Redes Sem Fios e Móveis Cap 6 do Kurose

Redes Sem Fios e Móveis Cap 6 do Kurose
Nota dos autores: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following: If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!) If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Computer Networking: A Top Down Approach 4th edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2007. 6: Redes Móveis e sem Fios

Introdução # de assinantes de telefones móveis excede largamente o número de assinantes de telefones fixos 34 milhões em 1993; 2 bilhões em 2005 Redes de computadores cada vez mais com mais dispositivos móveis: laptops, palmtops, PDAs, telefones VOIP A mobilidade veio para ficar Dois desafios importantes mas diferentes Comunicações sem fios : comunicação através de ligações sem fios Mobilidade: gestão do utilizador móvel que muda contantemente o seu ponto de ligação à rede O desafio torna-se mais atractivo quando se considera a mobilidade conjuntamente com a comunicação sem fios. Imagine-se no autocarro a 100 Km /h na A3 a usar o computador para uma chamada VOIP e simultaneamente a aceder à página de ST para resolver uns problemas propostos. 6: Redes Móveis e sem Fios

Sumário Introdução Acesso celular à Internet
Ligações sem fios e características da rede CDMA Wi-Fi: Redes Locais sem fios Arquitectura Protocolo de acesso ao meio Quadro IEE Mobilidade na mesma sub-rede IP Funcionalidades avançadas no Para além do : Bluetooth e WiMAX Acesso celular à Internet Visão geral da Arquitectura Celular Revisão sumária das normas e tecnologias celulares Principios da Gestão da Mobilidade Endereçamento Encaminhamento para um nó móvel IP Móvel Gestão da Mobilidade em Redes Celulares Encaminhamento de chamadas para um utilizador móvel Handoffs no GSM Redes sem fios e Mobilidade: impacto nas camadas superiores Sumário 6: Redes Móveis e sem Fios

Elementos de uma rede sem fios
Hosts sem fios laptop, PDA, telefone IP Correm aplicações Podem ser estacionários ou móveis Sem fios não significa mobilidade Infra-estructura de Rede 6: Redes Móveis e sem Fios

Estação Base Conectada à rede com fios, normalmente relay – responsável pelo envio de pacotes entre hosts com e sem fios na sua “area” i.e., torres das células , pontos de acesso Infra-estructura de Rede 6: Redes Móveis e sem Fios

ligação sem fios Tipicamente usado para ligar os móveis à estação base Também usado como ligação de backbone Acesso ao link coordenado por protocolos múltiplos Variação no débito de dados e distância de transmissão Infra-estructura de Rede 6: Redes Móveis e sem Fios

Características das normas para ligações sem fios seleccionadas
200 802.11n 54 802.11a,g 802.11a,g point-to-point data 5-11 802.11b (WiMAX) 4 3G cellular enhanced UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO Data rate (Mbps) 1 802.15 .384 UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G As diferentes tecnologias para ligações sem fios têm diferentes débitos de transmissão e podem transmitir a diferentes distâncias. A figura no slide mostra duas características chave (área de cobertura e débito de ligação) das normas mais populares para as ligações sem fios. O objectivo é dar uma ideia bastante difusa ainda destas características. Não poderia ser de outra maneira porque muitos destes standards ainda estão em desenvolvimento. Muitos dos débitos de ligação podem aumentar ou diminuir para além dos valores indicados dependendo do número de utilizadores, distância, condições do canal etc… WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) -O padrão IEEE , completo em outubro de 2001 e publicado em 8 de abril de 2002, especifica uma interface sem fio para redes metropolitanas ... Worldwide Interoperability for Microwave Access - O WiMax é uma tecnologia de rádio que permite o acesso à Internet em banda larga, com um raio de cobertura superior ao garantido pelo Wi-Fi e que alguns especialistas consideram potencial substituto do DSL, sobretudo para cobrir zonas remotas ... UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service): Um dos sistemas de comunicações móveis 3G que irá ser utilizado em particular na Europa e que integra uma família mais alargada (IMT-2000).Universal Mobile Telecommunications System. O sistema europeu de terceira geração tem sido desenvolvido sob os auspícios do ETSI (entidade reguladora de telecomunicações na Europa), um sistema operacionalizado para operadores GSM. CDMA Sigla em inglês para Code Division Multiple Access] (Acesso Múltiplo por Divisão de Código) Padrão digital para telefonia móvel, no qual todo os assinantes transmitem e recebem a informação simultaneamente por um mesmo canal. ... W-CDMA, abreviação de Wide-Band Code-Divison Multiple Access, é a tecnologia 3G líder e é a única usada em UMTS. ...Também conhecida como IMT-2000 direct spread, esta é a tecnologia de transmissão sem fio adotada como padrão pelo ITU para as redes de celulares 3G. ... CDMA2000 is a CDMA version of the IMT-2000 standard developed by the International Telecommunication Union (ITU). CDMA2000 supports mobile data communications at speeds ranging from 144 Kbps to 2 Mbps. HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) is a packet-based mobile telephony protocol used in 3G UMTS radio networks to increase data capacity and speed up transfer rates. HSDPA, which evolved from the WCDMA standard, provides download speeds at least five times faster than earlier versions of UMTS, allowing users of HSDPA networks a broader selection of video and music downloads. HSPDA specifies data transfer speeds of up to 14.4 Mbps per cell for downloads and 2 Mbps per cell for uploads. In practice, users are more likely to experience throughput speeds of Kbps, with bursts of up to 1 Mbps. Commonly known simply as EV-DO, CDMA 1xEV-DO is a 3G technology add-on for CDMA networks that allows for theoretical download speeds as fast as Mbps, though actual rates tend to be far slower. Originally known as CDMA Evolution Data Only, EV-DO is today generally regarded as standing for Evolution Data Optimized for what are likely marketing purposes. 1xEV-DV (Evolution Data Voice) is the technology that was originally destined to handle the future 3G voice and data needs of CDMA networks, but has failed to catch on in North America. Instead, 1xEV-DO Rev A has been developed, which allows for faster uplink speeds than the original EV-DO spec, which relies on the older, and much slower, 1xRTT system for uplink connections. .056 IS-95, CDMA, GSM 2G Indoor 10-30m Outdoor 50-200m Mid-range outdoor 200m – 4 Km Long-range outdoor 5Km – 20 Km 6: Redes Móveis e sem Fios

modo infra-estructura Estação Base liga os móveis à rede com fios handoff: o móvel muda de estação de base que o liga à rede com fios Infra-estructura de Rede Os hosts ligados a uma estação de base são designados como em modo infra-estrutura, uma vez que os serviços de rede tradicional (atribuição de endereços, encaminhamento) são disponibilizados pela rede a que está ligado via estação de base. Nas redes ad hoc, os computadores sem fios não têm infra-estrutura para conectar. Nessa situação têm que ser eles próprios a disponibilizar serviços tal como encaminhamento, atribuição de endereços, tradução tipo DNS, etc… Qunado um host móvel se move da zona de cobertura de uma estação de base para o de outra, ele muda o seu ponto de ligação à rede isto é muda a estação de base a que está associado, processo referido como handoff. Esta mobilidade coloca uma ´serie de questões interessantes. Se um host se pode mover na rede como o localizar para lhe fazer chegar os dados? Como fazer o endereçamento sabendo que um host pode ter diferentes localizações? Se um host se move durante uma chamada telefónica ou uma conexão TCP, como encaminhar os dados de forma a conexão se mantenha e não seja interrompida? Esta e muitas outras questões tornam as redes móveis e sem fios fios uma área interessante de investigação. 6: Redes Móveis e sem Fios

Modo ad hoc Sem estações de base Os nós podem apenas transmitir para outros nós dentro sa sua área de cobertura Os nós organizam-se em rede: encaminham através de si próprios 6: Redes Móveis e sem Fios

Taxonomia de Redes sem Fios
Salto único Saltos múltiplos host liga-se à estação de base (WiFi,WiMAX, cellular) que se liga à Internet O host pode ter que passar por vários nós relay sem fios para se ligar à Internet: mesh net Infra-estructura (i.e., APs) Sem estação de base, sem ligação à Internet. Pode ter que usar relays Para atingir um dado nó sem fios na MANET, VANET Sem Infra-estructura Sem estação de base nem Ligação à Internet (Bluetooth, redes adhoc) Discutidos as várias peças das redes sem fios, vamos ver como essas peças podem ser combinadas para formar diferentes tipos de redes sem fios. Usar uma taxonomia é adequado porque nos permite organizar as ideias e aprofundar os diferentes tópicos sobre redes sem fios usando este livro ou outras fontes. No nível mais alto podemos classificar as redes sem fios usando dois critérios O número de saltos sem fios que um pacote precisa de fazer Quando existe ou não uma infra-estrutura de rede com fios Exemplos dos vários tipos: Com infra-estrutura um único salto – Aulas, cafés, bibliotecas, redes telefónics celulares Com infra-estrutura vários saltos – Redes de sensores, meshs Sem infra-estrutura um único salto – Redes bluetooth, ad hoc Sem infra-estrutura vários saltos- Redes Móveis, Redes de Veículos Vamos dar mais importância às redes com infra-estrutura 6: Redes Móveis e sem Fios

Características das Ligações Sem Fios (1)
Diferenças para as ligações com fios …. Força decrescente do sinal : o sinal de rádio é bastante atenuado quando se propaga através do meio (perdas do percurso) Interferência com outras fontes: as frequências normalizadas para redes sem fios (i.e., 2.4 GHz) são partilhadas com outros dispositivos como telefones ; Também há interferência com motores por exemplo Propagação multi-percurso: o sinal de rádio reflecte-se na superfície dos objectos e no chão, chegando ao destino em várias réplicas do sinal em instantes diferentes. …. Torna a comunicação (mesmo ponto-a-ponto)através de ligações sem fios muito mais “complicada” Vamos começar por considerar uma rede simples com fios por exemplo em casa com uma ligação ethernet com fios a um comutador Ethernet para interligação de dois PCs. Vamos substituir as placas Ethernets nos dois PCs por placas para ligações sem fios e o comutador Ethernet por um ponto de acesso. Não há grandes mudanças em termos da rede. Vamos focar na camada de ligação para tentar encontrar diferenças entre as redes com fios e sem fios. Podemos encontrar diferenças importantes entre os dois os dois cenários: ´Força descrescente do sinal – o sinal dispersa-se e perde força Interferência de outras fontes – Há telefones sem fios que transmitem na mesma frequência. Adionalmente pode haver interferência de outros sinais electro magnéticos. Propagação em percursos múltiplos – se houver objectos em movimento podem provocar modificações ao longo do tempo Esta discussão sugere que os erros nos bits são mais comuns nas ligações sem fios que nas com fios. Por esta razão e sem surpresas, os protocolos de ligação sem fios (como o ) empregam não apenas códigos CRC poderosos para detecção de erros mas também protocolos de transferência fiável de dados no nível de ligação que retransmitem os quadros corrompidos. 6: Redes Móveis e sem Fios

SNR: signal-to-noise ratio Maior SNR – mais fácil extrair o sinal do ruído (uma “coisa boa”) Compromissos SNR versus BER Dada a camada física: aumenta a potência -> aumenta SNR->diminui BER Dada a SNR: encontre uma camada física que se adapte aos requisitos BER, dando o máximo débito A SNR pode mudar com a mobilidade : adapte a camada física dinamicamente (técnica de modulação, débito) 10-1 10-2 10-3 BER 10-4 10-5 10-6 Tendo considerado os problemas que resultam da utilização duma ligação sem fios vamos mudar a nossa atenção para o host que recebe o sinal. Este recebe um sinal electromagnético que é uma combinação duma forma degradada (devido à atenuação, propagação multi-percurso, entre outros) do sinal original transmitido pelo transmissor e o ruído ambiente. A relação sinal ruído é uma medida relativa da força do sinal recebido e esse ruído. A SNR é medida normalmente em dB e é 20 vezes o logaritmo na base 10 da relação entre a amplitude do sinal recebido e amplitude do ruído. Para os nossos objectivos basta saber que quano maior for a SNR mais fácil extrair o sinal do ruído de fundo. A figura no slide mostra a taxa de erros de bits (BER), i.e. a probabilidade de receber um bit errado em função do SNR para três técnicas de modulação diferentes para transmissão de informação através dum canal sem fios ideal. A teroria da modulação e codificação é do âmbito de outras disciplinas, bem como a extracção do sinal e BER. Apesar disso a figura mostra várias características da camada física que é importante compreender os protocolos de comunicação sem fios de nível superior. Para um dado esquema de modulação quanto mais alto for o SNR mais baixa é a BER. Uma vez que o originador pode aumentar o SNR aumentando a potência de transmissão, pode diminuir a probabilidade de recepção de um quadro errado aumentando a sua potência de transmissão. Note que contudo há um ganho prático bastante baixo se se pretende diminuir a BER de 10^-12 para 10^-13. Há ainda desvantagens associadas com o aumento da potência de transmissão: mais energia consumida pelo transmissor e há maior possibilidade de interferir com outros originadores. Para um dado SNR, a técnica de modulação com uma maior taxa de transmissão (com ou sem erro) tem a maior BER. Uma selecção dinâmica da técnica de modulação da camada física pode ser usada para adaptar a técnica de modulação às condições do canal. Binary Phase Shift Keying) - Técnica de modulação digital que utiliza dois símbolos de fase para modular um bit (0 e 180 graus). Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Definition from: Wikipedia.com Quadrature Amplitude Modulation (QAM) is the encoding of information into a carrier wave by variation of the amplitude of both the carrier wave and a 'quadrature' carrier that is 90° out of phase with the main carrier in accordance with two input signals. Alternately, this can be regarded (using complex number notation) as simple amplitude modulation of a complex-valued carrier wave by a single complex-valued signal. What this actually means is that the amplitude and the phase of the carrier wave are simultaneously changed according to the information you want to transmit. QAM is used in NTSC and PAL television systems, where the in-phase and 90° components carry the components of chroma (colour) information. "Compatible QAM" or C-QUAM is used in AM stereo radio to carry the stereo difference information. It is also used extensively in modems, and other forms of digital communication over analogue channels. In digital applications, the modulating signal is generally quantised in both its in-phase and 90° components. The set of possible combinations of amplitudes, as shown on an x-y plot, is a pattern of dots known as a QAM constellation. 10-7 10 20 30 40 SNR(dB) QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) 6: Redes Móveis e sem Fios

