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RETI CELLULARIRETI CELLULARIRETI CELLULARI
Docente: Andrea Baiocchi
Dipartimento INFOCOM
Università di Roma “La Sapienza”
E-mail: [email protected]
URL: http://net.infocom.uniroma1.it/corsi/rc/rc.htm
Università di Roma “La Sapienza”
Dip. INFOCOM
Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma “La Sapienza” - Corso di “Reti Cellulari” - A.A. 2004/2005 2
IndiceIndiceIndice
Le reti cellulari
Architettura di una rete cellulare
Coperture cellulari
Le reti cellulari geografiche: il GSM
Architettura generale
Servizi portanti e trasmissione dal punto di vista dell’utente
Accesso radio
Piano di controllo: il trasporto della segnalazione
Gestione delle risorse radio
Gestione della mobilità e della sicurezza
Gestione della comunicazione
Evoluzione del GSM verso la 3G (GPRS, EDGE)
Le WLAN
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Le WLANLe WLANLe WLAN
! Benefici:
Mobilità: gli utenti possono spostarsi continuando ad utilizzare il proprioterminale
Connettività a breve termine: è possibile creare reti ad-hoc, ad esempioper una riunione
Possibilità di installare una rete in situazioni nelle quali il cablaggio èdifficile, ad esempio:
In spazi aperti (parchi, campi sportivi)
In edifici storici
Maggiore robustezza in caso di disastri
! Applicazioni
Reti locali da interno (magazzini, uffici, ospedali, home networks)
Interconnessione di edifici
Copertura di aree pubbliche (hotspots)
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! Applicazioni
Reti locali da interni, interconnessione di edifici, reti ad hoc
Hot spot pubblici
Home Networking
WLAN e WPANWLAN e WPANWLAN e WPAN
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Reti ad infrastruttura e reti ad-hocReti ad infrastruttura e reti ad-hocReti ad infrastruttura e reti ad-hoc
Rete ad infrastruttura
Rete ad-hoc
APAP
AP
wired network
AP: Access Point
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Lo standard IEEE 802.11Lo standard IEEE 802.11Lo standard IEEE 802.11
! Nel 1997 l'IEEE ha definito lo standard 802.11:Due versioni (DSSS e FHSS) operanti nella banda dei 2.4GHz, a 1 o 2Mbps
! Sono stati poi aggiunti alcuni supplementi:802.11a: raggiunge i 54Mbps con tecniche OFDM nella banda dei 5GHz
802.11b: raggiunge gli 11Mbps nella banda dei 2.4GHz
802.11f: interaccess point protocol (roaming dei terminali mobili)
802.11g: raggiunge i 54Mbps nella banda dei 2.4GHz
802.11h: gestione dello spettro (aggiunge TPC e DFS)
802.11i: sicurezza
802.11j: 4.9 GHz–5 GHz operation in Japan
! Il processo di standardizzazione è in corso:802.11 TGe: qualità di servizio (QoS)
802.11 TGn: nuovo protocollo MAC e PHY (>100 Mbit/s al MAC)
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Canali per 802.11Canali Canali per 802.11per 802.11
2.412
2.417
2.422 2.432 2.442 2.452 2.462 2.472 2.484
2.427 2.437 2.447 2.457 2.467
2
3
4
5
1
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8
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6 11
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Canali accessibili nel mondoCanali accessibili nel mondoCanali accessibili nel mondo
Channel Freq (GHz) US/Can Europe Spain France Japan
1 2.412 x x 2 2.417 x x 3 2.422 x x 4 2.427 x x 5 2.432 x x 6 2.437 x x 7 2.442 x x 8 2.447 x x 9 2.452 x x10 2.457 x x x x11 2.462 x x x x12 2.467 x x13 2.472 x x14 2.484 x
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Certificazione Wi-FiCertificazione WiCertificazione Wi--FiFi
! Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)
! Over 70 members including: 3Com, Symbol, Lucent, Cabletron,Aironet, Dell, Intersil
! Purpose: Insure cross-vendor interoperability of 802.11bsolutions
! The goal: Wi-Fi = Ethernet for WLAN
! Independent lab certifies products as Wi-Fi compliant
Only products passing test can use Wi-Fi logo
Wi-Fi logo products have basic interoperability
Connect, encrypt, and roam
