REDES SEM FIOS Prof. Amine Berqia Web :

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1 REDES SEM FIOS Prof. Amine Berqia Email : bamine@ualg.ptbamine@ualg.pt Web : http://w3.ualg.pt/~bamine

2 Componentes das redes de móvel & as redes sem fios UIMMT RANCN UIM : User Identity ModuleMT : Mobile Terminal RAN : Radio Access NetworkCN : Core Network

3 Interface UIM-MT UIMMT UIM-MT ’’Interface ’’ situa-se entre o cartão SIM e o terminal móvel que pode corresponder a diferentes tipos de redes: GSM, GPRS, UMTS, IEEE802.11

4 Interface MT-RAN MT RAN Interface MT-RAN ligar o terminal móvel à antena e define como o terminal acede à antena e reciprocamente.

5 Interface RAN-CN RANCN Interface RAN-CR refere- se à transmissão da antena ao primeiro comutador da rede.

6 Interface CN-CN CN Interface CN- CN define a tecnologia rede utilizada para encaminhar as informações.

7 Redes De Móvel & Redes Sem Fios RDM RSF Um utilizador é definido como utilizador móvel se o mesmo é capaz de comunicar fora da sua rede de assinatura conservando ao mesmo tempo o mesmo endereço. Um sistema chama-se sem fios se o mesmo propõe um serviço de comunicação totalmente independente das tomadas murais.

8 Exemplos de Redes Móveis e/ou Sem fios SistemaSem FiosMovel GSM UMTS TCP/IPxx IP Mobilex ATMxx DECT x

9 Os Sistemas Celulares  GSM : Global System for Mobile communications  GPRS : General Packet Radio Service  EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution  UMTS : Universal Mobile Telecommunications System

10 GSM  1979: reserva da banda do 900 MHz para as comunicaçoes móveis na Europa por IUT  1980: criação de grupo de trabalho GSM (Groupe Spécial Mobile)  1992: comercialização real dos primeiros sistemas GSM Desde o GSM deixou a sua sigla francesa para a de Global System for Mobile communications e suplantou os sistemas analógicos.

11 Arquitectura Geral

12 BSS : Base Station Subsystem  MS (Mobile Station) : parte visível do sistema rádio móvel e miniaturisés cada vez mais.  BTS (Base Transceiver Station) : estações básicas, pontos de acesso a rede GSM. Os BTS materializa-se sob a forma de antenas sobre os tectos dos edifícios na cidade ou sobre o bordo da estrada.  BSC (Base Station Controller) : controlador BTS, um BSC gere os canais rádios e BTS aplica as decisões tomadas pelos BSC como o controlo de admissão das chamadas e a gestão dos handovers.

13 NSS : Network SubSystem  MSC (Mobile-services Switching Center) : O MSC é um comutador numérico em modo circuito, que gere todas as comunicações com os móvel sob a sua cobertura.  HLR (Home Location Register) : base de dados de localização nominal na qual são armazenadas todas as informações relativas aos assinantes de uma rede móvel.  VLR (Visitor Location Register) : base de dados de localização Local na qual são armazenadas todas as informações relativas aos utilizadores de uma região específica.

14 Interface rádio: Subsídio de frequência: - banda 890-915 Mhz para a direcção ascendente (MT para BTS) -banda 935-960 Mhz para a direcção descendente (BTS para MT) Métodos de acesso: FDMA, TDMA, CDMA, F-TDMA…..