Múltiplos transmissores e receptores sem fios criam problemas adicionais (para além do acesso múltiplo) A B C Força do Sinal de A space Sinal de C A B C Problema do terminal escondido B, A ouvem um ao outro B, C ouvem um ao outro A, C não podem ouvir-se entre si o que significa que não se apercebem da interferência em B Atenuação do sinal: B, A ouvem um ao outro B, C ouvem um ao outro A, C não podem ouvir-se interferem em B Uma taxa de erros nos bits alta não é a única diferença entre uma ligação com fios e uma ligação sem fios. Recordemos que no caso de ligações com fios partilhadas (com broadcast) todos os nós recebem a transmissão de outros nós. No caso das ligações sem fios a situação não é tão simples como se pode ver no slide. Suponha que a estação A transmite para B e e C transmite para B . Com o chamado problema do terminal escondido, obstáculos físicos no ambiente (por exemplo uma montanha ou um edifício) podem impedir A e B de se ouvirem embora interfiram no destino B. Isto é mostrado na figura (a). Um segundo cenário que resulta de colisões não detectáveis no receptor resulta no desvanecimento (fading) da força do sinal qunado se propaga através do meio sem fios. A parte (b) da figura mostra a situação onde A e C estão colocados de tal forma que os respectivos sinais não são suficientemente fortes para serem detectados por eles mas são fortes o suficiente para interferirem um com outro na estação B. Ver-se-á mais adiante o problema do terminal escondido e o desvanescimento tornam o acesso partilhado numa rede sem fios bastante mais complexo que nas redes com fios 6: Redes Móveis e sem Fios

Code Division Multiple Access (CDMA)
Usado em vários normas para canais broadcast sem fios (celular, satélite, etc) Código único atribuído a cada utilizador, i.e. partição do conjunto de códigos Todos os utilizadores partilham a mesma frequência, mas cada um deles tem a sua própria sequência de transporte (i.e. código) para codificar os dados Sinal codificado = (dados originais) X (chipping sequence) Descodificação = produto interno do sinal codificado com a sequência de transporte (chipping) Permite a “coexistencia” de múltiplos utilizadores que transmitem simultaneamente com mínima interferência (se os códigos forem ortogonais) Deve-se recordar de cadeiras anteriores que quando os hosts comunicam através dum meio partilhado, há necessidade de um protocolo para que os sinais enviados por múltiplos transmissores não interfiram no receptor. Falou-se em três classes de protocolos de acesso ao meio: partição do canal, acesso aleatório e utilização de tokens. A partição de canal é baseado em multiplexagem no tempo ou na frequência. O acesso aleatório é usado pelo Ethernet e o a utilização de tokens é usado por exemplo em redes token ring. O CDMA pertence à família de protocolos de partilha de canal. É usado em redes locais sem fios e redes celulares. É suficientemente importante para merecer aqui algum destaque. No protocolo CDMA cada bit a ser enviado é codificado multiplicando-o por um sinal que muda a uma maior velocidade (conhecida como taxa de chipping) que a sequência de bit de dados. 6: Redes Móveis e sem Fios

CDMA Codificação/Descodificação
channel output Zi,m d1 = -1 1 - Zi,m= di.cm data bits d0 = 1 1 - 1 - 1 - sender slot 1 channel output slot 0 channel output code slot 1 slot 0 Di = S Zi,m.cm m=1 M received input 1 - 1 - d0 = 1 A figura mostra um cenário simples de codificação e descodificação CDMA. Suponha que a taxa em que os dados originais chegam ao codificador CDMA como sendo a unidade de tempo. Isto é para cada bit dos dados originais ser transmitido precisamos de uma unidade de tempo. Cada unidade de tempo é depois dividido em M mini-slots. Na figura M=8, embora na prática M seja maior d1 = -1 slot 1 channel output slot 0 channel output code receiver slot 1 slot 0 6: Redes Móveis e sem Fios

Problema 1 Qual seria o valor de saida do transmissor se o código CDMA fosse (1,-1,1,-1,1-1,1-1)? 6: Redes Móveis e sem Fios

CDMA: Interferência de duas transmissões
6: Redes Móveis e sem Fios

Problema 2 Apresente um exemplo de 2 Tx e 2 Rx, apresente um exemplo de código CDMA que não permita aos dois receptores extrair os bits originais dos dois transmissores. 6: Redes Móveis e sem Fios

Redes Locais sem fios IEEE 802.11
Gama 5-6 GHz Até 54 Mbps 802.11g Gama GHz 802.11n: antenas múltiplas Gama GHz Até 200 Mbps 802.11b 2.4-5 GHz espectro sem licença Até 11 Mbps direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada física Todos os hosts usam o mesmo código de “chipping” Existe desde os locais de trabalho, casa, isntituições de ensino, cafés, aeroportos e esquinas de rua, as redes LAN sem fios são a tecnologia de acesso na Internet de hoje. Embora tenham sido desenvolvidas nos anos 90 muitas tecnologias e normas para redes locais sem fios uma classe de normas ganhou essa guerra : as redes locais sem fios IEEE também conhecida como WiFi. Nesta secção vamos examinar vamos dar uma olhada pelas LAN , examinar a estrutura de quadro e o seu protocolo de acesso ao meio e a interligação entre as LANs e Ethernet. Há várias normas para tecnologia de redes locais sem fios, incluindo a b, ª e g. Na primavera de 2007 apareceram as primeiras placas g. Há varios dispositivos com modo dual ag e triplo abg. As três normas partilham muitas características. Usam o mesmo protocolo de acesso ao meio CSMA/CA que vamos discutir posteriormente. Também usam a mesma estrutura de quadro. Também têm a possibilidade de reduzir a sua taxa de transmissão para atingirem distâncias maiores. Todas permitem o modo infra-estrutura e o modo ad hoc. As suas maiores diferenças estam na camada física em termos da gama de frequências como do débito de dados como se mostra no acetato. Uma norma nova a n está a aparecer e usa antenas MIMO (multiple input – multiple output) permitindo débitos superiores a 100 Mbps Todas usam CSMA/CA para acesso múltiplo Todas têm versões com estação de base e para redes ad-hoc 6: Redes Móveis e sem Fios

Arquitectura da LAN Internet Cada host sem fios comunica com uma estação de base Estação de Base = Ponto de Acesso (AP) Cojunto básico de serviço (BSS) (aka “cell”) no modo infra-estrtutura contém: Hosts sem fios Pontos de Acesso (AP): Estações de Base AP hub, switch or router AP BSS 1 A figura do slide ilustra os componentes principais da arquitectura da rede LAN A peça fundamental é o conjunto basico de serviço (BSS). Um BSS contém uma ou mais estações sem fios e uma estação base central conhecida como ponto de acesso (AP). A figura mostra um AP em cada BSS interligados por um switc ou router, ligados por seu lado à Internet. Numa rede de casa há um AP e um router (tipicamente ´integrados num único equipamento) que ligam a BSS à Internet. Como com os dispositivos Ethernet, cada estação sem fios tem endereço MAC de 6 bytes armazenado no seu firmware. Cada AP tb tem um endereço MAC para sua interface sem fios. Tal como na Ethernet, esses endereços são administrados pelo IEEEs e teoricamente únicos. Como já foi dito anteriormente, redes sem fios que integram APs são designadas como Redes Sem fios de infra-estrutura, sendo a infra-estrutura o AP e sua ligação ethernet com fios ao router. BSS 2 6: Redes Móveis e sem Fios

Arquitectura da LAN Cojunto básico de serviço (BSS) em modo Ad hoc contém: Hosts sem fios BSS A figura mostra que estações IEEE podem também agrupar-se numa rede ad hoc. Não há nenhum controlo central e sem ligações para o mundo exterior. Aqui a rede é formada em voo por dispositivos móveis que se encontram próximos e tiverem necessidade de comunicar e não encontraram qualquer infra-estrutura de rede no local. Pode-se formar uma rede deste tipo quando pessoal com portatéis se junta (por exemplo numa reunião) num comboio num autocarro e resolve trocar dados sem qualquer AP centralizado. Há um interesse crescente em redes ad hoc uma vez que os dispositivos portateis com capacidade de comunicação proliferam. A seguir vamos concentrar a nossa atenção em redes LAN com infra-estrutura. 6: Redes Móveis e sem Fios

802.11: Canais e Associação host: deve associar-se a um AP
802.11b: gama do espectro 2.4GHz-2.485GHz dividido em 11 canais com diferentes frequências AP admin escolhe a frequência para o AP Possível interferência: escolha do mesmo canal que um AP vizinho ! host: deve associar-se a um AP Varre os canais, ouvindo os quadros de orientação (beacon frames) contendo o nome do AP (SSID) e endereços MAC Selecciona um AP para se associar Pode autenticar-se (ver Capítulo 8) Tipicamente corre o DHCP para obter um endereço IP na subrede do AP No cada estação sem fios precisa de se associar com um AP antes de pode eneviar ou receber dados da camada de rede. Embora todas as normas usem associação, vamos discutir este tópico especificamente no contexto da norma IEE bg. Quando um administrador de rede instala um AP atribui um identificador de 1 ou duas palavras designado Service Set Identifier (SSID). Para além disso o administrador atribui um número de canal ao AP. Para entender o número de canal recorde que que o opera na gama de frequências entre 2.4 e GHz. Nesta banda de 85 MHz o define 11 canais parcialmente sobrepostos. Quaiquer 2 canais são não sobrepostos se estiverem separados por 4 ou mais canais. Em particular o conjunto 1,6,11 são o único conjunto de 3 canais não sobrepostos disponíveis. Isto significa que um administrador pode criar uma LAN sem fios com um débito máximo agregado de 33 MBps instalndo três APs no mesmo local atribuindo os canais 1.6 e 11 aos APs e ligando-os a um switch. Precebidos os canais, vamos descrever uma situação interessante (e não completamente incomum) o Wi-Fi jungle (emaranhamento). Trata-se dum localização física em que uma estação sem fios recebe um sinal suficientemente forte de dois ou mais APs. Por exemplo em muitos cafés de NYC uma estação wireless pode apanhar o sinal de vários APs. Um AP gerido pelo café, outro dos prédios vizinhos. Cada um dos APs deveria estar em diferentes sub-nets e com um cana atribuído de forma independente. Agora suponha que entra nesse Jungle Wi-Fi com o seu portátil e pretende ter acesso Internet. Suponha que há 5 APs. Para ter acesso Internet o seu labtop precisa de se juntar precisamente a uma das subnets e associar-se a um dos APs. Associação significa criar um cabo virtual entre si e o AP. Assim só vão ser trocados pacotes com o AP em questão. Mas como se deve a estação associar-se? Como saber que AP, se houver, está fora desse Jungle. O requer que um AP envie periodicamente quadros de orientação (beacon frames) cada uma das quais inclui o identificador e o endereço MAC do AP. A sua estação sem fios sabendo que o AP está a enviar essas beacon, varre os 11 canais procurando algum AP fora disso. Tendo registado os APs disponíveis, a estação escolhe um para se associar. A norma não especifica um algoritmo para associação, deixando-o ao critério dos fabricantes do firmware da estação. Tipicamente o host escolhe o AP cuja beacon frame foi recebida com o sinal mais forte. Embora a força do sinal do AP seja um critério, não é o único que determina o seu desempenho. Por exemplo pode ser que o AP com sinal mais forte esteja sobrecarregado de hosts e um AP com um sinal ligeramente mais fraco não tenha tantos hosts ligados. Há uma série de alternativas propostas para escolher o AP. 6: Redes Móveis e sem Fios

