Postępy w standaryzacji i analiza kierunków rozwoju pakietowych sieci bezprzewodowych K. Gierłowski
Ponad 300 instalacji w obszarze 3 km 2.
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), Złożone: Homogeniczne, Heterogeniczne.
Sieci WPAN Służą wzajemnej komunikacji urządzeń na odległość do kilku metrów. Mogą zostać użyte do: Łączenia ze komputerem urządzeń peryferyjnych, Komunikacji między osobistymi urządzeniami elektronicznymi (np. telefonem komórkowym i zegarkiem), Wymiany danych pomiędzy urządzeniami osobistymi i infrastrukturą otoczenia (np. palmtopem i samochodem).
Sieci WLAN Zapewniają łączność bezprzewodową na odległość do 30 300 m. Internet Znane są przypadki komunikacji na odległość kilkudziesięciu kilometrów. Mogą służyć jako: sieci dostępowe, łącza punkt-punkt, sieci lokalne peer-to-peer. Poczta Pliki Sieć wewnętrzna Komunikacja Zarządzanie Internet
Sieci WMAN Pozwalają na transmisje na maksymalną odległość od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. Oferują zaawansowane możliwości zarządzania. Koszt urządzeń znacząco większy od urządzeń WLAN. Są wykorzystywane jako: sieci dostępowe, sieci szkieletowe, awaryjne systemy łączności.
Złożone sieci bezprzewodowe Systemy heterogeniczne integracja sieci, integracja usług. BS Intersieć Rozległa sieć szkieletowa (WAN) Sieci satelitarne WMAN 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 do danych i usług oferowanych przez urządzenia w bezpośrednim otoczeniu Technologie: Bluetooth IrDA UWB RFID NFC ZigBee
WLAN/WPAN rys historyczny
IrDA IrBURST transmisja mediów cyfrowych zdjęcia, muzyka, filmy krótkotrwała transmisja (rzędu kilkunastu sekund) wysoka przepływność (100 Mb/s, w przygotowaniu do 500 Mb/s) IrFM Infrared Financial Messaging płatności takie jak bony, kupony, mikropłatności IrSC Simple Connect transmisja ciągła zdjęć cyfrowych do telewizorów, 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) przepływność 28 1320 Mb/s (obecnie 200 Mb/s) MB-OFDM Mulit Band OFDM pasmo podzielone na podzakresy o szerokości 528 MHz transmisja realizowana na części podzakresów (3 14) każdy podzakres podzielony na 128 podkanałów o szerokości 4,125 MHz, w którym stosowana jest modulacja OFDM przepływność 53 480 Mb/s zastosowania: transmisja danych multimedialnych
NFC NFC Near Field Communication rozwinięcie technologii RFID praca w nielicencjonowanym paśmie 13,56 MHz komunikacja urządzeń w odległości 0 20 cm przepływność 106 424 kb/s aplikacje zbliżone do IrFM mikropłatności, identyfikacja, wiadomości tekstowe
IEEE 802.15.4 praca ukierunkowana w stronę oszczędności energii przepływność rzędu 250 kb/s zastosowania: rozproszony monitoring (sieci sensorowe typu ad hoc) automatyka domowa (sterowanie urządzeniami powszechnego użytku)
ZigBee rozwinięcie standardu IEEE 802.15.4 w kierunku warstw modelu OSI wyższych niż 2 kontrola topologii sieci
ZigBee Certification ZigBee Certified Product ZigBee Certified Platform Coexistence Testing Private application profiles Compatibility Testing Public application profiles ZigBee Application Layer ZigBee Application Layer ZigBee Application Layer ZigBee Network Layer ZigBee Network Layer ZigBee Network Layer PHY & MAC layers (IEEE 802.15.4) PHY & MAC layers (IEEE 802.15.4) PHY & MAC layers (IEEE 802.15.4)
ZigBee
Aplikacje WPAN NISKA PRZEPŁYWNOŚĆ WYSOKA PRZEPŁYWNOŚĆ PIM, zdalne sterowanie Bluetooth, ZigBee identyfikacja, monitoring, usługi płatnicze ZigBee, NFC, RFID intergracja różnych rozwiązań NFC transmisja zdjęć, muzyki Bluetooth dane multimedialne bezprzewodowe wyświetlacze, drukarki, precyzyjna lokalizacja UWB
Technologia WiFi (IEEE 802.11) Do niedawna: Zasoby: przepływność do 54 Mbps. Efektywność: dostęp rywalizacyjny i opcjonalny tryb dostępu kontrolowanego (PCF). Zasięg: 50-300 m (sieci dostępowe: 20-40 m, łącza PtP: 10+ km). Niezawodność: zawodne. Bezpieczeństwo: fałszywe. Zarządzanie: Brak mechanizmów monitoringu i zarządzania. Quality of Service: Brak mechanizmów QoS. Brak wsparcia dla tworzenia systemów złożonych.