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IEEE 802.11: topologia della reteIEEE 802.11: topologia della reteIEEE 802.11: topologia della rete
! Lo standard definisce due topologie di rete:
Reti IBSS (Independent Basic Service Set)
Reti ESS (Extended Service Set)
! Una rete 802.11 è costituita da almeno un Basic Service Set(BSS); corrispondente a una “cella”
Comprende un certo numero di stazioni (STA) che si trovano nella stessaarea geografica, e che sono sotto il controllo di una singola funzione dicoordinamento:
DCF (Distributed Coordination Function): controllo distribuito
PCF (Point Coordination Function): controllo centralizzato
L'area coperta dal BSS è nota come BSA (Basic Service Area)
Le stazioni in un BSS possono non essere tutte reciprocamente entroportata
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Rete ad-hoc (IBSS)Rete ad-hoc (IBSS)Rete ad-hoc (IBSS)
! Un IBSS (Independent BasicService Set) è un gruppo diSTA che comunicano senzal’aiuto di una infrastruttura
! Comprende stazioni cheusano la stessa frequenza, esono in grado di comunicarel’una con l’altra
! Una stazione può comunicarecon un'altra stazione delmedesimo IBSS senza che iltraffico passi attraversoun’apparato centralizzato (AP)802.11 LAN
IBSS2
802.11 LAN
IBSS1
STA1
STA4
STA5
STA2
STA3
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Rete ad infrastruttura (ESS) (1/2)Rete Rete ad ad infrastruttura infrastruttura (ESS) (1/2)(ESS) (1/2)
BSS
BSS
AP
AP
Distribution
system
! Una rete ESS è costituitada più BSS integrate da unDistribution System (DS)comune
Il DS trasporta a livello MACle MSDU; l'AP in effetti è unbridge posto tra il BSS e ilDS
Il DS può essere una retewired o wireless
L'ESS appare come unasingola LAN allo strato LLC
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Rete ad infrastruttura (ESS) (2/2)Rete ad infrastruttura (ESS) (2/2)Rete ad infrastruttura (ESS) (2/2)
! AP (Access Point) è unastazione che fa parte siadella wireless LAN sia delDistribution System
! Portal: è un bridge tra ilDistribution System e un’altrarete wired
! Distribution System: è la rete(wired o wireless) cheinterconnette più BSS aformare un ESS
Distribution System
Portal
LAN 802.x
Access
Point
802.11 LAN
BSS2
LAN 802.11
BSS1
Access
Point
STA1
STA2 STA3
ESS
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Architettura di IEEE 802.11 (1/3)Architettura di IEEE 802.11 (1/3)Architettura di IEEE 802.11 (1/3)
! Strato LLC:
Controllo di flusso e di errore
E' indipendente dalla topologia della rete, dal mezzo trasmissivo e dalMAC; è definito in IEEE 802.2
! Strato MAC:
Accesso al mezzocondiviso
! Strato fisico:
Codifica/decodificasegnali
Gestione del preambolo
Trasmissione/ricezionedei bit
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Architettura di IEEE 802.11 (2/3)Architettura di IEEE 802.11 (2/3)Architettura di IEEE 802.11 (2/3)
Terminale mobile
Access Point
Terminale
fisso
application
TCP
802.11 PHY
802.11 MAC
IP
802.3 MAC
802.3 PHY
application
TCP
802.3 PHY
802.3 MAC
IP
802.11 MAC
802.11 PHY
LLC
Rete 802.3
LLC LLC
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Architettura di IEEE 802.11 (3/3)Architettura di IEEE 802.11 (3/3)Architettura di IEEE 802.11 (3/3)
! Lo standard 802.11 definisce attualmente un singolo strato MACe più strati fisici
! Lo strato fisico è suddiviso in due sottostrati:
PLCP: Physical Layer Convergence Procedure sublayer: carrier sensing
PMD: Physical Medium Dependent sublayer: modulazione, codifica
! MAC: accesso multiplo, frammentazione, cifratura
Il MAC comunica con il PLCP per mezzo di primitive attraverso il PHY-SAP
PMD
PLCP
MAC
LLC
MAC Management
PHY Management
PH
YD
LC
Sta
tion M
anagem
ent
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Strato MAC (1/2)Strato MAC (1/2)Strato MAC (1/2)
! Si basa su un algoritmo della famiglia CSMA
Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA)
