Características de las redes inalámbricas (III)
La existencia de múltiples emisores y receptores crea nuevos problemas (no solamente el acceso múltiple):
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
Problema de terminal oculto
B, A se escuchan entre sí
B, C se escuchan entre sí
A, C no se escuchan entre sí lo que hace que A, C no se den cuenta de su mutua interferencia en B
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) Potencia de la
señal de A
(Gp:) espacio
(Gp:) Potencia de la
señal de B
Atenuación de la señal:
B, A se escuchan entre sí
B, C se escuchan entre sí
A, C no se escuchan interfiriéndose entre sí con B
Acceso múltiple por división de código (CDMA)
Empleada en varios estándares para canales de difusión inalámbricos (celular, satélite, etc)
Se asigna un único código a cada usuario: reparto del canal por código
Todos los usuarios comparten la frecuencia pero cada usuario tiene su propio código para codificar los datos
Codificado de la señal = (datos originales) x (código)
Descodificación: (señal codificada) x (código) y se recuperan los datos originales
Si los códigos son ortogonales permite la transmisión simultánea por parte de varios emisores
CDMA Codificación/Descodificación
slot 1
slot 0
(Gp:) d1 = -1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
Zi,m= di.cm
(Gp:) d0 = 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
slot 0
Canal
entrada
slot 1
Canal
entrada
Canal de salida Zi,m
emisor
código
datos
bits
slot 1
slot 0
(Gp:) d1 = -1
(Gp:) d0 = 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
(Gp:) 1
(Gp:) –
slot 0
Canal
salida
slot 1
Canal
salida
receptor
código
Entrada
recibida
(Gp:) Di = S Zi,m.cm
(Gp:) m=1
(Gp:) M
(Gp:) M
Nota: representamos el bit 0 como -1.
CDMA: interferencia de dos emisores
LAN inalámbrica IEEE 802.11
802.11b
2.4-5 GHz espectro libre
Hasta 11 Mbps
802.11a
Rango 5-6 GHz
Hasta 54 Mbps
802.11g
Rango 2.4-5 GHz
Hasta 54 Mbps
802.11n: múltiples antenas
Rango 2.4-5 GHz
Hasta 200 Mbps
Todas emplean CSMA/CA para acceso múltiple
Todas tiene versión con estaciones base o ad hoc
Arquitectura LAN 802.11
El host inalámbrico se comunica con la estación base
Estación base = punto de acceso (AP)
Conjunto Básico de Servicios (BSS) ( “celda”) en modo infraestructura:
Hosts inalámbricos
Puntos de acceso (AP): estaciones base
Modo ad hoc: sólo hosts
BSS 1
BSS 2
(Gp:) Internet
hub, conmutador
o router
(Gp:) AP
(Gp:) AP
802.11: canales, asociación
802.11b: 2.4GHz-2.485GHz dividen el espectro en 11 canales parcialmente solapados a diferentes frecuencias (dos canales separados por cuatro o más canales no están solapados)
El administrador de AP elige la frecuencia para los AP
Posible interferencia: el canal puede ser el mismo que los AP adyacentes
host: debe asociarse con un AP
Busca canales, busca tramas de baliza que contendrán el nombre (SSID) del AP y su dirección MAC
Elige un AP para asociarse con él
Puede requerir autenticación
Ejecutará DHCP para conseguir una IP para la subred del AP
802.11: exploración pasiva/activa
AP 2
AP 1
H1
BBS 2
BBS 1
(Gp:) 1
(Gp:) 2
(Gp:) 2
(Gp:) 3
(Gp:) 4
Exploración activa:
Difusión desde H1 de una trama de solicitud de sondeo
Envío de tramas de sondeo desde los APs