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 802.11T - Wireless Performance Prediction (WPP) - test methods and metrics recommend. (cancelled) IEEE 802.11-2007 - A new release of the standard. Includes amendments a, b, d, e, g, h, i & j. (July 2007) IEEE 802.11k - Radio resource measurement enhancements (2008) IEEE 802.11n - Higher throughput improvements using MIMO (2009) IEEE 802.11p - WAVE - Wireless Access for the Vehicular Environment (2010) IEEE 802.11r - Fast roaming (2008) IEEE 802.11s - ESS Extended Service Set Mesh Networking (2011) IEEE 802.11u - Interworking with non-802 networks (for example, cellular) (2011) IEEE 802.11v - Wireless network management (2011) IEEE 802.11w - Protected Management Frames (2009) IEEE 802.11-2012: A new release of the standard that includes amendments k, n, p, r, s, u, v, w, y and z (March 2012)
Standard IEEE 802.11 IEEE 802.11aa - Robust streaming of Audio Video Transport Streams (June 2012) IEEE 802.11ad - Very High Throughput 60 GHz (Dec 2012) IEEE 802.11ae - Prioritization of management frames (Mar 2012) IEEE 802.11ac - Very High Throughput <6 GHz (~Feb 2014) IEEE 802.11af - TV Whitespace (~ Jun 2014) IEEE 802.11ah - Sub 1 GHz (~Jan 2016) IEEE 802.11ai - Fast Initial Link Setup (~Feb 2015) IEEE 802.11aq - Pre-association Discovery (~ May 2015)
WiFi dzisiaj (IEEE 802.11-2012) Zasoby: 54 Mbps 300 Mbps. (802.11 a/b/g/n) Bezpieczeństwo: Uwierzytelnianie i silna ochrona kryptograficzna. Rozszerzalna architektura systemu zabezpieczeń. (802.11 i/m) Quality of Service: priorytyzacja, dostęp z rezerwacją, transmisje bezpośrednie, transmisje typu burst. Efektywność: dostęp rywalizacyjny z opcją odstępu kontrolowanego. Zarządzanie: wiele rozwijanych standardów (k, s, v, m) Kontrolery sieci bezprzewodowych i punkty dostępowe typu LWAPs. Niezawodność: bez zasadniczych zmian, lecz obecność mechanizmów monitoringu i zarządzania umożliwia stabilną pracę. Metodologia testowania i certyfikacji urządzeń: Best practice 802.11T Tworzenie systemów złożonych: wiele rozwijanych standardów (d, p, r, s, u).
Ewolucja metod transmisji w sieciach WiFi 802.11 1997 802.11b 1999 802.11a 1999 802.11g 2003 pasmo 2,4 GHz 802.11n 2007 pasmo 5 GHz Standard Efektywność wykorzystania pasma [b/s/hz] IEEE 802.11 0,1 IEEE 802.11b 0,55 IEEE 802.11a/g 2,7 IEEE 802.11n 3,61 IEEE 802.11ac 5,42 IEEE 802.11ad 3,0
802.11e Quality of Service Definiuje 2 metody dostępu: EDCA Dostęp rywalizacyjny. 4 klasy ruchu (TC). HCCA Dostęp kontrolowany. Klasy ruchu (TC) i strumienie ruchu (TS). Informacja zwrotna o długości kolejek u klientów. Możliwe jest wysyłanie grup ramek. Kilka trybów potwierdzania ramek. Piggybacking przenoszenie ramek potwierdzeń w innych ramkach kontrolnych.
802.11 i/m - Bezpieczeństwo Elementy bezpieczeństwa: Uwierzytelnianie wzajemne protokół EAP. Poufność koder AES w trybie CTR. Integralność koder AES w trybie CBC. Mechanizm generacji i bezpiecznej wymiany kluczy oparty na protokole EAP. Opracowywany dodatek 802.11m ma rozszerzyć zabezpieczenia na ruch kontrolno-zarządzający sieci.