Non è prevista la rilevazione di collisione (CD), in quanto essa è didifficile realizzazione in una rete wireless
! Prevede un accesso multiplo distribuito e autonomo, a divisionedi tempo, duplexing nel tempo, con assegnazione dinamicadelle risorse su base pacchetto (MAC frame)
DCF: accesso random con collisioni
PCF: accesso controllato con polling
! Adotta una politica analoga ad un subentro p-persistente
! Offre un servizio di trasferimento (nell’interfaccia radio) di tipobest effort
! In corso estensione per la gestione di QoS differenziata
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Strato MAC (2/2)Strato MAC (2/2)Strato MAC (2/2)
! Consegna affidabile dei dati
Il protocollo MAC include un meccanismo di recupero degli errori (ARQ)
Ogni MAC frame include un campo di rivelazione di errore
Quando una stazione riceve un pacchetto dati da un'altra stazione, rispondecon un riscontro (ACK)
Questo scambio di pacchetti non deve essere interrotto da trasmissioniprovenienti da altre stazioni
Se la stazione sorgente non riceve un ACK entro un determinato intervallodi tempo, NON può determinare con certezza quale evento si è verificato:
MAC frame rivelato con errore a destinazione e scartato
Collisione nel ricevitore
ASSUME quindi collisione ed effettua subentro randomizzato eritrasmissione del pacchetto dati
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Funzioni di coordinamento del MACFunzioni di coordinamento del MACFunzioni di coordinamento del MAC
! Sono previste due modalità di gestione degli accessi:
Distributed Coordination Function (DCF): un protocollo distribuito acontesa, basato sul CSMA/CA
Point Coordination Function (PCF): un protocollo centralizzato,coordinato da un Access Point
! Il PCF si trova al di sopra del DCF e ne sfrutta lecaratteristiche per assicurare l'accesso ai suoi utenti
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Inter-Frame SpaceInter-Frame SpaceInter-Frame Space
t
trasmissioneSIFS
PIFS
DIFSxIFS
trama successivacontesa
si accede al mezzo se esso rimane liberoper un tempo ! xIFS
! Gli IFS sono intervalle di tempo di silenzio forzato che devono essererispettati dalle stazioni in contesa (backlogged)
! E’ un modo semplice per realizzare un accesso differenziato secondodiversi livelli di priorità distribuito, autonom.
! Sono definiti tre tipi di IFS
SIFS (Short IFS)
PIFS (PCF IFS)
DIFS (DCF IFS)
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DCF: Basic Access (1/3)DCF: Basic Access (1/3)DCF: Basic Access (1/3)
t
Trasferimento dati
DIFSDIFS
Nuovo trasf. dati
contention window
(backoff aleatorio)
slot time
si accede al mezzo
se esso rimane liberoper un tempo ! DIFS
! Una stazione pronta a trasmettere rileva lo stato del canale (CCA –Clear Channel Assessment, segnalato dal PLCP)
! Se il mezzo rimane libero per la durata di un DCF Inter-Frame Space(DIFS) la stazione inizia a trasmettere
! Se il mezzo è occupato, la stazione attende che torni libero, poiaspetta un DIFS, quindi attende ancora per un tempo di backoff(aleatorio, multiplo di uno slot time)
! Il timer di backoff viene congelato se viene rilevata una trasmissioneprima dello scadere del timer stesso
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DCF: Basic Access (2/3)DCF: Basic Access (2/3)DCF: Basic Access (2/3)
t
busy
boe
STA1
STA2
STA3
STA4
STA5
Un pacchetto arriva al MAC
DIFS
boe
boe
boe
busy
Backoff trascorso
borBackoff residuo
busy Trasmissione in corso
bor
bor
DIFS
boe
boe
boe bor
DIFS
busy
busy
DIFS
boe busy
boe
boe
bor
bor
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DCF: Basic Access (3/3)DCF: Basic Access (3/3)DCF: Basic Access (3/3)
! Se il pacchetto è stato ricevuto correttamente, la stazionericevente emette un riscontro dopo aver atteso un SIFS
Il fatto che SIFS < xIFS per ogni x!S garantisce l’assenza di collisioni per l’ACK
! Il riscontro è previsto solo per trasmissioni unicast
t
SIFS
DIFS
data
ACK
waiting time
Altre
stazioni
Stazione
ricevente