Envía Trama de Solicitud de Asociación: desde H1 al AP elegido
Envía trama de Respuesta de Asociación: desde el AP elegido a H1
AP 2
AP 1
H1
BBS 2
BBS 1
(Gp:) 1
(Gp:) 2
(Gp:) 3
(Gp:) 1
Exploración pasiva:
APs envían tramas de baliza
Envía Trama de Solicitud de Asociación: desde H1 al AP elegido
Envía trama de Respuesta de Asociación: desde el AP elegido a H1
IEEE 802.11: acceso múltiple
Evita colisiones: 2 ó más nodos transmitiendo a la vez
802.11: CSMA – sondea antes de transmitir
No colisiona con transmisiones de otros nodos
802.11: sin detección de colisión
Dificultad al recibir (sondear colisiones) cuando se transmite debido a la debilidad de las señales (atenuación)
No puede sondear todas las colisiones: terminales ocultos, atenuación
Objetivo: evitar colisiones: CSMA/C(ollision)A(voidance)
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) Potencia de
la señal A
(Gp:) espacio
(Gp:) Potencia de
la señal C
Protocolo MAC IEEE 802.11: CSMA/CA
802.11 emisor
1 si el canal está libre tras DIFS entonces
Transmite la trama completa (no CD)
2 si el canal está ocupado
Elige un valor de espera aleatorio
Comienza una cuenta atrás con ese valor mientras detecta el canal inactivo
Transmite cuando termina la cuenta atrás
Si no llega ACK, incrementa el valor de espera y vuelve al paso 2
802.11 receptor
– Si la trama se recibe OK
devuelve ACK tras SIFS (se requiere ACK debido a los problemas de terminal oculto)
emisor
receptor
(Gp:) DIFS
(Gp:) datos
(Gp:) SIFS
(Gp:) ACK
Evitando colisiones (una mejora)
Idea: permitir al emisor reservar el canal (mejor que un acceso aleatorio de las tramas de datos). Con ello se evitarían las colisiones debidas a grandes tramas de datos
El emisor transmite pequeños paquetes de solicitud de transmisión (RTS) al AP usando CSMA
RTSs pueden colisionar con otros pero son pequeñas
AP difunde CTS (“tienes permiso para enviar”) en respuesta al RTS
CTS lo escuchan todos los nodos, así que…
El emisor transmite la trama
Otros emisores difieren el envío
Evita la colisión de tramas de datos
mediante el envío de pequeñas tramas
Evitando la colisión: intercambio RTS-CTS
AP
A
B
tiempo
(Gp:) RTS(A)
(Gp:) RTS(B)
(Gp:) RTS(A)
(Gp:) CTS(A)
(Gp:) CTS(A)
(Gp:) DATA (A)
(Gp:) ACK(A)
(Gp:) ACK(A)
(Gp:) Colisión en reserva
diferir
(Gp:) Control
de trama
(Gp:) duración
(Gp:) Direcc.
1
(Gp:) Direcc.
2
(Gp:) Direcc.
4
(Gp:) Direcc.
3
(Gp:) Carga útil
(Gp:) CRC
(Gp:) 2
(Gp:) 2
(Gp:) 6
(Gp:) 6
(Gp:) 6
(Gp:) 2
(Gp:) 6
(Gp:) 0 – 2312
(Gp:) 4
(Gp:) Control
de sec
Trama 802.11 : direccionamiento
Dirección 2: dirección MAC
del host inalámbrico o del
AP que transmite la trama
Dirección 1: dirección MAC
del host inalámbrico o del
AP que recibirán la trama
Dirección 3: dirección MAC del router al que el AP está asociado
Dirección 4: sólo se emplea en el modo ad hoc
(Gp:) Internet
(Gp:) router
(Gp:) AP
H1
R1
(Gp:) AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr
(Gp:) Dirección 1
(Gp:) Dirección 2
(Gp:) Dirección 3
(Gp:) Trama 802.11
(Gp:) R1 MAC addr H1 MAC addr
(Gp:) Dirección destino
(Gp:) Dirección origen
(Gp:) Trama 802.3
Trama 802.11 : direccionamiento
(Gp:) Control
de trama
(Gp:) duración
(Gp:) Direcc.
1
(Gp:) Direcc.
2
(Gp:) direcc
4
(Gp:) Direcc.