Łatwość wdrożenia PAP CHAP EAP EAP Extensible Authentication Protocol EAP jest platformą pozwalającą na: uzgodnienie wspólnego zbioru mechanizmów uwierzytelniania, przeprowadzenie procesu uwierzytelniania. Umożliwia łatwą integrację nowych mechanizmów. Niektóre mechanizmy oferują dodatkową funkcjonalność np. wymianę materiału kryptograficznego. MD5 TLS TTLS EAP 802.1X PPP 802.11 EAP-OPEN EAP-MD5 PEAP LEAP MS-CHAPv2 802.3 EAP-FAST PEAP EAP-TTLS EAP-TLS Bezpieczeństwo
Szyfrowanie AES Nowoczesny koder zastosowany do ochrony: integralności, poufności, W odróżnieniu od poprzednich rozwiązań, obecne mają charakter kryptograficzny. Nagłówek Dane MIC Integralność (CBC) Poufność (CTR)
802.11T Certyfikacja Udostępnia standaryzowane metody testowania urządzeń WiFi i metryki pomiarowe. Pomiary w kontekście usługi (dane, VoIP, streaming). Metryki: Primary: mające bezpośredni wpływ na poziom usługi (voice quality vs range/network load). Secondary: mające pośredni wpływ na poziom usługi (latency, jitter). Inne: przełączanie, pojemność AP, czas asocjacji Testy: Infrastruktury, Urządzeń klienckich, Systemowe efektywność działania mechanizmów systemów złożonych.
Konfiguracja z centralnym zarządzaniem siecią bezprzewodową Zastosowanie LWAP (LightWeight Acces Points) i kontrolera (Wireless Control System). dynamiczne przydzielanie kanałów. wykrywanie i unikanie interferencji, dzielenie obciążenia, wykrywanie i likwidacja dziur pokrycia. kontrola mocy nadawania. Bezpieczeństwo 802.11i (WPA2), WPA, WEP, 802.1x: PEAP, EAP-TSL, EAP-TTLS, LEAP, VPN: IPSec, L2TP, IDS, RF Security, usługi lokalizacyjne, NAC. Obsługa mobilności. Obsługa QoS (802.11e).
802.11k Monitorowanie RF Pozwala na oszacowanie radiowego środowiska pracy sieci. Pomiary prowadzone są przez AP i stacje robocze. AP mogą zażądać pomiarów od stacji dotyczących dowolnego kanału. Klienci otrzymują raport (site raport) wyliczającym najlepsze dla nich punkty dostępowe. Mierzone parametry: Poziom szumu, Zajętość kanału, Pracujące systemu 802.11 i ich parametry, Lokalizacja urządzeń, Statystyki pracy urządzeń.
Sieci bezprzewodowa z kontrolerem Wireless Network Controller (WNC) lightweight APs (LWAPs) Konfiguracja i zarządzanie systemem za pośrednictwem kontrolera LWAPs ściśle kontrolowane przez WNC (większość funkcji AP realizowana przez WNC) Ruch użytkownika tunelowany do WNC Opcjonalna możliwość wymiany ruchu użytkownika pomiędzy LWAPs a systemem sieciowym (wg polityki określonej przez WNC) LWAP Traffic LWAP Control External network LWAP Configuration Management WNC LWAP
802.11v Zarządzanie siecią Oferuje możliwość kontroli sieci nad urządzeniami klienckimi. Funkcjonalność: sterowanie klientem, wybór AP/sieci, optymalizacja sieci, zbieranie statystyk i monitorowanie, minimalizacja ruchu kontrolnego. Pozwala na: równomierne rozkładanie obciążenia, podnosi bezawaryjność.
