1

11.. UUVVOODD

1.1. Telekomunikacione mreže

Zadatak telekomunikacione mreže je da omogući komunikaciju između udaljenih korisnika.

Iako sam naziv telekomunikacije ukazuje na težnju da se povežu pre svega prostorno udaljeni

korisnici, komunikacioni sistemi mogu povezivati i vremenski udaljene korisnike (poput CD/DVD).

Prilikom prenosa kroz komunikacioni sistem, neophodno je signal predstaviti u fizičkoj

formi pogodnoj za prenos. U zavisnosti od fizičkih karakteristika medijuma koji se koristi za prenos

poruke, neophodno je prilagoditi način na koji se podaci predstavljaju (pisani tekst, elektromagnetni

talas, stanje registara na disku).

1.1.1. Model komunikacije

Slika 1. Model komunikacije

Osnovni model komunikacije predstavljen je na slici - Slika 1. Pošiljalac želi da prenese

neku poruku do primaoca. Da bi se poruka mogla preneti, informacija mora biti predstavljena u

formi razumljivoj primaocu, a prilagođena prenosu kroz komunikacioni kanal koji se koristi. Na

primer, poruka mora biti na jeziku koji oba učesnika u komunikaciji poznaju, a može se preneti

govorom (telefonski), ili u pisanoj formi (elektronskom poštom). Za predstavljanje poruke u

odgovarajućoj formi zadužen je pošiljalac, tj. njegov enkoder. Na prijemnoj strani, mora se izvršiti

dekodovanje poslate poruke, a zatim primalac interpretira tu poruku. Prilikom prenosa poruke,

može doći do smetnji u komunikacionom kanalu (tj. do pojave šuma). Pojava šuma prouzrokuje

moguće greške u prenosu poruke. U pojedinim sistemima, postoji povratna informacija od primaoca

ka pošiljaocu poruke, koja predstavlja odgovor na poslatu poruku, potvrdu prijema i sl.

2

1.1.2. Prenos digitalnog signala

Blok dijagram digitalnog komunikacionog sistema predstavljen je na slici - Slika 2. Izvor

generiše digitalni signal i predstavlja ga u pogodnoj formi, za šta je zadužen koder izvora. Zatim

kriptor (šifrator) vrši kodovanje signala u cilju zaštite podataka, tj. enkripcija podataka. Potom

signal prolazi kroz koder kanala, u kome se vrši takozvano zaštitno kodovanje. Zadatak zaštitnog

kodovanja je da omogući otkrivanje i eventualno ispravljanje greške pri prenosu. Prilikom ovog

procesa dodaje se višak informacija, tj. korisna informacija se proširuje zaštitnim podacima. Na

osnovu dodatih informacija, na prijemnoj strani je moguće proceniti da li je došlo do greške u

prenosu. U određenim slučajevima, moguće je i korigovati određen broj grešaka na prijemu.

Modulator signala ima zadatak da podatke pripremi za slanje na odgovarajućoj frekvenciji i u

odgovarajućem obliku. Prilikom modulacije, korisna informacija se „utiskuje“ u signal koji se

prenosi, tj. na osnovu vrednosti koja se prenosi menjaju se amplituda, frekvencija ili faza signala

koji se prostire kroz kanal.

Na prijemnoj strani, demodulator prvo izvlači korisne informacije iz primljenog signala.

Zatim se nad tim podacima primenjuje proces obrnut u odnosu na proces na predaji: signal prolazi

kroz dekoder kanala, dekriptor i dekoder izvora. Na kraju, do korisnika dospevaju podaci koji su mu

namenjeni.

Slika 2. Blok šema digitalnog komunikacionog sistema

1.2. Internet stvari (Internet of Things)

Iako su počeci telekomunikacija pre svega bili vezani za razvoj sistema koji bi omogućili

komunikaciju ljudi (telegraf, telefon, radio, televizija), vremenom se sve veći udeo saobraćaja

počeo razmenjivati između računara i računarskih procesa. Danas smo svedoci brzog razvoja oblasti

interneta stvari (Internet of Things), tj. razvoja mreža senzorskih i aktuatorskih uređaja, koje svoju

primenu nalaze kako u industriji, medicini i nauci, tako i u sektoru komercijalne elektronike.