Problema 3 Suponha que há dois ISPs disponibilizando acesso WiFi num café, cada um dos quais a operar o seu AP e tendo o seu próprio bloco de endereços IP Suponha adicionalmente que cada ISP configurou o seu AP para funcionar no canal 11. Será que o protocolo deixa de funcionar nesta situação? O que acontece se 2 estações cada uma de um ISP tentam transmitir ao mesmo tempo. Responda às mesmas questão se um AP funcionar no canal 1 e outro no canal 11. As suas respostas mudam? 6: Redes Móveis e sem Fios

802.11: Varrimento Activo/Passivo
BBS 1 BBS 1 BBS 2 BBS 2 AP 1 AP 2 AP 1 1 AP 2 1 1 2 2 2 3 3 4 H1 H1 Varrimento Passivo: beacon frames enviadas dos APs Quadro de pedido de associação enviada pelo H1 para o AP seleccionado Quadro de resposta de associação enviada para o H1 pelo AP seleccionado Varrimento Activo Pedido de prova enviada de H1 Resposta de prova enviada dos APs Quadro de pedido de associação enviada pelo H1 para o AP seleccionado Quadro de resposta de associação enviada para o H1 pelo AP seleccionado O processo de varrimento de canais e escuta das frames beacon é conhecido como varrimento passivo. Um host sem fios também pode fazer o varrimento activo difundido um pedido de prova para os APs na sua área de cobertura. Para se associar com um AP particular, o host sem fios pode ter necessidade de se autenticar perante o AP. Estão previstos uma série de mecanismos de autenticação e de acesso na norma LAN. Uma abordagem possivel é autenticação via endereço MAC. Uma segunda alternativa é a utilização de username/password. Em ambos os casos o AP comunica tipicamente com um servidor de autenticação trocando informação usando um protocolo como o Radius [RFC 2865] ou DIAMETER[RFC 3588]. A separação do servidor de autenticação do AP permite a um mesmo servidor de autenticação centralizar as decisões (frequentemente sensíveis ) de autenticação e acesso, diminuindo a complexidade (e o custo) dos APs. 6: Redes Móveis e sem Fios

Acesso mútiplo no IEEE Evitar colisões: 2+ nós a transmitir simultaneamente. 802.11: CSMA – Ouvir antes de transmitir Não colidir com uma transmissão de outro nó em curso 802.11: Não há detecção de colisão ! É dificil receber (ouvir colisões) quando se transmito devido à fraqueza do sinal recebido (desvanescimento, fading) Em qualquer caso não se consegue ouvir as colisões em todas situações: terminal escondido, fading Objectivo: Evitar colisões: CSMA/C(ollision)A(voidance) A B C Força do sinal A space sinal C Inspirados pelo estrondoso sucesso da Ethernet e do seu protocolo de acesso aleatório, os engenheiros do escolheram um protocolo de acesso aleatório para as LAN Este protocolo é designado como CSMA com prevenção de colisão (Collision Avoidance) ou mais sucintamente CSMA/CA. Como no Ethernet o CSMA significa Carrier Sense Multiple Access. Embora tal como o Ethernet use acesso aleatório com escuta de portadora os dois protocolos MAC têm diferenças importantes. Primeiro, em vez de usar detecção de colisões, o usa técnicas de prevenção de colisão. Segundo por causa das taxas de erros de bit relativamente altas dos canais sem fios, o ao contrário da Ethernet usa um esquema de confirmação/retransmissão na camada de ligação que passamos a descrever. 6: Redes Móveis e sem Fios

Protocolo de Controlo de Acesso ao Meio (MAC) do IEEE 802.11 : CSMA/CA
Transmissor 1 Se se apercebe do canal inactivo durante o tempo DIFS então Transmite o quadro completo (sem CD) 2 Se o canal estiver ocupado então arranca um tempo aleatório de backoff O temporizador faz uma contagem decrescente à espera do canal inactivo Transmite quando o tempo termina Se não tiver confirmação (ACK), aumenta o intervalo aleatório do tempo de backboff, e repete o passo 2 Receptor - Se o quadro recebido estiver OK devolve o ACK após o tempo SIFS (ACK é necessário por causa do problema do terminal escondido) sender receiver DIFS data SIFS ACK Lembre-se que com o o algoritmo de detceção de colisão da Ethernet uma estação escuta no canal enquanto transmite. Se, durante a transmissão, ela detectar que outra estação está também a transmitir, aborta a transmissão e tenta transmitir novamente depois de um pequeno período de tempo aleatório. Pelo facto da potência do sinal recebido ser muito pequena quando comparada com a do sinal transmitido num adaptador , é dificil (e caro) produzir hardware que permita detectar uma colisão. Mais importante, mesmo que o adaptador transmite e escute ao mesmo tempo (e presumivelmente aborta a transmissão quando se apercebe que o canal está ocupado), não será mesmo assim capaz de detectar todas colisões devido ao problema do terminal escondido e do desvanescimento (fading) já discutidos. Como a rede sem fios não usa a detecção de colisão, uma vez que a estação começa a transmitir um quadro não volta atrás e transmite-o completamente. Como seria de esperar, transmitir quadros inteiros (especialmente se forem grandes) quando prevalecem as colisões pode degradar de forma significativa o desempenho do protocolo de acesso ao meio. Para reduzir a possibilidade de colisões o utiliza uma série de técnicas de prevenção de colisão a que voltaremos mais tarde. Antes disso vamos olhar para os mecanismos de confirmação usados na camada de ligação. Recordemos que quando uma estação sem fios envia um quadro este pode não chegar intacto ao destinatário por uma série de razões. Para lidar com a probabilidade de falha que não é de neglicenciar, o protocolo MAC do usa confirmações (ACks) no nível de ligação. Como se mostra na figura quando uma estação recebe um quadro que passa o teste de verificação do CRC, espera um curto periodo de tempo chamado Short Inter Frame Spacing (SIFS) antes de responder com o quadro de confirmação. Se a estação transmissora não recebe o ACK dentro deum certo período de tempo, assume que existe erro e retransmite o quadro, usando o protocolo CSMA/CA para aceder ao canal. Se não for recebida a confirmação para um número pré-definido de retransmissões, a estação transmissora desiste e descarta o quadro. Tempo 6: Redes Móveis e sem Fios

CSMA/CD versus CSMA/CA
CSMA/CD (Ethernet) Transmite mal se aperceba que o canal está livre CSMA/CA Apercebe-se que o canal está livre mas refreia a sua vontade de transmitir e conta a partir dum valor aleatório de forma decrescente até zero antes de transmitir Porquê a Diferença? 6: Redes Móveis e sem Fios

Problema 4 No passo 4 do protocolo CSMA/CA, uma estação que transmite com sucesso um quadro começa no passo 2 e não no passo 1. Que raciocínio fizeram os engenheiros do para não permitir essa estação enviar imediatamente o quadro seguinte (se detectar o canal livre)? 6: Redes Móveis e sem Fios

CSMA/CD versus CSMA/CA
Uma terceira estação está a transmitir; estão 2 à espera. Ethernet Começam logo a transmitir e dá colisão Não é grave Há mecanismos de detecção de colisão Wireless Esperam um tempo de contagem random Uma delas ganha e começa a transmitir A outra ouve a vencedora e deixa de contar à espera do canal livre Pode ocorrer na mesma se as 2 estações estiverem escondidas uma da outra Escolhem tempos muito próximos 6: Redes Móveis e sem Fios

Prevenção de Colisão (mais)
ideia: permitir ao transmissor reservar o canal em vez acesso aleatório dos quadros de dados: evitar colisões em quadros de dados longos. O transmissor primeiro envia pacotes pequenos com pedido de envio (request-to-send ,RTS) para a BS usando o CSMA As RTSs podem também colidir (mas são pequenas) A estação de base (BS) difunde clear-to-send (CTS) em resposta ao in response to RTS CTS ouvido por todos nós Transmissor envia o quadro de dados As outras estações atrasam (deferem) as suas transmissões O MAC também inclui um esquema opcional que permite evitar colisões mesmo em presenca de terminais escondidos. Vamos introduzir este esquema num contexto em que temos duas estações e um AP a meio. Mas as estações não se ouvem por estarem fora da zona de cobertura uma da outra embora sejam ouvidas ambas pelo AP. Vamos agora ver porquê que os terminais escondidos são problemáticos. Suponha que estação H1 está a transmitir um quadro e mais ou menos a meio a estação H2 quer transmitir um quadro para o AP. Como o H2 não ouve H1, espera um intervalo DIFS e começa a sua transmissão resultando numa colisão. O canal vai ser assim desperdiçado durante a transmissão de H1 e durante a transmissão de H2. No sentido de evitar esta situação o protocolo permite a uma estação enviar pacotes curtos RTS e CTS para reservar o acesso ao canal. Ver no slide. O uso de quadros RTS e CTS pode aumentar o desempenho de duas formas: O problema do canal escondido, uma vez que um quadro de dados longo é enviado apenas depois de reservar o canal. Como os quadros RTS e CTS são curtos, as colisões que os envolvem são apenas durante a duração desses quadros. Uma vez correctamente , os quadros seguintes de dados e ack podem ser transmitidos sem colisões. Embora a troca de RTS/CTS possa ajudar a reduzir colisões, também introduzem atrasos e consomem recursos do canal. Por esta razão, a troca RTS/CTS é apenas usada para reservar o canal para transmitir quadros longos de dados. Na prática, cada estação sem fios pode definir um limiar para RTS de forma a que a sequência RTS/CTS seja usada apenas para quadros que sejam superiores a esse limiar. Para muitas estações o limiar é superior que o máximo tamanho de quadro pelo que o esquema RTS/CTS nunca é usado. Evitar por completo colisões de quadros de dados com recurso a pequenos pacotes de reserva! 6: Redes Móveis e sem Fios

Collision Avoidance: RTS-CTS exchange
B AP RTS(A) RTS(B) reservation collision RTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) defer time 6: Redes Móveis e sem Fios

Problema 5 Suponha que uma estação é configurada para reservar sempre o canal com uma sequência RTS/CTS. Suponha que a estação subitamente transmitir 1000 bytes de dados e todas as outras estações estão em repouso nesse instante. Como função do SIFS e do DIFS e ignorando atrasos de propagação and erros de bits, calcule o tempo necessário para transmitir o quadro e receber a confirmação. 6: Redes Móveis e sem Fios

Ligações ponto-a-ponto 802.11
pode ser usado com antenas direccionais para ligações ponto-a-ponto de dezenas de Km Hardware de baixo custo Antenas direccionais Potência reforçada Exemplo na Índia [Raman 2007] 6: Redes Móveis e sem Fios

Quadro 802.11 : Payload e CRC Payload – Datagrama IP ou pacote ARP
frame control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 seq Payload – Datagrama IP ou pacote ARP Embora possa ir até 2,312 bytes normalmente é inferior a 1500 bytes CRC (Cyclic Redundancy Checking) Permite ao receptor detectar erros no quadro recebido É bastante útil porque aqui há erros mesmo ! Embora o quadro partilhe muitas similaridades com o quadro Ethernet tem uma série de campos que são específicos para uso em ligações wireless. O quadro é mostrado no slide. PayLoad e CRC 6: Redes Móveis e sem Fios

Quadro 802.11 : endereçamento
frame control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 seq Endereço 4: usado apenas no modo ad hpc Endereço 1: endereço MAC do host sem fios ou AP destinatário do quadro Endereço 3: endereço MAC da interface do router a que o AP está ligado Talvez a diferença mais importante no quadro seja o facto de incluir 4 endereços, cada um dos quais pode armazenar um endereço MAC de 6 bytes. Porquê 4 endereços? Não são suficientes dois como na Ethernet? Três endereços são necessários com o objectivo de interligação. Especificamente para mover um datagrama duma estação sem fios para um router através dum AP. O quatro endereço quando APs trocam entre si quadros no modo ad hoc Endereço 2: endereço MAC do host sem fios ou AP que transmite o quadro 6: Redes Móveis e sem Fios

Quadro 802.11: endereçamento
Internet AP router AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr address 1 address 2 address 3 frame H1 R1 R1 MAC addr H1 MAC addr dest. address source address 802.3 frame 6: Redes Móveis e sem Fios

Quadro 802.11 : Outros campos frame seq # (for reliable ARQ)
duration of reserved transmission time (RTS/CTS) frame control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 seq Type From AP Subtype To More frag WEP data Power mgt Retry Rsvd Protocol version 2 4 1 Recordemos que no quando uma estação recebe correctamente um quadro de outra estação, envia de volta uma confirmação. Como as confirmações podem se perder, a estação transmissora pode enviar cópias múltiplas do mesmo quadro. Como já estudamos no TCP isso pode ser resolvido com números de sequência. Os números de sequência têm precisamente o mesmo papel que no TCP. Também já vimos que uma estação pode reservar o canal durante um período do tempo correspondente a enviar o quadro de dados e receber a confirmação. Esse valor é colocado no campo duração. A parte correspondente ao controlo do quadro inclui muitos sub-campos. O tipo e subtipo indicam o tipo de quadro. O campo To e From servem para definir o significado dos campos de endereço. O significado destes campos mudam dependendo de quando se usa o modo ad hoc ou infra-estrutura e neste último caso quando é a estação sem fios ou o AP a enviar o quadro. Finalmente o WEP indica qunado se usa ou não cifragem. frame type (RTS, CTS, ACK, data) 6: Redes Móveis e sem Fios