IEEE 802.11n Pozwala na wdrażania nowych aplikacji Video distribution, more bandwidth for QoS applications, greater range, higher throughput Większe przepływności (64-600Mbps) A typical 2 transmitter MIMO device supports a 300Mbps data rate when using 40MHz channel 144Mbps data rate when using 20MHz channel Zgodność z wcześniejszymi standardami Support for Legacy a/b/g, e.g. 802.11n AP and a/b/g STAs Support for Mixed Modes e.g. 802.11n AP and a/b/g/n STAs
IEEE 802.11n Layer Improvement Throughput gain PHY Nowe metody kodowania dla modulacji OFDM 54 to 58.5 Mbps Poprawiona funkcja Forward Error Correction 58.5 to 65 Mbps Skrócenie czasu Guard Interval 65 to 72.2 Mbps Łączenie kanałów (channel bonding) 72.2 to 150 Mbps Multipleksacja przestrzenna (do 4 strumieni) 150 to 600 Mbps MAC Potwierdzenia blokowe Metody agregacji ramek: A-MPDU/ A-MSDU Reduced Interframe Space (RIFS) No aggregation 802.11 a/g header Data F C S A C K 802.11 a/g header Data F C S A C K 802.11 a/g header Data F C S A C K 802.11 a/g header Data F C S A C K Aggregation 802.11 n header Data Data FCS - Frame check sequence Data F C S 802.11n header Data ACK Acknowledgement frame BACK Block Acknowledgement frame Data Data F C S 802.11n header Data Data Data F C S B A C K http://www.wireshark.ch/download/cisco_pse_day_2009.pdf
IEEE 802.11n Modulacja i kodowanie MCS Index Number of Streams Modulation Encoding efficiency Throughput (Mbps) Channel 20 MHz Channel 40 MHz 800 ns GI 400 ns GI 800 ns GI 400 ns GI 0 1 BPSK 1/2 6.50 7.20 13.50 15.00 2 1 QPSK 3/4 19.50 21.70 40.50 45.00 4 1 16-QAM 3/4 39.00 43.30 81.00 90.00 7 1 64-QAM 5/6 65.00 72.20 135.00 150.00 15 2 64-QAM 5/6 130.00 144.40 270.00 300.00 23 3 64-QAM 5/6 195.00 216.70 405.00 450.00 31 4 64-QAM 5/6 260.00 288.80 540.00 600.00
IEEE 802.11ac Standard IEEE 802.11ac wprowadza nowa architekturę zarządzania zasobami radiowymi oraz sposoby transmisji celem osiągnięcia większych przepływności oraz stabilności transmisji. Większa szerokość kanału obsługa kanałów 80MHz z opcjonalną obsługą kanałów szerokości 160MHz celem osiągnięcia większych szybkości transmisji niż 802.11n. Gęstsza modulacja zastosowanie modulacji 256-QAM o 4-krotnie większej gęstości konstelacji niż w przypadku 802.11n. Zwiększenie liczby jednoczesnych strumieni MIMO do maksymalnie 8 strumieni (pierwsze oferowane rozwiązania sprzętowe oferują obsługę tylko 3 strumieni). Beamforming celem poprawy stabilności połączeń kształtowanie charakterystyki kierunkowej transmisji, celem poprawy jakości i stabilności połączeń. Multi-user MIMO jednoczesna transmisja do wielu użytkowników w tym samym czasie. Zwiększa całkowitą pojemność systemu oraz efektywność wykorzystania pasma. Możliwa jednoczesna transmisja z jednego AP do 4 klientów z pełną przepływnością.
Frequency Clear-Channel Assessment IEEE 802.11ac stosuje jednokanałowe podejście do wykorzystania dostępnych zasobów radiowych. Wykorzystuje możliwość wyboru szerokości wykorzystywanego kanału z ramki na ramkę. Umożliwia to osiągnięcie maksymalnych możliwych przepływności gdy pasmo RF jest wolne, przy jednoczesnej możliwości ograniczenia używanego pasma RF, gdy jest ono wykorzystywane przez inne urządzenia. chimera.labs.oreilly.com/books/1234000001739/ch03.html#medium_a ccess_procedures Time
IEEE 802.11n vs 11ac 802.11n 802.11ac Frequency band 2,4 oraz 5 GHz 5GHz Bandwidth 20,40 MHz 20, 40, 80, 160 MHz Spatial streams From 1 to 4 from 1 to 8 (per AP) From 1 to 4 (per client) Modulation BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM MU-MIMO (Multi-user MIMO) Max frame size A- MPDU No Yes 65 535 bytes 4 692 480 bytes
IEEE 802.11ac Modulacja i kodowanie MCS index Modulation type Coding rate 20 MHz channels 40 MHz channels 80 MHz channels 160 MHz channels 800 ns GI 400 ns GI 800 ns GI 400 ns GI 800 ns GI 400 ns GI 800 ns GI 0 BPSK 1/2 6.5 7.2 13.5 15 29.3 32.5 58.5 65 1 QPSK 1/2 13 14.4 27 30 58.5 65 117 130 2 QPSK 3/4 19.5 21.7 40.5 45 87.8 97.5 175.5 195 3 16-QAM 1/2 26 28.9 54 60 117 130 234 260 400 ns GI 4 16-QAM 3/4 39 43.3 81 90 175.5 195 351 390 5 64-QAM 2/3 52 57.8 108 120 234 260 468 520 6 64-QAM 3/4 58.5 65 121.5 135 263.3 292.5 526.5 585 7 64-QAM 5/6 65 72.2 135 150 292.5 325 585 650 8 256-QAM 3/4 78 86.7 162 180 351 390 702 780 9 256-QAM 5/6 N/A N/A 180 200 390 433.3 780 866.7 Do 4 strumieni na klienta (przepływność x4). Do 8 strumieni na AP (przepływność x8).
