sekwencja (101101) Sygnał odebrany