802.11: Mobilidade na mesma subrede
H1 permanece na mesma sub-rede: o endereço IP pode ser o mesmo Switch: a que AP está associado H1? Auto-aprendizagem (Cap.5, Kurose): o switch vai ver o quadro proveniente de H1 e recordar que porta do switch pode ser usada para chegar a H1 router hub or switch BBS 1 AP 1 AP 2 No sentido de aumentar a cobertura física da rede local sem fios, empresas e universidades frequentemente mantêm múltiplas BSS na mesma subrede IP. Isto coloca naturalmente o problema da mobilidade entre BSSs – como é que uma estação sem fios de move graciosamente duma BSS para outra mantendo as suas conexões TCP activas? Como veremos aqui a mobilidade pode ser gerida de forma trivial quando as BSSs são parte da mesma subrede. Quando a estação sem fios se move entre su-redes diferentes são necessários protocolos mais sofisticados de estão de mobilidade. Vamos concentramos agora nesta situação mais simples. Como se mostra na figura como o equipamento que interliga as duas BSSs não é um router, todas as estações nas BSSs incluindo os APs pertencem à mesma subrede. Quando o H1 se move da BSS1 para a BSS2, pode manter o seu endereço IP e manter activas todas as suas conexões IP. Se a interligação fosse feita via router, então H1 tinha que obter um novo endreço IP na subrede de destino. Esta mudança de endereço podia quebrar (ou mesmo terminar) conexões TCP activas. Mas o que realmente acontece na mudança? H1 move-se para longe de AP1. O sinal de AP1 torna-se fraco e começa a fazer o varrimento para obter um sinal mais forte. Recebe quados beacon de AP2 (em muitas empresas e universidades dá-se o mesmo SSID às duas). Ele desassocia-se de AP1 e associa-se de AP2 mantendo as suas ligações TCP activas. Isto resolve o problema do handoff do ponto de vista do host e AP. Mas e o switch. Como se apercebe que o host se moveu do AP1 para o AP2? Como já se aprendeu os switches têm auto-aprendizagem e constroem automaticamente as suas tabelas de expedição. Mas esta capacidade é boa para mudanças ocasionais (um funcionário que mudou de departamento) e não para utilizadores com grande mobilidade que queiram manter as suas conexões activas mesmo quando se movem entre BSSs. Antes da mudança, o switch tem na sua tabela de expedição uma entrada o par endereço MAC de H1 e a respectiva interface de saída. Se H1 esta inicialmente na BSS1 então o datagramas a ele destinados são enviados para o AP1. Quando ele se associa com a BSS2 os seus quadros devem ser enviados para o AP2. Uma solução seria o AP2 enviar um quadro Ethernet de broadcast com o endereço de H1 para o switch logo à sguir à associação. Quando o switch recebe o quadro de broadcast o switch actualiza a sua tabela de expedição, permitindo ao H1 ser atingido via AP2. Os grupos de normalização do estão a desenvolver um protocolo Inter-AP para tratar deste tipo de problemas. H1 BBS 2 6: Redes Móveis e sem Fios

802.11: Funcionalidades avançadas
Adaptação da taxa de transmissão A estação de base e o host móvel, mudam dinamicamente a sua taxa de transmissão (técnica de modulação da camada física) conforme o host se move, o SNR varia 10-1 10-2 10-3 BER 10-4 10-5 10-6 10-7 10 20 30 40 SNR(dB) 1. A SNR diminui, a BER aumenta conforme o nó se afasta da estação de base Vimos anteriormente que para cenários de SNR diferentes são adequadas diferentes técnicas de modulação com taxas de transmissão diferentes. Considere um utilizador móvel inicialmente a 20 metros do AP com uma SNR alta. Dado o alto SNR, o utilizador usa uma técnica de modulação que lhe disponibilize uma alta taxa taxa de transmissão mantendo a BER baixa. Se o utilizador se distancia do AP, a SNR diminui e mantendo a técnica de modulação chega a um ponto que a BER atinge valores inaceitáveis. Eventualmente nenhum quadro transmitido é recebido correctamente. Por esta razão, algumas implementações do têm uma adaptação de taxa de transmissão que selecciona a técnica de modulação da camada física adequada. Por exemplo, na implementação da Lucent WaveLan-II 8º2.11b existem múltiplas taxas de transmissão. Se um nó envia dois quadros sem receber uma confirmação (indicação implícita de erros no canal) a taxa de transmissão cai para a próxima mais baixa. Se forem confirmados 10 quadros numa fila e o temporizador relativo à ultima queda expira, a taxa sobe para a próxima mais alta. Trata-se a um mecanismo de prova parecido com o que já foi estudado para o controlo de congestão do TCP. Foram propostos mecanismo mais sofisticados que melhoram esta técnica básica. QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) 2. Quando a BER se torna muito grande mude-se para uma taxa transmissão mais baixa mas com BER mais pequena. BPSK (1 Mbps) operating point 6: Redes Móveis e sem Fios

802.11: Funcionalidades avançadas
Gestão da Energia node-to-AP: “Vou adormecer até o próximo quadro beacon” O AP sabe que não transmite quadros para o nó O nó acorda antes dó próximo quadro beacon Quadro beacon: contém a lista dos dos nós móveis com quadros em espera no AP O nó acorda se há quadros em espera, caso contrário adormece até ao próximo quadro beacon A energia é um recurso precioso em dispositivos móveis e a norma disponibiliza capacidades para a gestão de energia que permite aos nós minimizar o tempo em que o seus circuitos de escuta, transmissão, recepção entre outros têm que permanecer activos. Isto é feito normalmente entre quadros beacon que são enviados de 100 em 100 ms. Com esta estratégia o nó pode permanecer adormecido 90% do tempo. O tempo para acordar são 250 microsegundos e o tempo para processar o quadro beacon é da mesma ordem de grandeza. 6: Redes Móveis e sem Fios

Próxima aula Introdução Acesso celular à Internet

Para além do 802.11 802.11 Duas outras normas IEEE para protocolos
Comunicação entre dispositivos a menos de 100m Comunicação a maior distância para ligações ponto-a-ponto Antenas direccionais Duas outras normas IEEE para protocolos Distâncias mais curtas – Comunicação Bluetooth Distâncias maiores – WiMax 6: Redes Móveis e sem Fios

802.15: Rede Pessoal sem Fios (WPAN)
Menos que 10 m de diâmetro Substituição de cabos (rato, teclado, auriculares) ad hoc: sem infra-estructura Mestre/Escravo: Escravos pedem permissão para enviar (para o mestre) Meste autoriza pediddos 802.15: evolução da especificação Bluetooth GHz Banda rádio Até 721 kbps I E I Raio de Cobertura M E I E P A rede opera a curta distância a baixa potência e baixo custo constituindo uma tecnologia de baixo débito para interligar portáteis, dispositivos periféricos, telefones celulares e PDAs, enquanto a é uma tecnologia de alta potência, média distância e mais alto débito. Por esta razão as redes são chamadas Redes Pessoais Sem Fios (WPAN). A camada física e a camada de ligação é baseada na especificação Bluetooth mais antiga para redes pessoais (PAN). A rede opera a 2.4GHz, uma banda de rádio sem necessidade de licença, usa a multiplexagem no tempo (TDM) e transmite num de 79 canais. A mudança de canal é feita de forma conhecida e pseudo-aleatória de intervalo para intervalo temporal. O intervalo temporal é de 625 microsegundos. Durante cada pedaço de tempo, o transmissor transmite num dos 79 canais. Esta forma de saltar de canal para canal é conhecida como Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), espalha transmissões no tempo na gama de frequência e pode conseguir débitos até 4 Mbps. As redes são redes ad hoc : não é necessário um ponto de acesso para interligar os vários dispositivos. Por este motivo os dispsitivos têm que se organizar. Como se mostra no slide, os dispositivos organizam-se numa piconet de até 8 dispositivos activos. Um deles é designado por mestre e os restantes escravos. O mestre rege a piconet com os escravos a enviarem apenas no tempo seguinte ao tempo em que foram autorizados e só podem comunicar com o mestre que usa os slots de tempo ímpares para transmitir. Para além dos dispositivos escravos pode haver até 255 dispositivos inactivos na rede. Esses dispositivos não podem comunicar até o seu estado ter sido mudado para activo pelo nó mestre. Mais informação pode ser encontrada em referências sobre Bluetooth e no site IEEE para o M E Dispositivo mestre Dispositivo Escravo Dispositivo Inactivo I 6: Redes Móveis e sem Fios

802.16: WiMAX Ponto-a-Ponto Tal como & celular: modelo de estação de base (EB) Transmissões de/para EB por hosts com antenas omnidireccionais Backbone EB-para-EB com antenas ponto-a-ponto Ao contrário do : Cobertura ~ 6 milhas (“cidade em vez de café”) Milha = 1852 metros ~14 Mbps Ponto-Multiponto O WiMax (World Interoperability for Microwave Access) é a família de normas IEEE cujo objectivo é transferir dados em ligações sem fios para um grande número de utilizadores numa área de cobertura extensa com débitos equivalentes ao modem cabo e ADSL. A norma d actualiza a anterir a. A norma e tem como objectivo suportar a mobilidade a velocidades de milhas por hora (velocidade de auto-estrada em vários países não europeus) e tem uma estrutura de ligação diferente para pequenos dispositivos com limitação de recursos tal como PDA, telefones ou portáteis. A arquitectura é suportada pela noção de estação de base que serve centralmente um largo número de clientes (conhecidos assinantes da estação) associados com a EB. Neste sentido o WiMax é similar ao no modo de infra-estrutura e as redes celulares dos telemóveis. A EB coordena a transmissão dos pacotes da camada de ligação tanto na carga (nó para EB) como na descarga (EB para nó). 6: Redes Móveis e sem Fios

WiMAX:escalonamento carga/descarga
Quadro de Transmissão Subquadro de descarga: EB para nó Subquadro de carga : nó para EB pream. DL- MAP UL- DL burst 1 SS #1 burst 2 burst n Initial maint. request conn. downlink subframe SS #2 SS #k uplink subframe … EB diz aos nós quem vai receber (DL map) E quem vai enviar (UL map), e quando Usamos o termo pacote em vez de frame para para distinguir a unidade de dados da camada de ligação do quadro TDM mostrado no slide. O WiMax opera em multiplexagem do tempo embora os tempos de quadro sejam variáveis como discutiremos mais adiante. Observe-se que o WiMax também defina um modo de operação em multiplexagem de frequência mas não vai ser aqui coberto. No início do quadro a estação de base envia primeiro uma lista de mensagens MAP (Protocolo de Acesso ao Meio) de descarga que informa as estações dos assinantes a respeito das propriedades da camada física( esquema de modulação, codificação e parâmetros de controlo de erros) que serão usados para transmitir as próximas rajadas de pacotes no quadro. Pode haver múltipas rajadas de pacotes no quadro e vários pacotes no conjunto destinados à uma dada estação de assinante. Todos os pacotes no quadro são enviados usando as mesmas propreidades físicas. Todavia essas propriedades podem mudar para permitir a estação de base usar os esquemas de transmissão mais apropriados para a estação assinante. A estação de base escolhe o conjunto de receptores das condições estimadas do canal em cada receptor. Esta forma de escalonamento oportunista adaptando o protocolo de camada física às condições do canal entre o transmissor e o receptor, permite à estação base fazer o uso mais eficiente do meio sem fios. A norma WiMax não é mandatória a respeito dos parâmetros particulares da camada física que devem ser usados numa situação dada. É deixada esta decisão ao operador de rede. A estação de base WiMax também regula o acesso da estação do assinante (EA) ao canal de carga através do uso de mensagens MAP de carga. Essas mensagens controlam a quantidade de tempo de cada EA no quadro de carga subsequente. Mais uma vez a norma WiMax não especifica políticas particulares disponibilizando apenas os mecanismos que permitem dar diferentes quantidades de tempo de acesso ao canal para as diferentes estações. A porção incial do sub-quadro de carga é usada pelos subscritores para transmitir mensagens de controlo para pedir a admissão e autenticarem-se na rede WiMax e também mensagens de protocolos de nível superior tal como DHCP ou SNMP. No pacote MAC WiMax o único campo é o identificador de conexão. O WiMax é uma arquitectura orientada à conexão para ter associados QoS, parãmetros de tráfego e outra informação. A maneira como se disponibiliza o QoS não é especificada na morma embora haja suporte para ela. O WiMax anida continua em desenvolvimento Norma WiMAX standard disponibiliza mecanismo mas não o algoritmo de escalonamento 6: Redes Móveis e sem Fios