15 FDMA O FDMA é o método de acesso múltiplo mais utilizado. Esta técnica é mais antiga, e permite diferenciar os utilizadores por simples uma diferenciação frequencial. Com efeito, para ouvir o utilizador N, o receptor considera apenas a frequência fN associado. A aplicação desta tecnologia é bastante simples. Frequência Tempo B A C Ocupado pelo utilizador 2 Ocupado pelo utilizador 1 Livre Frequency Division Multiple Access Canal físico

16 TDMA Frequência Tempo Ocupado pelo utilizador 2 Ocupado pelo utilizador 1 Livre Time Division Multiple Access Canal físico 12 3 4 1 2 3 4 O TDMA é um método de acesso que baseia-se na distribuição de recursos no tempo. Cada utilizador emite ou transmite num intervalo de tempos concreto cuja periodicidade é definida pela duração da trama. Neste caso, para ouvir o utilizador N, o receptor tem apenas a considerar o intervalo de tempos N associado à este utilizador. 1, 2, 3,4Slots

17 F-TDMA Frequência Tempo Frequency Time Division Multiple Access 12 3 4 1 2 3 4 B A C Ocupado pelo utilizador 2 Ocupado pelo utilizador 1 Livre 1, 2, 3,4Slots

18 CDMA Tempo Code Division Multiple Access Livre Codigo Frequência Ocupado pelo utilizador 2 Ocupado pelo utilizador 1 Canal físico O CDMA é baseado na distribuição por códigos. Com efeito, cada utilizador é diferenciado do resto dos utilizadores por um código N que lhe foi atribuído no início da sua comunicação e que é ortogonal ao resto de códigos ligados à outros utilizadores. Neste caso, para ouvir o utilizador N, o receptor tem apenas a multiplicar o sinal recebido pelo código N associado à este utilizador.

19 Allocaç ão de recursos  Conjunto dos recursos disponíveis = bandwith;  Divisão da bandwith em vários conjunto de canais;  Multiplexing de várias comunicações sobre a mesma bandwith à ajuda dos métodos de acesso;  Vários esquemas de subsídios de recursos: FCA, DCA, HCA.

20 FCA FCA : Fixed Channel Assignment + simples e rápido; + atribuição fixa de recursos todas as às estações básicas; -- não permite de gerir a variação brutal e instantânea do tráfego.

21 DCA DCA : Dynamic Channel Assignment + concentração dos recursos num grupo comum; + aumentar a capacidade do sistema; -- requer uma importante carga de sinalização.

22 HCA HCA : HybridChannel Assignment + mistura de FCA e de DCA; -- mistura dos inconvenientes;

23 Handover  Permite de passar de uma célula ao outro sem corte de comunicação;  É um mecanismo revolucionário responsável do sucesso da telefonia móvel.

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32 Tecnologias 2,5G  HSCSD  GPRS  EDGE Web site Ericsson

33 HSCSD e GPRS  HSCSD - High Speed Circuit Switched Data  GPRS - General Packet Radio Service Estas novas tecnologias oferecem soluções para aumentar as taxas de dados com relação às redes GSM existentes. As operadoras de rede querem promover serviços de dados para aumentar as receitas.

34 HSCSD  O HSCSD é uma tecnologia de comutação de circuitos  Um canal físico é atribuído por toda a duração da chamada  A conexão do canal físico é mantida mesmo se não houver dados sendo transferidos

35 GPRS  É muito diferente das arquiteturas de redes celulares atuais  Somente é atribuído um canal físico quando for necessário transmitir ou receber dados  Os canais físicos podem ser compartilhados entre diferentes usuários móveis  O GPRS é uma tecnologia de comutação de pacotes

36 Comutação de circuitos vs pacotes  Circuitos Cada canal físico é atribuído Adequado a.. Aplicações em que o tempo é crítico p.ex. videofone Complementa.. PSTN e ISDN Cobrado por … O minuto  Pacotes Cada canal físico é compartilhado Adequado a.. Web browsing E-mail Valores de ações, etc. Complementa.. TCP/IP, X25 Cobrado por.. O BIT (e QoS)

37 HSCSD e GPRS vs GSM Multislot As unidades móveis GSM convencionais usam umúnico timeslot no uplink e no downlink para transportar um canal de tráfego (TCH). As unidades móveis HSCSD e GPRS podem transmitir e receber em diversos timeslots GSM por quadro. Unico timeslot