Stazione
trasmittentedata
DIFS
contention
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Terminale nascostoTerminale nascostoTerminale nascosto
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DCF: RTS/CTS (1/2)DCF: RTS/CTS (1/2)DCF: RTS/CTS (1/2)
! Per ridurre gli effetti negativi delle collisioni, in particolare nelcaso del “nodo nascosto”, una stazione può riservare il canaleprima della trasmissione:
La sorgente invia un pacchetto RTS (Request To Send) alladestinazione; il campo duration indica la durata della trasmissione
La destinazione risponde con un CTS (Clear To Send)
Le altre stazioni che hanno ricevuto RTS o CTS evitano di trasmettereper il tempo specificato dal campo duration specificato
! I pacchetti RTS e CTS hannu lunghezza rispettivamente di 20 e14 byte
! La maggiore efficienza della modalità RTS/CTS rispetto a quellabasic dipende dal peso relativo di questo overhead e dellecollisioni
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DCF: RTS/CTS (2/2)DCF: RTS/CTS (2/2)DCF: RTS/CTS (2/2)
t
SIFS
DIFS
dati
ACK
ritarda l‘accessoAltre stazioni
ricevitore
trasmettitore
dati
DIFS
contesa
RTS
CTSSIFS SIFS
NAV (RTS)NAV (CTS)
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DCF: frammentazione (1/2)DCF: frammentazione (1/2)DCF: frammentazione (1/2)
! La frammentazione è utile in caso di canale disturbato ocomunque per diminuire il peso dell’overhead inerente ognisingolo accesso di una stazione
Una MAC SDU viene frammentata se la sua lunghezza supera un valoresoglia
! Il canale viene rilasciato solo al termine della trasmissione diuna SDU, oppure se si verifica un errore
In caso di errore il canale viene rilasciato, e la stazione deve nuovamentecontendere per ottenere l’accesso; la trasmissione riprende dalframmento per il quale si era verificato l’errore
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DCF: frammentazione (2/2)DCF: frammentazione (2/2)DCF: frammentazione (2/2)
t
SIFS
DIFS
dati
ACK1
Altre
stazioni
Ricevitore
Trasmettitore
fram1
DIFS
contesa
RTS
CTSSIFS SIFS
NAV (RTS)
NAV (CTS)
NAV (fram1)
NAV (ACK1)
SIFSACK2
fram2
SIFS
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DCF: timer di backoffDCF: timer di backoffDCF: timer di backoff
! Si usa il binary exponential backoff:
L'asse dei tempi è suddiviso in time slot, di durata fissa (per esempio, 20µs per il DSSS)
Il tempo di backoff è una variabile aleatoria, multiplo intero di uno slottime, uniformemente distribuita tra 1 e un valore noto come ContentionWindow (CW)
La dimensione della CW è posta ad un valore minimo (CWmin) dopoogni trasmissione andata a buon fine; viene raddoppiata dopo ciascuntentativo fallito, non superando comunque un valore massimo (CWmax)
CW(m) = min{2·CW(m–1),CWmax}, m " 1; CW(0)=CWmin
! Il timer di backoff viene fermato e congelato se durante ilconteggio il mezzo è sentito occupato; il conteggio viene ripresodopo il verificarsi di un intervallo idle di durata DIFS
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DCF: Inter-Frame SpacingDCF: Inter-Frame SpacingDCF: Inter-Frame Spacing
! Sono previsti 3 diversi valori per l'IFS (livelli di priorità):
SIFS (short IFS): usato quando si richiede una risposta immediata, che non puòessere interrotta da altre trasmissioni; SIFS = 10µs
PIFS (PCF IFS): usato dal PCF; PIFS = SIFS + slot time
DIFS (DCF IFS): usato come ritardo minimo per l'accesso a contesa; DIFS = PIFS+ slot time
! Il SIFS è usato nelle seguenti circostanze:
Riscontro (ACK): quando una stazione riceve un pacchetto, risponde con un ACKdopo aver atteso solo per un SIFS;
Invio di un frammento dopo un ACK
Ciò permette di migliorare l'efficienza di utilizzazione quando si utilizza laframmentazione; infatti una stazione è in grado di mantenere il controllo del canale finoa che non ha trasmesso tutti i frammenti di una LLC PDU
Clear to Send (CTS)
Poll response (nel PCF)