IEEE 802.11ad Wykorzystuje niezagospodarowane częstotliwości w paśmie 60 GHz. Duża przepływność - Very High Throughput (VHT), krótki zasięg (zwykle do 10 m). Wykorzystuje kierunkowość anten i beamforming w celu realizacji transmisji. Zmniejszenie poboru energii. Kontrola nad interferencją z innymi systemami. Umożliwia nowe scenariusze zastosowań 802.11: Wireless Display, In Home Distribution of HDTV and other content, Rapid Upload and Download (Sync) of large files to/from server, Backhaul Traffic (e.g. Mesh, Point-to-Point), Campus / Auditorium deployments, Manufacturing Floor Automation. Definiuje Personal BSS (Basic Service Set) samoorganizującą sieć 1-skokową. Oferuje stabilność połączeń, wysoką przepływność, niskie zużycie energii i minimalizację interferencji z innymi systemami.
60 GHz unlicensed band ~7 GHz nielicencjonowanego pasma @60 GHz 2.4 GHz 5 GHz 60 GHz IEEE 802.11ad: 3-4 kanały, przepływności do 6.75 Gbps Problem: Łącze 60 GHz ma o 55 db (312,000x) gorszy SNR niż analogiczne łącze 2.4 GHz Kierunkowość transmisji jest mechanizmem który umożliwia funkcjonowanie systemu w praktyce BASED ON DANIEL HALPERIN @SIGCOMM2011
Throughput [Gbps] 802.11ad Kierunkowość transmisji 4,5 4 3,5 3 2,5 Narrow Wide Omni 2 1,5 1 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Distance [m] BASED ON DANIEL HALPERIN @SIGCOMM2011
802.11ad Warstwa MAC Dostęp rywalizacyjny i kontrolowany: kontrolowany z centralnym przydziałem i rozgłaszaniem przydziałów czasu transmisji, rywalizacyjny bazuje na dobrze znanym EDCA. Stację mogą zrezygnować z niewykorzystanego czasu. Informacja o dostępności medium musi uwzględniać kierunkowość być osobna dla każdej z par komunikujących się urządzeń. Wykorzystanie RTS/CTS/DTS stacja może aktywnie poinformować o swojej zajętości bez przerywania realizowanej transmisji. W efekcie można uzyskać 90% efektywność wykorzystania czasu w warstwie MAC dla jednostek danych o wielkościach 8/16/64 Kbytes dla odpowiednio 1/2/4 Gb/s. C A B C A B C A - Busy Free B Busy - Free C Free Free - A B
Fast Session Transfer Mechanizm Fast Session Transfer (FST) wprowadzona w 802.11ad umożliwia płynne przełączenie między systemem 60 GHz a systemami 802.11a/b/g/n/ac w przypadku urządzeń z wieloma interfejsami radiowymi. Możliwe jest też tworzenie połączeń równoczesnych. Mobile node IEEE 802.11 2.4 GHz IEEE 802.11 5 GHz Access network IEEE 802.11 60 GHz
IEEE 802.11n / ac / ad 802.11n 802.11ac 802.11ad Date of approval 2009 2014 2012 Frequency band 2,4 and 5 GHz 5GHz 60 GHz Channel width 20,40 MHz 20, 40, 80, 160 MHz 2160MHz Maximum transmission rate 600Mb/s 6,93 Gb/s 6,76 Gb/s Range WLAN WLAN Typically ~10 m. Typical throughput 450 Mb/s 1300 Mb/s 5Gb/s
802.11s Sieci mesh
Wymagania funkcjonalne Most (bridge) 802.1D Jedno / wieloskokowe wykrywanie topologii (sąsiadów) Rozszerzalne wykrywanie tras i przekazywanie ramek Bezpieczeństwo łączy 802.11i Rozszerzenia MAC Autokonfiguracja sieci
Zasięg i niezawodność Znakomite rozwiązanie dla gęstych środowisk sieciowych. Brak konieczności tworzenia i utrzymania infrastruktury przewodowej, za wyjątkiem ograniczonej liczby portali. Znacznie lepsze pokrycie. Pokrycie wielokrotne. W przykładowym budynku biurowym sieć mesh funkcjonuje pomimo losowej dezaktywacji ponad 85% jej węzłów.