38 GSM + GPRS PSTN BSC GSM BTS GSM BTS MSC PCU Other nets GGSNSGSN Como promover uma rede da GSM a GPRS? 1.For the BSS software upgrade hardware upgrade 2.New GPRS support nodes (SGSN – GGSN)

39 Esquemas de Coding de GPRS (1)  GPRS using same physical RF layer as GSM speech  Data is coded into normal bursts (456 bits / 20ms)  Higher data rates per timeslot achieved by removing error protection

40 Timeslot sharing BTS BCCH GPRS TCH User rate at CS2 = 40.2 kbps TCH A Voice call require the GPRS TS

41 Timeslot sharing BTS BCCH GPRS TCH User rate at CS2 = 40.2 kbps TCH A Voice call takes the GPRS TS User rate at CS2 = 26.8 kbps

42 EDGE  EDGE = Enhanced Data rates for GSM Evolution  EDGE é uma extensão do HSCSD e GPRS  EDGE define um novo formato de modulação (8PSK) que permite que serviço como o HSCSD e GPRS sejam mais rápidos

43 Downlink Uplink ClasseDownlinkUplink A8PSKGMSK B8PSK BTS MS Classes do EDGE

44 Esquemas de Coding da EDGE

45 Impacto da EDGE em redes existentes de GSM/GPRS  Hardware upgrade to the BSS (new transceiver in each cell)  Software upgrade to the BS and BSC  No change in the core networks  New terminals - Terminal which provides 8PSK in the uplink and the downlink - Terminal which provides GMSK in the uplink and 8PSK in the downlink

46 SGSN GGSN Gb Gn Gc Gi Gs Gn HLR BSC MSC PSTN BTS Abis A A D D A A PDN NEW GSM + GPRS + EDGE

47 Tecnologias 3G UMTS : Universal Mo Mobile Telecommunications Service IMT 2000 : International Mobile Telecommunication system CDMA 2000 : Code Division Multiple Access W-CDMA : Wideband-Code Division Multiple Access

48 UMTS  Circuito e Pacote,  Voice : 144kb/s  low-rate data : 384kb/s,  high-rate data : 2Mb/s.

49 As classes de serviços do UMTS (1) Classe A (conversational): serviços bidirectivos implicando 2 interlocutores (ou um grupo de pessoa), como a telefonia, visiophonie ou os jogos interactivos...; Telefonia Visiophonie …

50 As classes de serviços do UMTS (2) Classe B (streaming) : serviços implicando um utilizador e um servidor de dados, como vídeo ao pedido e aplicações de transferência de imagens Servidor Imagens, Vidéo …

51 As classes de serviços do UMTS (3) Classe C (interactivo): serviços nos quais o utilizador mantem um diálogo interactivo com um servidor de aplicações ou de dados, como navegação sobre Internet, transferência de ficheiros por ftp... Servidor Response Request

52 As classes de serviços do UMTS (4) Classes D (background): parentes da classe C à diferença que as informações transmitidas são de prioridades inferiores, como a transferência de telefax ou o serviço de mensagens de tipo SMS... Servidor Dados

53 Frequências da 3G Para os sistemas terrestres (230 MHz) : 1885 – 2025 MHz para a primeira banda 2110 – 2200 MHz para a segunda Para os sistemas MSS (Mobile Satellite Service) (150MHz) : 1980 – 2100 MHz 2170-2200 MHz

54 Rede UMTS CN BRANUTRANSRAN AN CN :Core Network, AN : Access Network, BRAN : Broadband Radio Access Network, SRAN : Satellite RAN, UTRAN : UMTS Terrestrial RAN

55 CN : noção de domínio CS domain PS domain AuC GMSCHLR GGSN VLR MSC EIR SGSN

56 Rede de acesso UTRAN RNC Node B RNC Node B RNC Node B MH lub CS PS Core Network Rede de acesso RNC : Radio Network Controller, MH : Mobile Host