Ligações sem fios e características da rede CDMA Wi-Fi: Redes Locais sem fios Arquitectura Protocolo de acesso ao meio Quadro IEE Mobilidade na mesma sub-rede IP Funcionalidades avançadas no Para além do : Bluetooth e WiMAX Acesso celular à Internet Visão geral da Arquitectura Celular Revisão sumária das normas e tecnologias celulares Principios da Gestão da Mobilidade Endereçamento Encaminhamento para um nó móvel IP Móvel Gestão da Mobilidade em Redes Celulares Encaminhamento de chamadas para um utilizador móvel Handoffs no GSM Redes sem fios e Mobilidade: impacto nas camadas superiores Sumário Na secção anterior vimos como se acedia à Internet a partir dum host sem fios na vizinhança dum ponto de acesso Mas os pontos de acesso têm uma cobertura limitada (á volta de 100 m) e as normas WiMax estão ainda em desenvolvimento. O que fazemos quando não estamos na zona de cobertura dum ponto de acesso e não temos WiMax? Como o acesso telefónico sem fios está agora presente em qualquer canto de qualquer país, uma estratégia natural é estender as redes de celulares para não se limitarem ao acesso voz. Idealmente deve ser possível alto débito e os utilizadores poderem-se mover sem perder a sua conectividade. Com débito de carga e descarga suficientemente alto os utilizadores poderão mesmo manter conferências vídeo ao mesmo tempo que passeiam por aí. Este cenário não é muito longínquo. Neste instante já é disponibilizado acesso celular à Internet da ordem dos centenas de Kbps. Débitos da ordem dos Mbps estão disponíveis logo que serviços como EVDO e HSPA estiverem disponíveis. Nesta secção vai ser apresentada uma visão sumária das tecnologias actuais e emergentes de acesso celular à Internet. Mais uma vez o foco vai ser o primeiro salto entre o telefone celular e rede telefónica com fios. Mais à frente vamos ver como como as chamadas são encaminhadas quando o utilizador se move entre estações de base. Esta descrição sumária vai apenas dar uma visão simplificada e de alto nível das tecnologias celulares. As comunicações celulares são bastante extensas e exigem conhecimento profundo de tal forma que há cursos oferecidos só sobre este tópico. 6: Redes Móveis e sem Fios

Componentes de redes celulares
MSC liga as células à rede gere estabelecimento de chamadas manipula mobilidade cobre região geográfica Estação de Base (EB) análoga ao PA utizadores móveis ligam-se à rede via EA Interface ao ar: protocolo físico e de ligação entre a EA e os utilizadores móveis Célula Mobile Switching Center Rede Telefónica e Internet O termo celular refere-se ao facto de uma área geográfica estar dividida em várias áreas de cobertura chamadas células. Cada célula contém uma estação de base que transmite sinais e recebe sinais de estações móveis dentro da célula. A área de cobertura da célula depende de muitos factores , incluindo a potência de transmissão da estação de base, a potência de transmissão das estações móveis, os obstáculos dentro da célula e o tamanho das antenas na estação de base. Embora na imagem do slide cada estação esteja no meio da célula, actualmente muitos sistemas colocam as estações no canto onde três células se intersectam de forma a que uma única estação com antenas direccionais sirva três células. Como se pode ver na figura cada EB está ligada através de uma infra-estrutura com fios à Rede Telefónica com fios ou à Internet directa ou indirectamente via RFN. Especificamente, a figura mostra cada EB ligada a um MSC, Estação de comutação móvel, que gere o estabelecimento de chamadas de e para os utilizadores móveis. Um MSC contem as funcionalidades básicas duma central telefónica mais as funcionalidades adicionais para suportar a mobilidade dos utilizadores Rede com fios 6: Redes Móveis e sem Fios

Redes Celulares: o 1ºsalto
Duas técnicas para partilharo espectro rádio entre os móveis e a EB FDMA/TDMA combinados: Dividir espectro em canais de frequência e cada canal em pedaços (slots) de tempo CDMA: Acesso múltiplo por divisão de código frequency bands time slots Tipicamente ocorrem muitas chamadas simultâneas na mesma célula. Essas chamadas têm que partilhar a porção do espectro rádio alocado ao operador do serviço celular. A maioria dos sistemas celulares de hoje usam duas abordagens para partilhar o espectro rádio: Uma combinação da multiplexagem por divisão da frequência (FDM) com a multiplexagem por divisão do tempo (TDM) . Recordemos do primeiro capítulo que no FDM puro o canal é dividido em bandas de frequência e cada banda é alocada a uma chamada. Também devemos recordar que no TDM puro que o tempo é dividido em quadros e cada quadro em slots, com cada chamada a usar um slot em cada quadro. Numa combinação dos dois cada canal é dividido em sub-bandas de frequência e em cada sub-banda o tempo é dividido em quadros e slots. Assim num canal dividido em F sub-bandas e cada sub-banda em T slots, podem coexistir F*T chamadas simultâneas. Acesso múltiplo por divisão do código (CDMA)- Recordemos do que foi dado anteriormente que o CDMA não divide por frequência nem por tempo. Em vez disso os utilizadores partilham a mesma frequência e o mesmo tempo. A cada utilizador na célula é alocada uma diferente sequência de bits, chamada sequência de transporte (ou chipping). Como já foi visto, quando o transmissor e o receptor usam a mesma sequência de chipping, o receptor pode recuperar os dados enviados pelo transmissor mesmo em presença de envio simultâneo de outros transmissores. A maior vantagem do CDMA é que elimina a necessidade da alocação da frequência. Quando se usa FDM/TDM o utilizador é sensível a interferência de outros sinais na mesma frequência. Assim, a uma dad frequência só pode ser reusada se as células estiverem sufiicientemente afastadas para evitar essa interferência. Essa reutilização de frequências não é a principal preocupação quando se concebe os sistemas CDMA. 6: Redes Móveis e sem Fios

Normas e Tecnologias para Redes Celulares: visão sumária
Normalmente classificadas em gerações 1ªs gerações concebidas apenas para voz Pouco interessantes num curso de Redes Últimas gerações Suportam voz e dados Um calão de siglas para as várias tecnologias Interessante para descodificar o calão que ouvimos no dia a dia 1ª Geração (1G) Sistemas analógicos com FDMA apenas para comunicação por voz Quase extinta e substituída pela segunda geração (2G) já digital 6: Redes Móveis e sem Fios

Normas para Redes Celulares
2G systems: canais de voz IS-136 TDMA: FDMA/TDMA combinados (América do Norte) GSM (global system for mobile communications): FDMA/TDMA combinado Mais usado IS-95 CDMA: code division multiple access Os sistemas de segunda geração, embora digitais, foram também concebidos apenas para comunicação voz. Mas como os actuais sistemas 2.5G e 3 G, que já transportam dados, foram concebidos a partir dos sistemas 2G, é importante dizer alguma coisa sobre os sistemas 2G. Um telefone 2G converte o sinal de voz analógico em sinal digital antes de o modular e transmiti-lo através do ar. Foram desenvolvidas várias normas 2G incluindo: Global Systems for Mobile Communications (GSM):nos anos 80 os Europeus reconheceram a necessidade dum sistema digital à escala europeia que substituísse os seus sistemas analógicos incompatíveis que permitisse a mobilidade entre países e funcionalidades adicionais não suportadas pela rede analógica. Isto conduziu ao GSM que nos anos 90 teve uma larga difusão e sucesso quer na Europa como nos restantes continentes e que é o sistema mais utilizado actualmente. A norma GSM para os sistema celulares 2G usa uma combinação do FDM/TDM para a interface para o ar. O GSM consiste em bandas de frequência de 200 KHz em que cada uma suporta oito chamadas por TDM. O GSM codifica a voz a 13 Kbps e 12.2 Kbps. IS-95 CDMA : O IS-95 CDMA usa o CDMA. Foi desenvolvido pela Qualcomm que demonstrou a sua viabilidade nos finais dos anos 80. A partir dai foram implementados uma série de sistemas principalmente na América do Norte e Coreia. CDMA-2000 TDMA/FDMA GPRS EDGE UMTS Don’t drown in a bowl of alphabet soup: use this for reference only IS-136 IS-95 GSM 6: Redes Móveis e sem Fios

2.5 G systems: canais de voz e dados Para os impacientes pelo serviço 3G: extensões ao 2G general packet radio service (GPRS) Evolução do GSM Dados enviados em canais múltiplos (se disponíveis) enhanced data rates for global evolution (EDGE) Também evolução do GSM, com utilização de modulação melhor Débitos de dados até 384K CDMA-2000 (fase 1) Débitos de dados até 144K Evolução do IS-95 Os sistemas 2G tal como o IS-95 e o GSM estão optimizados para voz e não estão particularmente adapatados para comunicação de dados. Nos anos 90, as organizações de normalização reconheceram a necessidade duma tecnologia celular 3G que se adequasse tanto à voz como aos dados(incluindo acesso à Internet). Todavia, porque o desenvolvimento do 3G demorou bastante tempo e devido à base 2G instalada, as companhias desenvolveram protocolos e normas intermédias que operassem na infra-estrutura 2G. Esses sistemas foram designados por sistemas celulares 2.5G. General Packet Radio Service (GPRS). Evoluiu do GSM. Para o serviço de dados o GSM emula de forma efectiva um modem entre o dispositivo do utilizador até a rede de dados de destino. Como se aprendeu anteriormente, a comutação de circuitos e altamente ineficiente para transmissão de dados. Para além disso a norma GSM suporta débitos até 9.6Kbps que é demasiado lento para qualquer coisa que não seja texto plano. O GPRS é uma solução interina com um serviço de transferência de pacotes mais eficiente (desde 40 Kps até 60 Kbps) da mesma forma que um telefone pode ser ligado à Internet através da rede telefónica comutada. O GSM usa a comutação por circuitos tanto para voz como para dados. O serviço GRPS é disponibilizado pela rede GSM. Contudo, ao contrário do GSM, uma estação móvel GPRS pode usar mais que um slot de tempo no mesmo canal com base na procura. Com o GPRS, um conjunto de slots podem ser alocados dinamicamente às estações móveis em função da procura instantânea. Enhanced Data Rates for Global Evolution – o principal objectivo do EDGE é aumentar as capacidades em termos de débito duma rede GSM/GPRS, isto é explorar melhor o canal de 200 Khz com os seus quadros de oito slots TDM. Isto é conseguido substituindo o esquema de modulação GSM por um esquema mais eficiente. Em termos teóricos, o EDGE pode disponibilizar 384 Kbps para comunicação de dados. CDMA-2000, fase 1 – Esta tecnologia 2.5G é uma evolução do IS-95. Pode disponibilizar serviços de dados até Kbps e é um estágio de desenvolvimento relativamente ao CDMA-2000, fase 2. 6: Redes Móveis e sem Fios

3G systems: dados/voz CDMA-2000 Evolução dos sistemas 2G IS-95 e compatível com eles Usa o CDM na sua interface com o ar CDMA em slots TDMA data service: 1xEVolution Data Optimized (1xEVDO) até 14 Mbps Usa escalonamento oportunista parecido com o do WiMax 6: Redes Móveis e sem Fios

4ª Geração(4G) O ideal para acesso Internet sem fios…
Acesso Internet Ubíquo Casa, escritório, Café, carro, praia Acesso com o maior débito possível Em função da nossa localização física Acesso transparente a diversas tecnologias Conforme mudamos de localização e mesmo se houver necessidade de tecnologia, não ser preciso a intervenção do utilizador Manter mesmo em movimento as nossas conexões TCP activas Manter sempre as nossas conexões activas Ter acesso a VOIP e Vídeo em tempo real sobre IP Isso tudo de borla (grátis) ou quase ( a baixo custo)! ….. Mais tópicos (e mais interessantes) sobre redes celulares com a mobilidade 6: Redes Móveis e sem Fios

O que é a mobilidade? Espectro de mobilidade na perspectiva da rede:
Sem Mobilidade Alta mobilidade Utilizador móvel sem fios conectado ao mesmo PA Utilizador móvel conectado/ desconectado da rede usando o DHCP. Utilizador móvel, passando através do Ponto de Acesso mantendo conexões abertas (tal como no telefone móvel) Tendo coberto a natureza sem fios das ligações de comunicações, é agora a altura para focarmos a nossa atenção na mobilidade que essas ligações sem fios potenciam. No sentido mais amplo, um nó móvel muda o seu ponto de ligação à rede com o tempo. Como o termo mobilidade tem vários significados quer no mundo das redes telefónicas como dos computadores vamos considerar as suas várias dimensões com algum detalhe. Do ponto de vista da camada de rede como se considera a mobilidade do utilizador? Um utilizador fisicamente móvel coloca uma série de desafios à camada de rede, dependendo da forma como se move entre os vários pontos de ligação à rede. Num dos extremos da figura da slide um utilizador pode transportar o Labtop com uma interface sem fios à volta dum edifício. Como se definiu anteriormente este utilizador não é móvel do ponto de vista da camada de rede. Para além disso se se associa ao mesmo ponto de acesso independentemente da ligação nem é sequer é móvel na perspectiva da camada de ligação. No outro extremo do espectro, considere um utilizador num BMW a 150 Km/h percorrendo uma série de redes sem fios e desejando manter conexões TCP activas ao longo do percurso. Este utilizador é movel, defnitivamente! Entre esses dois extremos temos utilizadores que transportam o seu labtop de casa ao escritório ou da residência à sala de aulas e pretendem estar conectados na nova localização. Este utilizador é também móvel embora não necessite de manter conexões activas entre os dois pontos de ligação à rede 6: Redes Móveis e sem Fios