3
(Gp:) Carga útil
(Gp:) CRC
(Gp:) 2
(Gp:) 2
(Gp:) 6
(Gp:) 6
(Gp:) 6
(Gp:) 2
(Gp:) 6
(Gp:) 0 – 2312
(Gp:) 4
(Gp:) Control
de sec
(Gp:) tipo
(Gp:) Desde
AP
(Gp:) subtipo
(Gp:) Hacia
AP
(Gp:) Más
frag
(Gp:) WEP
(Gp:) Más
datos
(Gp:) Gestión
Potencia
(Gp:) Rein-
tentar
(Gp:) Rsvd
(Gp:) Versión del
protocolo
(Gp:) 2
(Gp:) 2
(Gp:) 4
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 1
Trama 802.11: más cosas
Duración del tiempo reservado
de transmisión (RTS/CTS)
Número de secuencia de
trama (para el RDT)
Tipo de trama
(RTS, CTS, ACK, datos)
Hub o
conmutador
AP 2
AP 1
H1
BBS 2
BBS 1
802.11: movilidad dentro de la misma subred
(Gp:) router
H1 permanece en la misma subred IP: la dirección IP puede seguir siendo la misma
conmutador: ¿qué AP se asocia con H1?
Autoaprendizaje: el conmutador ve la trama de H1 y “recuerda” el puerto para alcanzar H1. Al moverse H1 a AP2, éste lanza un mensaje de difusión que actualiza la tabla del conmutador.
802.11: funciones avanzadas
Adaptación de la velocidad
La estación base y el dispositivo móvil cambian dinámicamente la velocidad de transmisión (técnica de modulación de la capa física) según se mueva el dispositivo, SNR cambia
QAM256 (8 Mbps)
QAM16 (4 Mbps)
BPSK (1 Mbps)
10
20
30
40
SNR(dB)
BER
10-1
10-2
10-3
10-5
10-6
10-7
10-4
Punto de operación
1. SNR disminuye, BER aumenta al distanciarse el dispositivo de la estación base
2. Cuando BER crece mucho, conmuta a una velocidad de transmisión menor pero con menor BER
802.11: funciones avanzadas
Gestión de la potencia
Nodo-al-AP: “paso a dormir hasta la siguiente trama de baliza”
AP sabe que no debe transmitir tramas a ese nodo
El nodo se despierta antes de la siguiente trama de baliza
Trama de baliza: contiene la lista de tramas para ser enviadas a los dispositivos desde el AP
El nodo volverá a dormirse hasta la siguiente trama de baliza si no hay tramas para ser enviadas. En otro caso, solicitará que se le envíen las tramas.
(Gp:) Centro de conmutación móvil
(Gp:) Red telefónica
Pública e
Internet
(Gp:) Centro de conmutación móvil
Componentes de una arquitectura de red
celular
(Gp:) conecta celdas a red área extensa
gestiona las llamadas
gestiona la movilidad
(Gp:) MSC
(Gp:) cubren región geográfica
estación base (BS) similar a los AP 802.11
usuarios móviles se unen a la red a través de las BS
interfaz aérea: protocolos de las capas física y de enlace entre los nodos y las estaciones base BS
(Gp:) Celdas
(Gp:) Red cableada
Redes celulares: el primer salto
Dos técnicas para compartir el espectro de radio entre los móviles y las BS
FDMA/TDMA combinada: divide el espectro en bandas de frecuencia y cada banda en franjas de tiempo
CDMA: acceso múltiple por división de código
(Gp:) Bandas de
frecuencia
(Gp:) Franjas de tiempo
Estándares celulares : resumen
Sistemas 2G: canales de voz
IS-136 TDMA: FDMA/TDMA combinada (USA)
GSM (global system for mobile communications): FDMA/TDMA combinada
El más ampliamente desplegado
IS-95 CDMA: acceso múltiple por división en el código
IS-136
GSM
IS-95
GPRS
EDGE
CDMA-2000
UMTS
TDMA/FDMA
BSC
BTS
(Gp:) Estación base transductora(BTS)
(Gp:) Controlador de la estación base (BSC)
(Gp:) Centro de conmutación móvil (MSC)
(Gp:) Abonados móviles
Sistema de Estación Base (BSS)
Leyenda
Arquitectura de red 2G (voz)
MSC
Red de
Telefonía
pública
Gateway
MSC
G
Estándares celulares: resumen
Sistemas 2.5 G: canales de voz y datos
Para los que no podían esperar al 3G: 2G extendido
Servicio general de paquetes de radio (GPRS)
Evoluciona del GSM
Los datos se envía por múltiples canales (si están disponibles)
Mejora la velocidad de datos para evolución global (EDGE)
También parte de GSM, emplea modulación mejorada
Velocidad de datos hasta 384K
CDMA-2000 (fase 1)
Velocidad de datos hasta 144K
Evolución del IS-95
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