1.2.1. OSI model međuračunarske komunikacije

U eri brzog razvoja Interneta, devedesetih godina prošlog veka, pojavila se potreba za

standardizacijom protokola koji se u međuračunarskoj komunikaciji koriste. Cilj regulatornih tela

bio je da se definišu jasno nivoi kroz koje prolaze informacije tokom međuračunarske

komunikacije, odrede funckionalnosti tih nivoa i uspostave standardi za spregu između različitih

3

nivoa. Namera je bila da se omogući kompatibilnost i interoperabilnost opreme različitih

proizvođača, čime bi se postigla veća fleksibilnost za korisnike i uticalo na smanjenje cene

komunikacije.

OSI model međuračunarske komunikacije predstavljen je na slici Slika 3. U ovom modelu,

razlikuje se sedam slojeva kroz koje informacija prolazi na svom putu od predajnika do prijemnika.

Slika 3. OSI model međuračunarske komunikacije

Na aplikativnom sloju, informacije su predstavljene u formi koja je korisniku razumljiva

(slika, ton). Prezentacioni sloj zadužen je za beleženje podatka u određenom formatu, koji se zatim

može pohraniti u memoriji, ili preneti između procesa ili mašina. Sloj sesije zadužen je za

održavanje informacije o komunikacionoj sesiji. Transportni sloj osigurava prenos podataka kroz

sistem i vodi računa o komunikaciji između dva hosta, dok je mrežni sloj zadužen za uspostavljanje

putanje kojom se podaci kroz sistem prenose (rutiranje). Vezni sloj predstavlja podršku fizičkom

sloju, u cilju prenosa podataka između neke dve tačke na putanji. Dok se na fizičkom sloju definišu

oblici signala, vrednosti napona, amplituda i sl., na veznom sloju se reguliše pristup fizičkom sloju

za različite korisnike, vrši kontrola ispravnosti prenosa i sl.

1.2.2. TCP/IP model međuračunarske komunikacije

Iako definisan od strane međunarodnih regulatornih tela, OSI model nikada nije u praksi

zaživeo. Praksa je pokazala da nije potrebno (ili moguće) napraviti jasnu granicu između pojedinih

slojeva, tako da u prvi plan došao TCP/IP model, predstavljen na slici Slika 4. Kod ovog modela,

razlikujemo četiri umesto sedam slojeva. Funkcionalnosti aplikativnog, sloja prezentacije i sloja

sesije grupisane su u okviru istog sloja, koji se u TCP/IP modelom naziva slojem aplikacije.

Transportnom sloju OSI modela odgovara TCP sloj, dok mrežnom sloju odgovara IP (Internet

Protocol) sloj u TCP/IP modelu. Konačno, funkcionalnosti veznog i fizičkog sloja grupisane su u

sloj pristupa mreži.

4

Slika 4. TCP/IP model međuračunarske komunikacije

1.2.3. IoT protokoli

Protokoli koje tipično srećemo u TCP/IP steku namenjeni su, pre svega, komunikaciji

računara opšte namene, kao i prenosu podataka relevantnih za međuljudsku komunikaciju.

Vremenom su performanse računara i odgovarajućih protokola poboljšavane, kako bi se omogućio

prenos multimedijalnih sadržaja u vremenu bliskom realnom.