Kontrola topologii i wyznaczanie tras Kontrola topologii i zarządzanie pasmem jest krytycznie ważne w sieci mesh szczególnie gęstej. Mechanizmy wyznaczania tras mogą wykorzystywać rzadko spotykane funkcje: Routing wielościeżkowy / rozproszeniowy. Wirtualne łącza dalekiego zasięgu (VBB) do transmisji ruchu tranzytowego.
Zalety sieci 802.11s Poprawia pokrycie terenu. Zmniejsza koszt i ułatwia wdrożenie dzięki rezygnacji z infrastruktury przewodowej. Zapewnia bardzo dobą skalowalność i pojemność sieci. Wprowadza zaawansowane mechanizmy: Autokonfiguracji, Monitorowania i zarządzania, Współpracy sieci w począwszy od warstwy 1 ISO-OSI. Nadmiarowość ścieżek transmisji danych w sieci pozwala na: Uzyskanie dużej niezawodności, Routing wg różnych parametrów, Tworzenie dynamicznych łączy szkieletowych, Stanowi bardzo dobre rozwiązanie dla środowisk gęstych.
Enterprise WLAN Product Evolution 1 st Pre-802.11 2 nd Stand-Alone 3 rd Centralized 4 th Traffic-Optimized 2000-2002 2003-2004 2005-2006 Core controllers Edge controllers Coordinated Single-span channels Overlays Cisco 350 ORiNOCO RoamAbout Basic Connectivity Cisco 1200+SWAN Symbol Aruba, Trapeze, Airespace Central Management Security Meru Networks RF Intelligence High Density QoS Zero Handoff Source: Gartner, Meru Networks
Meru Air Traffic Control Technology Zero Handoff Today s WLAN Meru WLAN Virtual Cell Architecture BSSID = A BSSID = B BSSID = M BSSID = M 01:00 00:00 100ms 3 sec between handoff No Handoff For Client Source: Gartner, Meru Networks
Classic 802.11 Handover Each neighboring AP functions on different channel. Handover procedure: Loss of connectivity handover detection, Scanning channels for new AP (identified by BSSID), Authentication/Association, Connectivity resumption. IEEE 802.11r can be useful for speeding up switching procedures. BSSID B No connectivity No connectivity BSSID A BSSID C
Meru Virtual Cell Each client is assigned unique BSSID on initial connection to the system. Network controller dynamically assigns responsibility for a given client-bssid to physical APs. Handover procedure: Controller decides to perform handover Support of BSSID A is transferred between physical APs There is no connectivity loss. From client s perspective there is no handover ( 0-handoff ). BSSID A BSSID A Wireless Network Controller BSSID A
WMAN: WiMAX WiMAX Wireless Interoperability for Microwave Access handlowa nazwa rodziny standardów IEEE 802.16
MU-MIMO Multiple Input Multiple Output wykorzystanie kilku anten po stronie nadawczej i odbiorczej możliwość zastosowania kodowania przestrzeń czas i multipleksacji przestrzennej
Stacje przekaźnikowe WiMAX Klient RS Klient Stacja przekaźnikowa (RS) Klient Stacja bazowa (BS) Klient Klient Infrastruktura przewodowa Zasoby sieciowe Stacje przekaźnikowe (Relay Stations RS) obsługują użytkowników pracując pod kontrolą stacji bazowej (Base Station BS). Nie wymagają infrastruktury przewodowej. Koszt stacji RS zależny jest od jej typu, lecz znacząco niższy od kosztu stacji BS zarówno koszt instalacji (CAPEX) jak i użytkowania (OPEX). Podstawowym zastosowaniem stacji RS jest zwiększenie zasięgu stacji BS.
Inne zastosowanie stacji RS Poprawa jakości pokrycia np. ciasne ulice, wnętrza budynków, tunele itp. Zwiększenie liczby obsługiwanych użytkowników, w obrębie obecnego zasięgu. Obsługa specyficznych lokalizacji, takich jak: wnętrza pojazdów, tunele, wnętrza budynków. Zmniejszenie interferencji z sąsiednimi systemami. Oszczędność energii terminali mobilnych.