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DCF: carrier sensing e NAVDCF: carrier sensing e NAVDCF: carrier sensing e NAV
! Carrier sensing:
Fisico: la presenza di altre STA in trasmissione viene rilevata analizzando ipacchetti ricevuti, e la potenza del segnale proveniente da altre sorgenti
Virtuale: nell'header dei pacchetti RTS, CTS e dati è presente un campo duration,che indica dopo quanto tempo dalla fine del pacchetto corrente il canale torneràdisponibile
Questa informazione viene impiegata dalle STA per aggiornare il NAV (NetworkAllocation Vector), che indica tra quanto tempo la trasmissione in corso avràtermine
! Nella procedura RTS/CTS
Il pacchetto RTS, trasmesso dalla sorgente, contiene un campo duration che indicala durata della trasmissione: tutte le STA che ricevono l'RTS leggono il campoduration del pacchetto RTS, ed impostano il proprio NAV
La stazione ricevente emette il CTS, impostando il campo duration: tutte le stazioniche ricevono il CTS leggono il campo duration, ed impostano il proprio NAV
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Diagrmma di flusso del DCFDiagrmma di flusso Diagrmma di flusso del DCFdel DCF
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DCF: esempi (1/4)DCF: DCF: esempiesempi (1/4) (1/4)
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DCF: esempi (2/4)DCF: esempi (2/4)DCF: esempi (2/4)
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DCF: esempi (3/4)DCF: esempi (3/4)DCF: esempi (3/4)
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DCF: esempi (4/4)DCF: esempi (4/4)DCF: esempi (4/4)
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Point coordination function (PCF)Point coordination function (PCF)Point coordination function (PCF)
! E' previsto nel caso di rete con infrastruttura (AP)
I periodi in cui si usa il PCF sono detti CFP (Contention Free Period), e sialternano ai CP (Contention Period) nei quali si usa il DCF
Un AP (Point Coordinator) controlla l'accesso al canale e mantiene lalista dei terminali registrati
! Il CFP inizia con la trasmissione da parte del PC di un beaconframe dopo che è trascorso un PIFS dal momento in cui ilcanale è percepito libero
Tutti i terminali che ricevono il beacon impostano il NAV alla duratamassima di un CFP
Durante il CFP, il PC invia messaggi di poll con disciplina round robin, esolo un terminale che ha ricevuto un poll oppure un pacchetto dati èautorizzato a trasmettere
Il PC può porre fine al CFP trasmettendo un pacchetto CF-end
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PCF: struttura temporalePCF: PCF: struttura temporalestruttura temporale
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PCF: esempioPCF: PCF: esempioesempio
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! Lo standard (draft) IEEE 802.11e definisce due “coordinationfunctions”:
Enhanced DCF (EDCF)
Hybrid Coordination Function (HCF)
! Introduce l’entità Hybrid Coordinator (HC)
Simile al point coordinator, HC è un controllore centralizzato per gli altriterminali, tipicamente coincidente con un AP
! Definisce diversi livelli di supporto della QoS
Livello 3: scheduling parametrizzato - EDCF+HCF
Livello 2: scheduling a priorità - EDCF+HCF
Livello 1: scheduling a priorità - EDCF
Livello 0: nessuno scheduling - DCF+PCF
Supporto della qualità di servizioSupporto della qualitSupporto della qualitàà di servizio di servizio
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Beacon
CF-Poll CF-End
802.11 periodic Superframe
DATA DATA DATA
CFP(Contention Free Period) CP(Contention Period)
DATA DATA DATA
BeaconDATA DATA DATA
CFP(Contention Free Period)(Polling through HCF)
CP(Contention Period)
DATA DATA DATA DATA
802.11e periodic Superframe
PC
STAs
HC
STAs
TXOP
CF-Poll
DATA
TXOP
CCI
DATA
SuperframeSuperframeSuperframe
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! La funzione di coordinamento distribuita è arricchita definendouna Enhanced Distributed Coordination Function (EDCF).