Slika 5. Web i IoT stek protokola

Sa razvojem IoT aplikacija, pojavljuje se potreba za brzim prenosom informacija među

uređajima koji imaju ograničene resurse na raspolaganju, kako kada su u pitanju potrošnja memorije

i zauzeće procesora, tako i kada je u pitanju napajanje, brzina prenosa i sl. Stoga se razvijaju

protokoli koji su „štedljivi“, koji prenose samo male količine informacija koje su apsolutno

neophodne za funkcionisanje sistema. U ovome trenutku, svedoci smo razvoja različitih tehnologija,

koje nisu međusobno kompatibilne. Standardizaciona tela ne mogu da reaguju dovoljno brzo, koliko

5

to industrija zahteva. Jedan primer poređenja veb i IoT protokola dat je na slici Slika 5. Težnja je da

se na svim slojevima komunikacije protokoli uproste, da korisne informacije budu što konciznije

predstavljene kako bi zauzele što manje memorije. Zbog velikog broja uređaja u IoT mrežama,

koristi se IPv6 adresiranje. Tehnologije koje pojedini proizvođači razvijaju ne prate TCP/IP model,

već pokrivaju više slojeva, poput Zigbee, Z-Wave i sličnih - Slika 6.

Slika 6. IoT protokoli

6

22.. BBEEŽŽIIČČNNEE MMRREEŽŽEE

2.1. Specifičnosti bežičnih mreža

Pod bežičnim mrežama podrazumevamo računarske mreže u kojima se informacija između

terminala prenosi putem elektromagnetnih talasa, najčešće iz radio opsega. Za razliku od

računarskih mreža u kojima je veza između čvorova ostvarena putem kabla, kod bežičnih mreža se

pre svega susrećemo sa većim verovatnoćama greške u prenosu, kao i problemima vezanim za

kontrolu pristupa bežičnom medijumu i interferenciju signala. Naime, u bežičnom kanalu dolazi do

interferencije signala različitih korisnika i mreža. Takođe, dolazi i do propagacije signala

višestrukim putanjama, usled čega se signal na prijemnoj strani može javiti u vidu „eha“, tj. sa

zakašnjenjem i povećanim slabljenjem. Na karakteristike prenosa utiču i objekti koji se mogu naći

na putanji signala, a koji absorbuju ili reflektuju signal.

Prednost bežičnih mreža ogleda se u nižoj ceni montaže, jer nije neophodno postavljati

kablove. Takođe, bežične mreže omogućavaju mobilnost korisnika tokom komunikacije, te

dinamičke promene mrežne topologije usled dolaska novih korisnika, ili odlaska korisnika iz mreže.

Takođe, bežične mreže predstavljaju pogodno rešenje za teško dostupne terene.

2.2. Podela bežičnih mreža

2.2.1. Podela po topologiji

Slika 7. Osnovne mrežne topologije

Osnovne mrežne topologije predstavljene su na slici Slika 7. U pitanju su linijska topologija

(lanac), prsten, magistrala, stablo, zvezda, mrežasta topologija (meš) i potpuni meš. Kod bežičnih

7

mreža najčešće se susrećemo sa point-to-point komunikacijom dvaju tačaka, topologijom zvezde,

stabla i mrežastom topologijom. Topologija mreže uslovljena je i tehnologijom koja se koristi, tako

da se bluetooth obično koristi u point-to-point komunikaciji, dok se WiFi sreće pre svega u

topologiji zvezde, a Zigbee u mrežastoj topologiji.

2.2.2. Podela po arhitekturi

Kod bežičnih mreža, razlikujemo ad-hoc i infrastrukturnu arhitekturu mreže. U ad-hoc

arhitekturi, ne postoji hijerarhija uređaja u mreži. Svi uređaji su međusobno jednaki, sa istim

funkcionalnostima. Kod infrastrukturne topologije, uređaji su hijerarhijski uređeni. U nekom

opštem slučaju, razlikujemo pristupnu tačku (gejtvej), zaduženu za povezivanje bežične mreže sa

globalnom mrežom, zatim uređaje sa sposobnošću usmeravanja saobraćaja, i krajnje uređaje, koji

mogu samo generisati i primati saobraćaj. Infrastrukturna arhitektura mreža sa topologijom zvezde,

stabla i meš topologijom, prikazana je na slici Slika 8.