Ewolucja 2G / 2.5G 2G Wireless Network (GSM) Base Station Subsystem (BSS) Network Switching Subsystem (NSS) BTS BSC MSC PSTN T1/E1 Backhaul BSC GMSC HRL/VRL BTS PCU SGSN Internet GGSN SGSN GSM EDGE Radio Access Network (GERAN) GPRS Core Network (GPRS CN) 2.5G Wireless Network (EDGE)
Ewolucja 2.5G / 3G 2.5G Wireless Network (EDGE) GSM EDGE Radio Access Network (GERAN) GPRS Core Network (GPRS CN) BTS T1/E1 Backhaul BSC MSC PSTN PCU SGSN GMSC HLR/VLR NodeB Bonded T1/E1 ATM Backhaul RNC SGSN GGSN Internet UMTS Radio Access Network (UTRAN) 3G Wireless Network (UMTS)
Generic Access Network (GAN) / Universal Mobile Access Fixed-mobile covergence Core-based approach klienci korzystają z usług różnych sieci w zależności od technologii odstępu. Access-based approach klienci korzystają z usług tej samej sieci niezależne od technologii dostępu. IP Multimedia Services (IMS) Pozwala na łatwe tworzenie usług o łatwym dostępie dla zróżnicowanych urządzeń (Interworked-WLAN). Universal/Unlicesed Mobile Access Pozwala na dostęp do usług z użyciem zróżnicowanych technologii sieciowych.
Generic Access Network (GAN) / Universal Mobile Access
Universal Mobile Access
Ewolucja 3G / 4G 3G Wireless Network (UMTS) UMTS Radio Access Network (UTRAN) GPRS Core Network (GPRS CN) NodeB Bonded T1/E1 ATM Backhaul RNC MSC HLR/VLR Services PSTN SGSN GGSN enodeb IP MME PCRF Internet Serving GW PDN GW LTE Evolved UTRAN (E-UTRAN) 4G Wireless Network (LTE/EPC) Evolved Packet Core (EPC)
CALM / WAVE WAVE (Wireless Access for Vehicles) Komunikacja między-pojazdowa z użyciem sieci IEEE 802.11. CALM (Continuous Air interface for Long and Medium distances) Platforma komunikacji bezprzewodowej dla potrzeb pojazdów drogowych. CALM M5 Wykorzystanie WAVE, GSM/UMTS, multiradio w CALM
802.11p WAVE Sieci typu 802.11 spełniają większość wymogów (zasięg, przepływność, QoS, koszt), lecz wymagają dostosowania. Problemem jest szybkość zamiany otoczenia i konieczność realizacji błyskawicznej wymiany wiadomości. Do dyspozycji jest czas krótszy niż czas asocjacji i uwierzytelnienia w 802.11. Dodatek 802.11p wprowadza: WAVE Service Information (WSI) Informacja o usługach Możliwość wymiany danych bez przyłączenia do sieci, WAVE BSS Do uzyskania łączności konieczne jest jedynie przyłączenie do sieci (join), bez uwierzytelnienia (authentication) i asocjacji (association).
CALM Rodzaje komunikacji: Bezpośrednia IPv6/NonIP, Wieloskokowa IPv6/NonIP, Za pośrednictwem Intersieci IPv6.
Usługi CALM Carrier Vehicle Interface łącza pokładowe, zarządzanie flotą pojazdów, kontrole graniczne, techniczne i bezpieczeństwa Opłaty opłaty drogowe, paliwowe, parkingowe, żywnościowe Traffic information informacje o ruchu drogowym, aktualizacje map i oprogramowania, sygnalizacja pojazdów uprzywilejowanych, transmisja audio/video. Vehicle Safety Communication ostrzeżenia o zakrętach, przeszkodach, znakach, prawdopodobieństwie kolizji, wspomaganie kierowania pojazdem. Inne transmisja danych, informacja serwisowa pojazdu.
IEEE 802.21 Przygotowanie przełączenia Wykonanie przełączenia Wyszukanie nowego łącza Zestawienie nowego łącza Przekazanie połączeń Wykrywanie sieci Wybór sieci Negocjacja przełączenia Łączność w warstwie 2 Łączność IP Sygnalizacja przełączenia Przeniesienie kontekstu Przekazywanie pakietów Decyzja o przełączeniu IEEE 802.21 IEEE 802.21 wspomaga decyzję o przełączeniu, wybór sieci i aktywację interfejsu.