É importante manter o endereço?
No seu telemóvel o seu número mantém-se quando muda de local (por exemplo dum país para outro e o fornecedor é diferente!) Será indispensável o labtop manter o endereço? Se tiver conexões abertas como no caso do BWM é importante A mobilidade é transparente às aplicações Caso contrário terá que ser a aplicação a lidar com a mobilidade e a suportá-la. O Mobile IP torna a mobilidade transparente para as aplicações! 6: Redes Móveis e sem Fios

É importante manter o endereço?
No caso do utilizador que se move dum local para outro e quer conectividade no novo local Manter o mesmo endereço não é importante O labtop tem endereços diferentes nos dois locais que lhe são atribuídos automaticamente pelo DHCP 6: Redes Móveis e sem Fios

Que infra-estrutura com fios existe?
Estamos assumir que existe sempre uma infra-estrutura de rede com fios ISP em casa, ISP do escritório ISP com acesso sem fios na auto-estrada E se a infra-estrutura não existir? Se dois utilizadores estiverem na proximidade um do outro podem comunicar? Redes Móveis Ad Hoc (Mobile Ad Hoc Networks –MANET) IETF MANETs WG 6: Redes Móveis e sem Fios

Analogia com o serviço postal
Um jovem com 20 anos e picos sai de casa e mora numa série de hóteis e apartamentos e muda frequentemente de enedereço Como pode um amigo de infância encontrar o seu endereço? Contactando a família Que sabe do endereço para mandar o dinheiro para a renda ! Comunicação posterior pode ser Indirectamente através da família Directamente do endereço obtido da família 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobilidade: Vocabulário
Rede na origem (home network): rede de “residência” do móvel (e.g., /24) Agente na origem (home agent): entidade que executa as funções de mobilidade em vez do utilizador móvel quando ele é remoto Rede de Longa Distância Endereço permanente: endereço na rede de origem que pode ser usada sempre para alcansar o utilizador móvel e.g., Num ambiente de rede, a rede permanente de um nó móvel (labtop ou PDA) é conhecida como rede de origem, e a entidade na rede de origem que executa as funções de mobilidade discutidas antes em substituição do nó móvel é conhecido como agente de origem. correspondente 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobilidade: mais vocabulário
Rede visitada (visited network): rede de residência actual do móvel i.e., /24) Endereço permanente: mantém-se constante (i.e., ) Endereço de correspondência (Care-of-address): endereço na rede visitada (i.e., ) Rede de Longa Distância Agente externo (foreign agent): entidade na rede visitada que executa as funções de mobilidade em lugar do móvel A rede em que o nó móvel reside actualmente é designada como rede externa (ou visitada) e a entidade que na rede externa ajuda o móvel nas tarefas relacionadas com mobilidade é conhecido como agente externo. Para profissionais móveis, a sua rede de origem pode ser vista como a rede da empresa e a rede visitada como a rede do colega que estão a visitar. Um correspondente é a entidade que deseja comunicar com o nó móvel. A figura no slide ilustra estes conceitos. Observe que na figura os agentes são colocados como routers mas eles podem executar em outros hosts ou servidores na rede. correspondente: quer comunicar com o móvel 6: Redes Móveis e sem Fios

Como contactar um amigo móvel:
Considere um amigo que muda frequentemente de residência. Como o encontra? Estou curioso: onde está Alice? Pesquisar todas listas telefónicas? Telefonar para os pais? Esperar que ele faça saber onde está? 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobilidade: abordagens
Manipulada pelo encaminhamento: encaminhadores anunciam os endereços permanentes dos nós móveis visitantes através da troca habitual de tabelas de encaminhamento. Tabelas de encaminhamento indicam onde está o host móvel Não há mudanças nos sistemas finais Manipulada pelos sistemas finais: Encaminhamento indirecto: a comunicação entre o correspondente e o móvel faz-se através do agente na origem, que reenvia para o móvel remoto Encaminhamento directo : o correspondente obtém o endereço externo do móvel e envia directamente para ele. Observamos que para a mobilidade dos utilizadores ser transparente para as aplicações de rede seria desejável que o nó móvel mantenha o seu endereço quando se move duma rede para outra. Quando o nó móvel reside numa rede externa, todo o tráfego endereçado para o endereço origem do nó deve ser encaminhado para a rede externa. Como pode ser isto feito? Uma opção será a rede externa anunciar a todas as redes que o nó móvel reside agora nela. Isto poderia ser feito com a troca usual de informação de encaminhamento intra-domínio e inter-domínio e necessitaria de poucas mudanças na infra-estrutura de encaminhamento. A rede externa teria que anunciar simplesmente aos seus vizinhos que uma rota altamente específica (o enedereço permamente do nó móve). Esses vizinhos propagariam essa informação para a rede como parte da actividade normal de actualização de informação de encaminhamento e de expedição. Quando o nó móvel deixa a rede externa e junta-se a outra, esta última passa a fazer o anúncio e a primeira remove-a dos anúncios. Isto resolve dois problemas ao mesmo tempo e não exige modificações ignificativas na camada de rede. As outras redes sabem a localização do nó móvel e é fácil encaminhar datagramas, uma vez que as suas tabelas de expedição enviam a informação directamente para a rede externa. 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobilidade: abordagens
Manipulada pelo encaminhamento: encaminhadores anunciam os endereços permanentes dos nós móveis visitantes através da troca habitual de tabelas de encaminhamento. Tabelas de encaminhamento indicam onde está o host móvel Não há mudanças nos sistemas finais Manipulada pelos sistemas finais: Encaminhamento indirecto: a comunicação entre o correspondente e o móvel faz-se através do agente na origem, que reenvia para o móvel remoto Encaminhamento directo : o correspondente obtém o endereço externo do móvel e envia directamente para ele. Não escalável para milhões de móveis Uma importante desvantagem desta abordagem é a escalabilidade. Se a gestão da mobilidade for da responsabilidade dos encaminhadores de rede, os encaminhadores teriam que manter entradas de expedição para potencialmente milhões de nós móveis e actualizar essas entradas com o moviemnto dos nós. Mais desvantagens serão abordadas mais tarde. Uma abordagem alternativa (e que foi adoptada na prática) é empurrar a funcionalidade da mobilidade do núcleo da rede para a periferia – um tema recorrente do nosso estudo da arquitectura da Internet. Uma forma natural de o fazer é através da rede de origem do nó móvel. Da mesma maneira que os pais dos jovens mantém o registo dos seus filhos que estão fora, o agente na origem pode fazer o acompanhamento da rede externa em que o nó móvel reside. Um protocolo entre o nó móvel (ou um agente externo da rede em que reside em representação do nó móvel) e o agente na origem é necessário para actualizar a localização do nó móvel. Vamos considerar o agente externo com mais detalhe. Uma abordagem conceptualmente simples é localizar os agentes externos nos routers de periferia da rede externa. Uma das funções do agente externo é criar o chamado Care-Of-Address (COA), o endereço de correspondência para o nó móvel. Por este facto temos dois endereços a que o nó móvel está associado que são o endereço de origem (tal como o endereço da casa dos pais do nosso jovem de vinte anos e picos) e o seu COA, conhecido como endereço externo ou de correspondência (endereço do hotel onde o nosso jovem está agora instalado.) Outra função do agente externo é informar o agente na origem que o nó móvel reside cá e qual é o seu COA. Este último endereço serve para o re-encaminhamento os datagramas para o nó móvel via o seu agente externo. Embora tenhamos separado a funcionalidade do nó móvel e do agente externo nada impede o nó móvel de assumir o papel de agente externo. Por exemplo o nó móvel pode obter o seu COA via DHCP e informar o seu agente de origem desse facto. 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobilidade: registo Resultado Final: Agente externo sabe do nó móvel
Rede visitada Rede de origem 1 O nó móvel contacta o agente externo quando entra na rede visitada 2 Agente externo contacta o agente na origem: “Este nó móvel reside na minha rede” wide area network Vimos agora como é o que nó móvel obtem o COA e como o agente na origem pode ser informado de tal facto. Mas o agente na origem conhecer o COA resolve apenas uma parte do problema. Como devem ser os datagramas endereçados e expedidos para o nó móvel? Uma vez que apenas o agente na origem ( e não o os encaminhadores da rede) conhece a localização do nó móvel, não basta simplesmente endereçar o datagrama para o endereço permananente e enviar o datagrama para a rede. É preciso fazer alguma coisa mais. Foram identificadas duas estratégias conhecidas como encaminhamento directo e indirecto. Resultado Final: Agente externo sabe do nó móvel Agente na origem conhece a localização do nó movel 6: Redes Móveis e sem Fios

Encaminhamento Indirecto
Agente na origem intercepta os pacotes e encaminha-os para o agente externo Agente externa recebe os pacotes e envia-os para o móvel Rede visitada Rede de origem 3 4 wide area network 1 2 Pacotes do correspondente usando o endereço de origem do móvel Vamos primeiro considerar um correspondente que pretende enviar um datagrama ao nó móvel. No encaminha indirecto, o correspondente envia simplesmente o datagrama para o endereço permanente do nó móvel, não se preocupando com a localização do nó movel . Desta forma a mobilidade é transparente para o correspondente. Esses datagramas são então enviados como habitual para a rede de origem do nó móvel. Vamos agora focar a nossa atenção no agente na origem. Para além de ser responsável pela interacção com o agente externo para o rastreio do COA, o agente de origem tem uma outra função muito importante. É detectar a chegada de datagramas que sejam destinados a nós móveis com esta rede de destino que estão actualmente a residir em redes externas. Esses datagramas são expedidos para o agente externo usando o COA do nó móvel correspondente e posteriormente expedidos pelo agente externo para o nó móvel. É importante considerar este reencaminhamento com mais detalhe. O agente na origem precisa de endereçao o datagrama usando o COA do nó móveç de forma a que a camada de rede encaminhe o pacote para a rede externa. Por outro lado é necessário deixar o datagrama do correspondente intacto uma vez que a aplicação que recebe o datagrama não está por dentro deste processo todo. Ambos os objectivos podem ser atingidos se o agente de origem encapsular o datagrama original do correspondente num novo datagrama (maior). Este datagrama maior é endereçado ao COA do nó móvel. O agente externo que o dono do COA recebe e desencapsula o datagrama e manda o datagrama original para o nó móvel. O processo de encapsular/desencapsular é idêntico aos túneis que já se falou anteriormente. Vamos agora considerar como o nó móvel envia datagramas para um correspondente. É bastante simples uma vez que o nó móvel pode enviar os datagramas directamente para o correspondente (utilizando o seu endereço permanente como endereço fonte e o endereço do correspondente como endereço de destino). Uma vez que o móvel conhece o endereço de correspondente não é necessária a participação do agente na origem. O nó móvel responde directamente para o correspondente 6: Redes Móveis e sem Fios

Encaminhamento Indirecto: comentários
Nó móvel usa dois endereços: Endereço permanente: usado pelo correspondente (a localização do móvel é transparente para o correspondente) Endereço de correspondência (care-of-address): usado pelo agente na origem para enviar para o móvel Funções do agente externo podem ser feitas pelo próprio móvel Encaminhamento triangular: correspondente- rede de origem-móvel Ineficiente quando o correspondente e móvel estão na mesma rede 6: Redes Móveis e sem Fios

Encaminhamento Indirecto :funcionalidades necessárias
Protocolo entre nó móvel e agente externo Protocolo de registo do agente externo pelo agente na origem Método de encapsulamento do agente na origem Método de desencapsulamento do agente externo Vamos sumarizar a nossa discussão do encaminhamento indirecto fazer a lista das novas funcionalidades da camada de rede necessárias para suportar a mobilidade. Protocolo entre o nó móvel e o agente externo - o nó móvel regista-se no agente externo quando se liga à rede visitada. Similarmente remove o registo quando deixa a rede visitada. Protocolo de registo entre o agente externo e o agente na origem – o agente externo regista o COA do nó móvel junto do agente na origem. O AE não precisa de remover o registo do COA quando o nó móvel deixa a sua rede, porque o registo subsequente no novo COA, quando o nó móvel se move para outra toma conta disto. Protocolo de encapsulamento do agente na origem- o encapsulamento e expedição do datagrama original do correspondente dentro dum datagrama endereçado ao COA. Protocolo de desencapsulamento do agente externo – extracção do datagrama original do correspondente a partir do datagrama encapsulado e a sua expedição para o nó móvel. 6: Redes Móveis e sem Fios