Slika 8. Infrastrukturna arhitektura mreža različitih topologija

2.2.3. Podela po načinu prenosa

Razlikujemo tri tipa prenosa: broadcast, multicast i unicast. Primena određenog tipa prenosa

zavisi od tehnologije koju treba podržati. Kod broadcast prenosa, ista poruka šalje se svim

čvorovima u mreži – Slika 9. Primenjuje se u radio i TV emisiji.

Slika 9. Broadcast prenos

8

U slučaju multicast prenosa, čvorovi su grupisani u multicast grupe. Isti sadržaj isporučuje se

svim korisnicima koji su u istoj grupi - Slika 10. Koristi se u IPTV i video konferencijama.

Slika 10. Multicast prenos

Kod unicast prenosa, poruka je namenjena tačno određenom korisniku - Slika 11. Ovakav

način prenosa koristi se u celularnim mrežama, VoIP vezi između dva korisnika, i sl.

Slika 11. Unicast prenos

2.2.4. Podela po oblasti pokrivenosti

Prema oblasti pokrivenosti, mreže možemo podeliti na PAN (Personal Area Network), LAN

(Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network) i WAN (Wide Area Network) - Slika 12.

Slika 12. Podela mreža prema oblasti pokrivenosti

9

i) WPAN – Wireless Personal Area Network

Povezuje uređaje na rastojanju nekoliko metara.

802.15.1 – Bluetooth, 802.15.4 – Zigbee, Z-Wave

ii) WLAN – Wireless Local Area Network

Nekoliko desetina do nekoliko stotina metara pokrivenosti.

Obično infrastrukturna arhitektura, u sprezi sa fiksnom lokalnom (eternet) mrežom,

kako bi se omogućio takozvani “nomadski” pristup mreži.

Slaba ili nepostojeća podrška za puno kretanje između različitih pristupnih tačaka.

Kada terminal izađe iz zone pokrivenosti jedne pristupne tačke, potpuno nova

komunikaciona sesija mora da se uspostavi sa novom pristupnom tačkom.

802.11 standard (WiFi)

iii) WMAN – Wireless Metropolitan Area Network

Nekoliko desetina kilometara pokrivenosti.

Često kompanije koriste bežične LAN tehnologije za pravljenje MAN mreža, pri

čemu se posebnim mehanizmima omogućava handover korisnika između oblasti

pokrivenosti različitih pristupnih tačaka (mobilni IP).

802.16 standarad (WiMax)

iv) WWAN – Wireless Wide Area Network

Pokrivaju široka područja od nekoliko stotina kilometara.

Celularne mreže različitih generacija

U ovom kursu, naglasak će biti na WPAN i WLAN tehnologijama. Na slici Slika 13 može se

videti komparativni pregled bežičnih tehnologija, sa stanovišta oblasti pokrivenosti i brzine prenosa.

Slika 13. Oblast pokrivenosti i brzina prenosa

10

2.3. Elektromagnetni talasi

Spektar elektromagnetnih talasa prikazan je na slici Slika 14. Od interesa za bežične mreže

kojima ćemo se baviti tokom ovog kursa je opseg radio signala, sa talasnim dužinama od nekoliko

centimetara, do nekoliko kilometara.

Slika 14. Elektromagnentni spektar

S obzirom na to da je spektar ograničen, postoje kako međunarodne, tako i nacionalne

regulative, kojima se određeni delovi spektra rezervišu za posebne namene (vojska, policija,

radarske službe, mobilna telefonija, televizija, komercijalni radio sadržaji, amaterska radio

komunikacija). Takođe, zakonski su regulisane maksimalne predajne snage uređaja u određenom

opsegu, snaga koja sme da se „prelije“ u susedne opsege i sl. Na raspolaganju za formiranje WPAN

i WLAN mreža su frekvencije iz takozvanih ISM opsega (Industrial, Scientific, Medical), na 900

MHz, 2.4 GHz i 5GHz.

Slika 15. ISM opsezi