! La EDCF è usata solo nel Contention Period ( CP )
! Otto Traffic Categories (TC) in ciascun terminale
Scheduling interno al terminale per selezionare il pacchetto datrasmettere in caso di contesa tra TC diverse
! L’accesso EDCF si basa sul CSMA/CA con ExponentialBackoff, attribuendo a ogni TC valori diversi dei parametri delCSMA (CWmin, CWmax, IFS)
In luogo del DIFS si definisce un AIFS[TC], Arbitration IFS >= DIFS
CWmin[TC] = 0…255
CWmax[TC] è opzionale
EDCF: principiEDCF: principiEDCF: principi
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AIFS(TC1)
DATA
Ack
SIFS SIFS
PIFS
AIFS(TC7)
time
AIFS(TC4)
Contention Window
(Counted in slots)
High Priority TC backoff
Low Priority TC backoff
Medium Priority TC backoff
RTS
CTS
SIFS
IFS in 802.11eIFS in 802.11eIFS in 802.11e
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TC7
Backoff
(AIFS)
(CW)
TC6
Backoff
(AIFS)
(CW)
TC5
Backoff
(AIFS)
(CW)
TC4
Backoff
(AIFS)
(CW)
TC3
Backoff
(AIFS)
(CW)
TC2
Backoff
(AIFS)
(CW)
TC1
Backoff
(AIFS)
(CW)
TC0
Backoff
(AIFS)
(CW)
High priority Low priority
Scheduler(resolve virtual collisions by granting permission to highest priority)
Transmissionattempt
AIFS: Arbitration Inter-Frame Space
Backoff(DIFS)
(32)
Transmissionattempt
DCF
EDCF: scheduling nel terminaleEDCF: scheduling nel terminaleEDCF: scheduling nel terminale
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! E' usato sia nei Contention Free Period (come unica modalità diaccesso) sia nei Contention Period (affiancato all' EDCF)
La Trasmission Opportunity (TXOP) è un intervallo di tempo in cui unterminale ha il diritto di trasmettere; esso è definito da un istante iniziale eda una durata massima
! Durante i CFP
HC fornisce ai singoli terminali l'accesso al canale (polling) specificandol'istante di inizio e la durata massima di ciascun TXOP
! Durante i CP
HC può fornire l'accesso ad un terminale (polled TXOP) mandando un CF-Poll dopo che il canale risulta libero per un periodo PIFS
HC può iniziare un Controlled Contention Interval (CCI) mandando uncontrol frame specifico
HCF (Hybrid Coordination Function)HCF (Hybrid Coordination Function)HCF (Hybrid Coordination Function)
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! E' un altro protocollo ad accesso casuale
! Permette ai terminali di richiedere l'allocazione di polled TXOPIl terminale invia una Reservation Request (RR) con il TC richiesto e ladurata del TXOP
! L'HC inizia un CCI inviando un control frame specifico; questoForza i terminali “legacy” a impostare il NAV fino al termine del CCI
Definisce un numero di Controlled Contention Opportunities (CCO), cioèintervalli separati da SIFS
Definisce una “filtering mask” che contiene le TC alle quali le RR devonoappartenere
! Ogni terminale con pacchetti in coda con TC coincidente con unodella maschera sceglie casualmente un CCO e trasmette la RR
! Ciascuna RR deve essere confermato tramite ACK vista lapossibilità di collisioni
CCI (Controlled Contention Interval)CCI (Controlled Contention Interval)CCI (Controlled Contention Interval)
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Formato della tramaFormato della tramaFormato della trama
! Tipi di trama:
Trame di controllo, di gestione, dati
! Numeri di sequenza
Servono ad evitare trame duplicate dovute alla perdita di ACK
! Indirizzi:
Ricevitore, trasmettitore (fisico), identificatore di BSS, trasmettitore (logico)
Frame
Control
Duration/
ID
Address
1
Address
2
Address
3
Sequence
Control
Address
4Data CRC
2 2 6 6 6 62 40-2312bytes
Protocol
versionType Subtype
To
DS
More
FragRetry
Power
Mgmt
More
DataWEP
2 2 4 1
From
DS
1
Order
bits 1 1 1 1 1 1
Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma “La Sapienza” - Corso di “Reti Cellulari” - A.A. 2004/2005 48
Frame Control FieldsFrame Control FieldsFrame Control Fields
! Protocol version – 802.11 version
! Type – control, management, or data
! Subtype – identifies function of frame
! To DS – 1 if destined for DS
! From DS – 1 if leaving DS
! More fragments – 1 if fragments follow
! Retry – 1 if retransmission of previous frame
! Power management – 1 if transmitting station is in sleep mode
! More data – Indicates that station has more data to send
! WEP – 1 if wired equivalent protocol is implemented
! Order – 1 if any data frame is sent using the Strictly Orderedservice
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Formato degli indirizziFormato degli indirizziFormato degli indirizzi