Encaminhamento Indirecto: Movimentação entre redes
Suponha que o utilizador móvel se muda para uma nova rede Regista-se no novo agente externo novo agente externo contacta agente na origem agente na origem actualiza care-of-address para o móvel Os pacotes continuam a ser expedidos para o móvel (mas com care-of-address novo) Mobilidade, mudança de rede externa são transparentes: conexões activas podem ser mantidas A discussão anterior disponibiliza todas as peças necessárias (AE,AnO, expedição indirecta) necessárias para um nó móvel manter as suas conexões activas quando se move entre redes. Para exemplificar como essas peças funcionam em conjunto vamos assumir que um nó móvel está ligado a uma rede externa A e tem um COA registado nesta rede junto do seu agente na origem e está a receber datagramas neste instante indirectamente através do seu agente na origem. O nó móvel agora move-se da rede externa A para a rede externa B e regista-se junto do agente externo na rede B que informa o agente na origem sobre o novo COA do nó móvel. A partir desse instante o agente na origem começa a enviar os datagramas para o COA em B. Do ponto de vista do correspondente a mobilidade é transparente – os datagramas são expedidos para o mesmo sítio antes e depois da mudança. No entanto há um período em que o nó movel se está a mover em que podem ser perdidos uns datagramas. Isso não é dramático porque os datagramas podem ser recuperados pelas camadas superiores se isso for necessário. A abordagem de encaminhamento indirecto é a usada pela norma do IP mobile, RFC 3344, que discutiremos mais adiante. 6: Redes Móveis e sem Fios

Encaminhamento directo
Agente externo recebe pacotes e expede para o móvel Correspondente expede para agente externo Rede visitada Rede de origem 4 Rede de Longa Distância 2 3 1 4 Correspondente pede e recebe endereço externo do móvel Na abordagem de encaminhamento indirecto viu-se que ele padece do problema conhecido como encaminhamento triangular que introduz ineficiência. Os datagramas para o nó móvel são encaminhados primeiro para o agente na origem e so depois para a rede externa onde se encontra o nó móvel. Isto acontece mesmo se existir uma rota mais curta entre os dois interlocutores. A situação caricata corresponde ao correspondente estar na mesma rede que o nó móvel. O encaminhamento directo resolve o problema do encaminhamento triangular, à custa de maior complexidade. No encaminhamento directo, um agente do correspondente na rede do correspondente aprende primeiro o COA do nó móvel. Isto pode ser feito através duma interrogação ao agente na origem, assumindo que (tal como no encaminhamento indirecto) que o nó móvel tem um COA actualizado registado junto do agente na origem. È também possivel ao correspondente executar ele próprio as funções de agente do correspondente, da mesma forma que o nó móvel pode fazer as funções de agente externo Móvel responde directamente para o móvel 6: Redes Móveis e sem Fios

Encaminhamento Directo: comentários
Resolve o problema de encaminhamento triangular Não transparência para o correspondente: tem que obter o care-of-address do agente na origem O que acontece quando o móvel muda de rede visitada? Embora resolva o problema do encaminhamento triangular introduz dois importantes desafios: Um protocolo de localização do utilizador móvel é necessário para o agente correspondente para interrogar o agente na origem e obter o COA. Quando o nó móvel se move para uma nova rede externa, como podem ser os dados enviados para a nova rede externa? No caso do encaminhamento indirecto este problema era facilmente resolvido mantendo o COA actualizado no agente na origem. Contudo no encaminhamento indirecto o agente na origem é interrogado apenas uma vez pelo agente do correspondente no início da sessão. Por esse facto, actualizando o COA no agente na origem, não é suficiente para resolver o problema do encaminhamento dos dados para o nó móvel agora situado numa nova rede externa. 6: Redes Móveis e sem Fios

Acomodação da mobilidade com encaminhamento directo
Agente externo âncora: AE na 1ª rede visitada Dados encaminhados sempre para o AE âncora Quando o nó móvel se move: o novo AE recebe os dados expedidos do AE anterior (cadeia) Rede externa visitada no início da sessão Agente Externo Âncora Rede de Longa Distância 2 Uma solução poderia ser criar um novo protocolo para notificar o agente do correspondente da mudança do COA. Uma solução alternativa que foi adoptada nas redes GSM funciona na seguinte forma. Suponha que os dados são agora expedidos para a rede externa onde o nó móvel estava quando a sessão se iniciou. Vamos chamar o agente externo desta rede como agente externo âncora. Quando o nó móvel se muda para uma nova rede externa regista-se no novo agente externo e o novo agente externo informa o agente externo âncora do novo COA. Quando este recebe algum datagrama ele expede-o para o novo COA. 1 4 3 5 Nova rede externa Agente do correspondente Novo agente externo correspondente 6: Redes Móveis e sem Fios

Sumário Acesso celular à Internet Introdução
Visão geral da Arquitectura Celular Revisão sumária das normas e tecnologias celulares Principios da Gestão da Mobilidade Endereçamento Encaminhamento para um nó móvel IP Móvel Gestão da Mobilidade em Redes Celulares Encaminhamento de chamadas para um utilizador móvel Handoffs no GSM Redes sem fios e Mobilidade: impacto nas camadas superiores Sumário Introdução Ligações sem fios e características da rede CDMA Wi-Fi: Redes Locais sem fios Arquitectura Protocolo de acesso ao meio Quadro IEE Mobilidade na mesma sub-rede IP Funcionalidades avançadas no Para além do : Bluetooth e WiMAX 6: Redes Móveis e sem Fios

IP Móvel (Mobile IP) RFC 3344
Tem muitas das funcionalidades que já vimos: Agente na origem, Agente externo, Registo no agente externo, care-of-addresses, encapsulamento (pacote-dentro-de-pacote) Três componentes normalizados: Encaminhamento indirecto de datagramas Descoberta de Agente Registo com o agente na origem A arquitectura e protocolo da Internet para suportar mobilidade são designados colectivamente como Mobile IP, que foi definido primeiro para o versão 4 do IP no RFC O Mobile IP é uma norma flexível suportando diferentes modos de operação (por exemplo com ou sem agente externo), formas múltiplas do agente externo e o nó movell se descobrirem um ao outro, COA único ou múltipos, e múltiplas formas de encapsulamento. Por este facto, o IP Mobile é uma norma complexa e precisa dum livro para ser descrito com detalhe. O objectivo aqui é modesto: dar-se a conhecer os aspectos mais importantes e ilustrar o uso em cenários mais comuns. A arquitectura inclui muitos dos apectos que nós apresentamos, incluindo os conceitos de agente na origem, agentes externos, COA e encapsulamento/desencapsulamento. A norma actual especifica a utilização de encaminhamento indirecto para o nó móvel. Consiste de três peças principais: Descoberta de Agente – O M-IP define os protocolkos usados pelos agentes na origem e externos para anunciar os seus serviços aos nós móveis e protocolos para os nós móveis requisitarem esses serviços ao agente na origem ou ao agente externo. Registo com o agente na origem- O M-IP define os protocolos usados pelo nó móvell e/ou agente externo para registar e desresgistar COA junto do agente na origem do nó móvel Encaminhamento indirecto de datagrama: a norma também define a maneira como os datagramas são expedidos para os nós móveis pelo agente na origem, incluindo regras para a expedição de datagramas, regras para resolver situações de erro e várias formas de encapsulamento. Ver RFC 2003 e 2004. As considerações de segurança são uma preocupação constante ao longo da norma M-IP. Por exemplo, a autenticação dum nó móvel é obviamente necessária para assegurar que um utilizador malicioso não regista o seu COA fazendo com que os seus datagramas sejam expedidos pelo agente na origem. O M-IP usa os mecanismos de segurança genéricos que são descritos nos capítulos de segurança nos livros sobre redes. 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobile IP: encaminhamento indirecto
Pacote do agente externo para o nó móvel Pacote enviado pelo agente na origem ao agente externo: um pacote dentro de outro pacote dest: dest: dest: Endereço permanente: Care-of address: dest: Pacote enviado pelo correspondente 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobile IP: descoberta de agentes
Anúncio de agentes: agentes externo e na origem anunciam o serviço difundindo mensagens ICMP (typefield = 9) H,F bits: agente na origem (H) ou externo (F) R bit: necessário registo Um nó IP móvel chegado a uma nova rede, quer quando se liga a uma rede externa quer quando regressa à sua rede de origem, deve aprender a identidade do agente externo ou na origem. Trata-se da descoberta de um novo agente externo, com um novo endereço de rede, que permite a camada de rede no nó móvel aprender que se moveu para uma nova rede externa. Este processo é conhecido como descoberta do agente. A descoberta do agente pode ser conseguida de duas formas: anúncio de agente ou solicitação de agente. Com o anúncio de agente, um agente na origem ou externo anuncia os seus serviços usando uma extensão do router discovery protocol (RFC 1256). O agente difunde periodicamente uma mensagem ICMP com o tipo 9 (router discovery) a todas ligações a que stiver ligado. Esta mensagem contém o nedereço IP do router(isto é o agente) permitindo ao nó móvel aprender o endereço IP do agente. A mensagem de anúncio contém uma extensão de anúncio de agente de mobilidade que contém informação adicional necessária ao nó movel. Os campos mais importantes são os seguintes: Bit de Agente na origem (H) – indica que o agente é um agente de origem para a rede onde o nó reside. Bit de Agente Externo (F) - indica que o agente é um agente externo para a rede onde o nó reside. Bit de necessidade de registo (R)- Indica que o nó móvel nesta rede deve-se registar junto do agente externo. Em particular o utilizador móvel não pode obter o COA na rede externa (usando por exemplo o DHCP) sem se registar junto do agente externo M-G bits de encapsulamento – Indica quando se usa um mecanismo de encapsulamento dirente do IP sobre IP. Campos COA – A lista de um ou mais endereços COA disponibilizados pelo agente externo. No nosso exemplo, o COA estará associado com o agente externo, que vai receber os datagramas dirigidos ao COA e então expedi-los para o nó móvel apropriado. O utilizador móvel vai seleccionar um dos endereços com o seu COA quando se registar junto do agente externo. Com a solicitação do agente, um nó móvel pretendendo aprender sobre agentes sem esperar a recepção de anúncios dos agentes pode difundir mensagens de solicitação de agentes, que é uma mensagem ICMP com o valor de tipo 10 O agente que receba a solicitação envia um anúncio de agente unicast para o nó móvel, que procederá da mesma forma que anteriormente. 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobile IP: Exemplo de registo
Uma vez que o nó móvel tenha recebido um COA, este endereço deve ser registado junto do agente na origem. Isto pode ser feito via agente externo (que então regista o COA com o agente na origem) ou directamente pelo próprio nó movel. Vamos considerar os 4 passos necessários no primeiro caso. A seguir a recepção do anúncio do agente externo, o nó movel envia uma mensagem IP de registo ao agente externo. Esta mensagem é um datagrama UDP enviada para a porta 434. A mensagem de registo transporta o COA escolhido no anúncio do agente externo e o endereço do agente na origem (HA) é o endereço permanente do nó móvel (MA), o tempo de vida pedido para o registo e uma identificação de registo de 64 bits. O tempo de vida é o número de segundos em que o registo vai ser válido. Se o registo não for renovado no agente na origem durante o tempo de vida, o registo torna-se inválido. O identificador de registo funciona como um número de sequência e serve para unificar com a resposta com o pedido de registo. O agente externo recebe a mensagem de registo e guarda o endereço IP permanente do nó móvel. O agente externo sabe agora que pode datagramas encasuplados cujo endereço de destino unifica com o endereço IP permamente do nó móvel. O agente externo envia então uma mensagem IP registo (num datagrama UDP) para a porta 434 do agente na origem. A mensagem contém o COA, HÁ, MA, formato de encapsulamento pedido, o tempo de vida de registo e a identificação do registo. O agente na origem recebe o pedido de registo que verifica para efeitos de autenticidade e correcção. Conecta o MA , endereço permanente do nó móvel com o COA; no futuro, datagramas recebidos com MA vao ser encapsulados e enviados para o COA. O agente na origem envia uma resposta de registo do M-IP, contendo o HÁ, MA, tempo de vida do registo, e a identificação de registo do pedido que é satisfeito com esta resposta O agente externo recebe a resposta de registo e expede-a para o nó móvel A partir daqui o registo está completo e o nó móvel pode receber datagramas enviados para o seu endereço permamente. Os passos estão ilustrados no slide. Observe que o agente na origem especifica um tempo de vida que é mais pequeno que o pedido pelo nó móvel. O agente externo precisa de desregistar explicitamente o COA quando o nó móvel deixar a sua rede. Isto vai ocorrer automaticamente quando o nó móvel se mover para uma nova rede (que pode ser uma outra externa ou a sua de origem) e regista um novo COA. A norma IP móvel permite muitos cenários e capacidades adicionais que não aqui descritas. Informaçao mais detalhada pode ser encontrada num livro do Perkins ou no RFC 3344. 6: Redes Móveis e sem Fios