Media Independent Information Service Serwer informacyjny 802.21 WLAN Global Network Map WWAN Lista dostępnych sieci 802.11/16/22, GSM, UMTS Informacja warstwy 2 ISO-OSI Neighbor Maps Usługi warstw wyższych ISP, MMS,. WMAN Network Network Type Type SSID/ SSID/ Cell Cell ID ID BSSID BSSID Operator Operator Security Security EAPNW Type NW Channel Channel QoS QoS Physical Physical Layer Layer Data Data Rate Rate GSM GSM GSM 802.11n 802.11b 802.16e 13989 13989 13989 Enterprise Intel NA N/A N/A N/A 00:00: 00:00: NA Oper-1 AT&T AT&T Oper-2 Intel Oper-3 NA NA NA.11i.11i PKM NA NA NA EAP-PEAP EAP-PEAP EAP-PEAP 1900 1900 1900 6 6 11 N/A N/A N/A.11e.11e Yes N/A N/A N/A OFDM OFDM OFDM 9.6 9.6 Kbps kbps 9.6 kbps 100 Mbps 11 Mbps 40 Mbps
Przykład wykorzystania 802.21 Praca na 3G WWAN 3G WWAN Strefa 1 Strefa 2 Strefa 3 Aktywacja Wi-Fi Podłączenie zasilania Uruchomienie WiFi Kontynuacja sesji na WiFi Strefa 4 Strefa 5 Strefa 6 Podłączenie do Wi-Fi Kontynuacja sesji na WiFi Dom Zainicjowane przez operatora przełączenie na WiMAX Kontynuacja sesji na WiMAX Wyłączenie WiFi Utrata łącza WiFi Lotnisko Kontynuacja sesji na 3G WWAN Niski poziom baterii Wyłączenie WiMAX Przełączenie na 3G WWAN Radio Otoczenie State 3G WWAN Wi-Fi WiMAX GPS Strefa 7 WiMAX Strefa 8 WiMAX Strefa 9 IEEE 802.21, SIP, VCC, IMS dla wsparcia wyboru sieci i zachowania 802.21, VCC, IEEE 802.21 SIP, SIP, IMS IMS do do wykrywania do zachowania dostępnych ciągłości usług sieci. (3G (Wi-Fi WWAN WiMAX) Wi-Fi) ciągłości usług przy zamianie technologii (3G Wi-Fi WiMAX)
Wireless RAN (IEEE 802.22) Tworzy: zarządzalną i częściowo samo-konfigurującą sieć, z użyciem wolnych kanałów i częstotliwości ochronnych w paśmie 54-865 MHz. Pojedynczy kanał TV (6-8 MHz) umożliwia transmisję 19 Mbps na odległość 30 km. Możliwe jest łączenie kanałów. Sieć jest: w pełni kontrolowana przez BS, CPE nie nadają bez pozwolenia, wszystkie urządzenia znają swoją lokalizację. Zarządzanie pasmem: Baza danych/lokalizacja podstawa, Lokalne transmisje kontrolne, Rozproszony mechanizm wykrywania weryfikacja i stała kontrola.
802.22 Regional Area Network Stacja bazowa WRAN Przekaźnik WRAN Nadajnik TV Stacja bazowa WRAN Przekaźnik WRAN Typowy zasięg: ~33km Zasięg maksymalny: 100km Stacja bazowa (WRAN BS) Punkt dostępowy WRAN-WLAN lub terminal kliencki
IEEE 802.11af Przy mocy transmisji ~100 mw standard IEEE 802.11af ma być używany jako rozszerzenie zasięgu instalacji WiFi i pozwoli zminimalizować potrzebę przełączeń do sieci komórkowych. Możliwe problemy w koegzystencji z IEEE 802.22.
WiFi-Alliance Passpoint / Hotspot 2.0 Umożliwia uzyskanie szczegółowych informacji na temat sieci WLAN Możliwości technicznych warstw L2/L3, polityki bezpieczeństwa Aktualnego poziomu obsługi Możliwość utrzymania sesji przy przełączaniu się z/do innych sieci (w szczególności komórkowych) Access Network Query Protocol (ANQP) within Generic Advertisement Service (GAS) Protokół funkcjonujący bez asocjacji z siecią. Możliwość uzyskania odpowiedzi z określonym opóźnieniem (delayed response capability / response size prediction) ze względu na ich znaczącą wielkość. Standaryzacja mechanizmów AAA i rozliczeniowych.
Podsumowanie Stały rozwój Zrealizowane Opracowywane Powstają Mechanizmy transmisji danych Quality of service Bezpieczeństwo Monitorowanie Zarządzanie Kooperacja Usługi dedykowane Integracja usług Rozwój bezprzewodowych sieci komputerowych osiągnął poziom pozwalający na ich zastosowanie w systemach produkcyjnych. Prowadzone obecnie prace koncentrują się na: Optymalizacji wykorzystania pasma radiowego, Tworzeniu systemów złożonych, Integracji systemów, Tworzeniu i integracji usług niezależnych od technologii dostępu.