scenario to DS from
DS
address 1 address 2 address 3 address 4
ad-hoc network 0 0 DA SA BSSID -
infrastructure
network, from AP
0 1 DA BSSID SA -
infrastructure
network, to AP
1 0 BSSID SA DA -
infrastructure
network, within DS
1 1 RA TA DA SA
DS: Distribution System
AP: Access Point
DA: Destination Address
SA: Source Address
BSSID: Basic Service Set Identifier
RA: Receiver Address
TA: Transmitter Address
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Control Frame SubtypesControl Frame SubtypesControl Frame Subtypes
! Power save – poll (PS-Poll)
! Request to send (RTS)
! Clear to send (CTS)
! Acknowledgment
! Contention-free (CF)-end
! CF-end + CF-ack
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Data Frame SubtypesData Frame SubtypesData Frame Subtypes
! Data-carrying frames
Data
Data + CF-Ack
Data + CF-Poll
Data + CF-Ack + CF-Poll
! Other subtypes (don’t carry user data)
Null Function
CF-Ack
CF-Poll
CF-Ack + CF-Poll
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Management Frame SubtypesManagement Frame SubtypesManagement Frame Subtypes
! Association request
! Association response
! Reassociation request
! Reassociation response
! Probe request
! Probe response
! Beacon
! Announcement traffic indication message
! Dissociation
! Authentication
! Deauthentication
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ACK, RTS, CTSACK, RTS, CTSACK, RTS, CTS
Frame
ControlDuration
Receiver
Address
Transmitter
Address
2 2 6 6 4bytes
Frame
ControlDuration
Receiver
AddressCRC
2 2 6 4bytes
Frame
ControlDuration
Receiver
AddressCRC
2 2 6 4bytes
ACK
RTS
CTS
CRC
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ManagementManagementManagement
! Sincronizzazione
Timing Synchronization Function (TSF)
Le stazioni attendono di ricevere una trama beacon per sincronizzarsicon una rete
Le trame beacon sono inviate ad intervalli predefiniti
! Risparmio energetico
Modalità di risparmio, con memorizzazione dei pacchetti da inviare aiterminali in stato “sleep”
! Associazione e ri-associazione
Associazione di una stazione ad un AP
Roaming (passaggio ad un altro AP)
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Sincronizzazione con beacon (1/2)Sincronizzazione con beacon (1/2)Sincronizzazione con beacon (1/2)
intervallo beacon
tmezzo
trasmissivo
AP
busy
B
busy busy busy
B B B
valore del timestamp B trama beacon
Modalità infrastruttura (con AP)
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Sincronizzazione con beacon (2/2)Sincronizzazione con beacon (2/2)Sincronizzazione con beacon (2/2)
tmezzo
trasmissivo
stazione1
busy
B1
intervallo beacon
busy busy busy
B1
valore del timestamp B trama beacon
stazione2B2 B2
ritardo casuale
Modalità ad-hoc
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Risparmio energetico (1/2)Risparmio energetico (1/2)Risparmio energetico (1/2)
! Le stazioni possono passare alla modalità di risparmio senzaperdere informazioni
! In presenza di un AP:
L'AP mantiene un registro aggiornato delle stazioni in modalità dirisparmio, e memorizza i pacchetti indirizzati a queste stazioni, fino aquando esse non facciano esplicita richiesta di tali pacchetti
L'AP trasmette periodicamente nel pacchetto di beacon la lista dellestazioni in risparmio energetico (PS STA) che hanno pacchetti in codanell'AP
Le stazioni si svegliano periodicamente allo scopo di ricevere il pacchettodi beacon
Se nel beacon c'è l'indicazione che alcuni pacchetti indirizzati allastazione si trovano nell'AP, la stazione rimane sveglia e invia unmessaggio di polling all'AP, per richiedere l'invio dei pacchetti stessi
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Risparmio energetico (2/2)Risparmio energetico (2/2)Risparmio energetico (2/2)
! Modalità infrastruttura
Traffic Indication Map (TIM)
Lista dei ricevitori unicast, trasmessa dall’AP
Delivery Traffic Indication Map (DTIM)
Lista dei ricevitori broadcast/multicast, trasmessa dall’AP
! Modalità ad-hoc
Una delle stazioni assume il ruolo di beacon master, e non va inmodalità di risparmio
Il ruolo di beacon master viene assunto a rotazione da tutte le stazioni
Ad-hoc Traffic Indication Map (ATIM)
Inviato da una stazione per comunicare l’intenzione di trasmettere versoun’altra stazione
E’ possibile la collisione tra ATIM
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RE - modalità infrastrutturaRE - modalitRE - modalitàà infrastruttura infrastruttura