Componentes da arquitectura de rede celular
Recordemos: correspondente Rede Telefónica Pública com fios MSC MSC MSC MSC MSC Redes celulares diferentes, mantidas por diferentes operadores 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobilidade em redes celulares
Rede de origem: rede do fornecedor de celulares de que somos assinantes (i.e., TMN, Optimus) home location register (HLR): Base de dados na rede origem contendo o nosso número de telemóvel permanente, informação do perfil de utilização (serviços, preferências, tarifário) e informação a respeito da localização actual (pode ser outra rede) Rede visitada: rede móvel a que estamos actualmente ligados (por exemplo UNITEL, Angola) visitor location register (VLR): base de dados com entradas para cada utilizador actualmente na rede Pode ser a rede de origem Tendo visto como a mobilidade é gerida nas redes IP, regressemos às redes que têm um passdo mais longo no suporte da mobilidade – as redes de telefones celulares. Embora já tenhamos examinado a ligação sem fios do primeiro salto nas redes celulares vamos agora focar-nos na mobilidade usando a arquitectura GSM como estudo de caso. Tal como verificamos no IP Mobile vamos ver que os princípios são idênticos aos já enunciados no GSM. Tal como a rede IP móvel, o GSM adopta uma abordagem de encaminhamento indirecto. O tráfego do correspondente é encaminhado primeiro para rede de origem do utilizador móvel e depois expedida para a rede visitada. Na terminologia GSM a rede de origem do utilizador móvel é designada por Home Public Land Mobile Network (home PLMN). Como se trata dum acrónimo meio extenso vamos chamar apenas rede de origem. A rede de origem é o operador de rede celular com que o utilizador tem uma subscrição. A rede visitada é a rede em que o utilizador reside actualmente. Como no caso do IP móvel as responsabilidades da rede de origem e da rede visitada são ligeiramente diferentes: A rede de origem mantém uma base de dados designada como home location register (HLR) que contem o número de telefone permanente e a informação de perfil para cada um dos assinantes. Para além disso, o HLR também mantém informação sobre a localização desses assinantes. Isto é se um utilizador móvel estiver actualmente em roaming numa rede celular doutro fornecedor, o HLR contem informação suficiente para obter um número da rede visitada para aonde a chamada pode ser encaminhada. Como se verá mais adiante um comutador especial na rede de origem, chamado Gateway Mobile services switching center (GMSC) é contactado pelo correspondente quando a chamada é colocada para um utilizador móvel. A rede visitada mantem uma base de dados chamada Visitor Location Register (VLR) que contém uma entrada para cada utilizador móvek que esteja actualmente na porção da rede servida pelo VLR. Essas entradas aparecem e desaparecem consoante os utilizadores entrem e saiam da rede. Um VLR é normalmente co-localizado com o MSX que coordena o estabelecimento de chamadas de e para a rede visitada. Na prática, uma rede celular dum operador funciona como rede de origem para os seus assinantes e rede visitada para os utilizadores móveis que sejam assinantes de outros operadores. 6: Redes Móveis e sem Fios

GSM: encaminhamento indirecto para o móvel
HLR Rede de origem correspondente 2 MSC na origem consulta HLR, obtém o número de visitante (roaming) na Rede visitada home Mobile Switching Center 1 Chamada encaminhada para Rede de origem 3 Public switched telephone network VLR Mobile Switching Center Estamos agora em condições de descrever como uma chamada é feita para um utilizador móvel GSM numa rede visitada. Vamos apresentar um exemplo simples. Cenários mais complexos podem ser encontrados num livro de Mouly de Os 3 passos ilustrados na figura são os seguintes: O correspondente disca o número do utilizador móvel. O número por si só não refere por si só uma linha particular ou uma localização. Os dígitos mais significativos são o suficientes para identificar de forma global a rede de origem do utilizador. A chamada é encaminhada da correspondente através da PSTN para o MSC de origem na rede de origem. Este é o primeiro troço do percusros da chamada. O MSC de origem recebe a chamada e interroga o HLR para determinar a localização do utilizador móvel. No caso mais simples, o HLR devolve Mobile Station Roaming Number (MSRM), que será referenciado apenas como número de roaming. Observe-se que este número é diferente do número de telefone permanente do utilizador móvel, que está associado com a rede de origem. O número de roaming é efémero: é atribuido temporariamente a um utilizador móvel quando entra em determinada rede visitada. O número de roaming tem o mesmo papel que o COA no IP e tal como o COA é invisível tanto para o correspondente como para o móvel. Se o HLR não tiver o número de roaming devolve o endereço da VLR na rede visitada. Nesta situação o MSC de origem tem que interrogar o VLR para obter o número de roaming. Mas como é que o HRL obtém em primeiro lugar o endereço do VLR? O que acontece quando o utilizador móvel se movimenta para outra rede visitada? Vamos abordar essas questões de forma sucinta. Dado o número de roaming, o MSC de origem estabelece o segundo troço do percurso da chamada através da rede até ao MSC da rede visitada. O percurso da chamada é completado com a ligação via BSS para o utilizador móvel. Uma questão não resolvida no passo 2 é como o HLR obtém informação sobre a localização do utilizador móvel. Quando um telefone móvel é comutado ou entra numa parte duma rede visitada coberta por um novo VLR, o móvel tem que se registar. Isto é feito com a troca de sinalização enre o móvel e o VLR. O VLR visitado envia um pedido de actualização de localização para o HLR do móvel. Esta mensagem informa o HLR ou do número de roaming em que o móvel pode ser contactado ou o endereço do VLR (que pode ser posteriormente contactado). Como parte desta troca, o VLR também obtém informação de subscrição do HLR acerca do móvel e determina que serviços podem ser acordados com o utilizador pela rede visitada. 4 MSC na rede visitada completa a chamada da estação de base para o móvel MSC na origem estabelece o 2º troço do percurso da chamada para o MSC na rede visitada. Utilizador Móvel Rede Visitada 6: Redes Móveis e sem Fios

GSM: handoff com MSC comum
Objectivo do Handoff: encaminhar a chamada através duma nova estação de base (sem interrupção) Razões para o handoff: Sinal mais forte de/para nova BSS(menos gastos de bateria, conectividade assegurada) Balanceamento de carga: libertar canal na BSS actual GSM não especifica como executar o handoff (política), apenas como (mecanismo) handoff iniciado pela antiga BSS VLR Mobile Switching Center Encaminhamento Antigo Novo BSS nova BSS velha Um handoff ocorre quando uma estação móvel muda a sua associação duma estação de base para outra. Como se pode ver na figura uma chamada ao móvel e encaminhada primeiro, antes do handoff através de uma estação de base (chamada de velha BSS) e depois do handoff encaminhada através de outra estação de base (chamada de nova BSS). Observe-se que o resultado do handoff pode não ser apenas mudar de estação de base mas pode também requerer a mudança de MSC. Mas assumir para já o caso mais simples em que o móvel se mantém no mesmo MSC. 6: Redes Móveis e sem Fios

GSM: handoff com MSC comum
1. BSS antiga informa o MSC do handoff eminente e disponibiliza lista de 1+ novas BSSs 2. MSC estabelece percurso (aloca recursos) para nova BSS e avisa esta do handoff 3. A nova BSS aloca canal rádio para ser usado pelo móvel 4. Nova BSS avisa MSC e antiga BSS que está pronta 5. Antiga BSS diz ao móvel para fazer o handoff para a nova 6. O móvel e a nova BSS sinalizam-se para se activar o canal 7. Móvel sinaliza o MSC (via nova BSS): handoff completo. MSC reencaminha chamada via nova BSS 8 Recursos MSC-antiga BSS libertados VLR Mobile Switching Center 2 4 1 7 8 3 old BSS 5 6 new BSS A figura ilustra os passos envolvidas quando uma estação de base decide fazer o handoff de um utilizador móvel 6: Redes Móveis e sem Fios

GSM: handoff entre MSCs
MSC âncora: 1º MSC visitado durante a chamada Chamada permanece encaminhada pelo MSC âncora Novos MSCs adicionados no fim da cadeia de MSCs consoante o móvel se move para um MSC novo IS-41 permite um passo opcional de minimização de percurso para diminuir a cadeia de MSCs. Rede de origem correspondente Home MSC MSC âncora PSTN MSC MSC MSC Vamos concluir a nossa discussão considerando o que acontece quando o móvel se move para uma BSS associado com um MSC diferente e o que acontece quando este handoff inter-MSC ocorre mais que uma vez. Como mostrado na figura o GSM define o MSC âncora, que é o MSC visitado pelo telefone móvel quando se inicia a chamada. O MSC âncora permanece durante toda a chamada independentemente do número de transferências inter-MSCs que ocorram. A chamada é sempre enviada para o MSC âncora e deste para o MSC visitado onde reside actualmente. Alternativamente a chamada pode ser encadear os MSCs visitados. Pode haver mecanismos para minimizar esta cadeia como os disponibilizados pelo IS-41. Vamos terminar a nossa discussão comparando o suporte da mobilidade no IP e no GSM. (a) Antes do handoff 6: Redes Móveis e sem Fios

GSM: handoff entre MSCs
MSC âncora: 1º MSC visitado durante a chamada Chamada permanece encaminhada pelo MSC âncora Novos MSCs adicionados no fim da cadeia de MSCs consoante o móvel se move para um MSC novo IS-41 permite um passo opcional de minimização de percurso para diminuir a cadeia de MSCs. home network Home MSC correspondent anchor MSC PSTN MSC MSC MSC (b) Depois do handoff 6: Redes Móveis e sem Fios

Mobidade: GSM versus Mobile IP
GSM element Comment on GSM element Mobile IP element Home system Network to which mobile user’s permanent phone number belongs Home network Gateway Mobile Switching Center, or “home MSC”. Home Location Register (HLR) Home MSC: point of contact to obtain routable address of mobile user. HLR: database in home system containing permanent phone number, profile information, current location of mobile user, subscription information Home agent Visited System Network other than home system where mobile user is currently residing Visited network Visited Mobile services Switching Center. Visitor Location Record (VLR) Visited MSC: responsible for setting up calls to/from mobile nodes in cells associated with MSC. VLR: temporary database entry in visited system, containing subscription information for each visiting mobile user Foreign agent Mobile Station Roaming Number (MSRN), or “roaming number” Routable address for telephone call segment between home MSC and visited MSC, visible to neither the mobile nor the correspondent. Care-of-address 6: Redes Móveis e sem Fios

Sem fios, mobilidade: impacto nos protocolos das camadas superiores
Logicamente o impacto deve ser mínimo … Modelo de serviço melhor esforço mantém-se inalterado O TCP e o UDP correm sobre redes sem fios e móveis … mas em termos de desempenho: Perdas e atraso nos pacotes devido a erros nos bits (pacotes descartados, atrasos devido a retransmissões na camada de ligação) e handoff TCP interpreta as perdas como congestão e pode diminuir a janela de congestão desnecessáriamente Prejuízos do atraso no tráfego de tempo real Largura de banda limitada das ligações sem fios Neste capítulo vimos que as redes sem fios diferem de forma significativa das suas correspondentes sem fios quer na camada de ligação (como resultado das características dos canais sem fios como desvanescimento, múltiplos percursos e terminais escondidos) e na camada de rede (como resultado da mobilidade dos utilizadores que mudam constantemente o seu ponto de ligação à rede. Mas há diferenças importantes nas camadas de transporte e aplicação? Somos tentados a pensar que as diferenças são mínimas uma vez que a camada de rede disponibiliza o mesmo serviço melhor esforço para as camadas superiores quer nas redes com fios como sem fios. Similarmente se os protocolos TCP e UDP são usados para disponibilizar serviços de nível de transporte para as aplicações, as aplicações deveriam também manter-se inalteradas. Num certo sentido a nossa intuição está certa- o TCP e UDP operam em redes com ligações sem fios. Por outro lado os protocolos de transporte como o TCP em particular tem desempenho diferente em redes sem fios e com fios. Recordemos que o TCP retransmite um segmento sempre que se perder ou corromper no percurso entre o transmissor e o receptor. No caso de utilizadores móveis as perdas podem resultar tanto da congestão na rede (transbordar de memória nos encaminhadores) e de handoffs. Em qualquer dos casos o pacote de confirmação do TCP indica apenas que o segmento não foi recebido intacto; o transmissor não sabe se isso resultou de congestão, handoff ou erros nos bits. Em qualquer dos casos o TCP diminui a sua janela de congestão, assumindo implicitamente que as perdas de segmentos resultam de congestão e não de corrupção ou handoff. Como vimos, os erros de bits são muito comuns nas redes sem fios. Quando ocorrerem perdas devido a erros de bits ou handoffs não há nenhuma razão para diminuir a janela de congestão do TCP: os buffers estão vazios 6: Redes Móveis e sem Fios

Controlo de congestão de TCP
Pode ser problemático em ambientes sem fios Muitos erros de bits e handoffs Abordagens propostas Recuperação local Técnicas sofisticadas para recuperação de erros de bits Consciência do originador TCP das ligações em fios Distinção entre tipos de perdas Partição da conexão fim-a-fim Parte com fios+ Parte sem fios Melhor desempenho com conexões TCP partidas 6: Redes Móveis e sem Fios

Chapter 6 Summary Wireless wireless links: IEEE 802.11 (“wi-fi”)
capacity, distance channel impairments CDMA IEEE (“wi-fi”) CSMA/CA reflects wireless channel characteristics cellular access architecture standards (e.g., GSM, CDMA-2000, UMTS) Mobility principles: addressing, routing to mobile users home, visited networks direct, indirect routing care-of-addresses case studies mobile IP mobility in GSM impact on higher-layer protocols 6: Redes Móveis e sem Fios

Redes Sem Fios e Móveis Cap 6 do Kurose

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