TIM interval
t
medium
access
point
busy
D
busy busy busy
T T D
T TIM D DTIM
DTIM interval
BB
B broadcast/multicast
station
awake
p PS poll
p
d
d
ddata transmission
to/from the station
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RE - modalità ad-hocRE - modalitRE - modalitàà ad-hoc ad-hoc
awake
A transmit ATIM D transmit data
t
station1B1 B1
B beacon frame
station2B2 B2
random delay
A
a
D
d
ATIM
window beacon interval
a acknowledge ATIM d acknowledge data
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Roaming (1/3)Roaming (1/3)Roaming (1/3)
! Le trame di beacon trasmesse dall’AP possono essereimpiegate dalle stazioni per scegliere l’AP, e per deciderequando effettuare un handover
! Scansione passiva
La stazione ascolta le trame di beacon dell’AP al quale è associata
La stazione ascolta le trame di beacon di altri AP, allo scopo di trovare unaccesso di qualità migliore
! Scansione attiva
La stazione invia trame PROBE all’AP, e attende la risposta, allo scopodi trovare un accesso di qualità migliore ad un nuovo AP
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Roaming (2/3)Roaming (2/3)Roaming (2/3)
! Reassociation Request
La stazione invia la richiesta ad un AP al quale vuole associarsi
! Reassociation Response
Successo: l’AP risponde, l’associazione può aver luogo
Fallimento: la scansione continua
! In caso di successo:
L’AP segnala la nuova associazione al Distribution system
Il Distribution system aggiorna la sua base dati
Il Distribution system informa il vecchio AP, che così può rilasciare lerisorse
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Roaming (3/3)Roaming (3/3)Roaming (3/3)
! Analisi della qualità della comunicazione (CQ)
Vengono analizzati i seguenti parametri:
Receive signal strength indicator (RSSI)
Numero di ritrasmissioni dalla stazione all’AP (ACK timeout); questa misuraè fornita dal MAC
Numero di messaggi duplicati ricevuti dall’AP (ACK perduti); questa misuraè fornita dal MAC
Per determinare il valore di CQ viene effettuata una media mobile dellemisure effettuate sulle trame di beacon
! Valori di soglia
Vengono definiti valori di soglia sui quali basare la decisione di effettuareil roaming
Per evitare roaming troppo frequenti si impiega un meccanismo diisteresi
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As the mobile user roams away from one AP and closer to another,
the WLAN NIC will automatically “re-associate” with the closer AP
to maintain reliable performance.
Roams between APs
Basic roamingBasic roamingBasic roaming
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Roaming supportRoaming supportRoaming support
! Everyone has basic roaming between Access Points
! Ways to offer extended roaming between subnets:
Mobile IP used by Cisco and Lucent
Increases traffic on wired net
Adds latency to network sessions
DHCP
New IP address upon suspend/resume or shutdown
! IEEE 802.11 does not define roaming process. It just identifiesa criteria for using multiple APs
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…across AP’s and router
boundaries using DHCP
Extended RoamingExtended RoamingExtended Roaming
Building 2Building 1
CoreBuilder 9000
SuperStack 3 Switch
Switch 4005
Basic Roaming
Internet
Desktop
In Conference
Room
In Lobby
Extended
Roaming
SuperStack 3 Switch
SuperStack 3 Switches
SuperStack® 3 Switches
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Portata - basic accessPortata - basic accessPortata - basic access
0 5 10 15 20 25 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Lpack=1024 bytes
512 bytes
256 bytes
128 bytes
64 bytes
Numero di STA, N
Po
rta
ta m
ed
ia m
as
sim
a
802.11b
Basic Access @ 11 Mbps
Andrea Baiocchi, Dip. INFOCOM, Università di Roma “La Sapienza” - Corso di “Reti Cellulari” - A.A. 2004/2005 68
Portata - RTS/CTSPortata - RTS/CTSPortata - RTS/CTS
0 5 10 15 20 25 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Lpack=1024 bytes
512 bytes
256 bytes
128 bytes
64 bytes
Numero di STA, N
Po
rta
ta m
ed
ia m
as
sim
a
802.11b
RTS/CTS mode @ 11 Mbps
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Probabilità di collisioneProbabilitProbabilitàà di collisione di collisione
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 5 10 15 20 25 30
Numero di STA, N
Po
rta
ta m
ed
ia m
as
sim
a802.11b
Probabilità dicollisionecondizionata allatrasmissione
Probabilità dicollisione noncondizionata