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

Componentes das redes de móvel & as redes sem fios RAN CN CN UIM MT UIM : User Identity Module MT : Mobile Terminal RAN : Radio Access Network CN : Core Network

Interface UIM-MT UIM MT 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 UIM MT

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

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

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

Redes De Móvel & Redes Sem Fios RSF RDM 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.

Exemplos de Redes Móveis e/ou Sem fios Sistema Sem Fios Movel GSM UMTS TCP/IP x IP Mobile ATM DECT

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

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.

Arquitectura Geral

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.

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.

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…..

fN associado. A aplicação desta tecnologia é bastante simples. 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. Ocupado pelo utilizador 2 Frequência Livre Ocupado pelo utilizador 1 C B Canal físico A Tempo Frequency Division Multiple Access

TDMA 1 2 3 4 1 2 3 4 Time Division Multiple Access Ocupado pelo utilizador 2 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. Livre Frequência Ocupado pelo utilizador 1 1, 2, 3,4 Slots Canal físico Tempo 1 2 3 4 1 2 3 4 Time Division Multiple Access

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

recebido pelo código N associado CDMA 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. Ocupado pelo utilizador 2 Codigo Livre Ocupado pelo utilizador 1 Canal físico Tempo Frequência Code Division Multiple Access

Allocação 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.

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.

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

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

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

Tecnologias 2,5G HSCSD GPRS EDGE Web site Ericsson

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.

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

GPRS O GPRS é uma tecnologia de comutação de pacotes 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

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

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

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

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 In this slide, maximum theoretical data rate figures are shown for the four coding schemes. These maximum values for the data rate are obtained assuming a mobile is able to use up to 8 GPRS timeslots.

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

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

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

Classes do EDGE Classe Downlink Uplink A 8PSK GMSK B BTS MS Downlink

Esquemas de Coding da EDGE

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

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

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

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

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 …

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 Imagens, Vidéo … Servidor

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... Request Servidor Response

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... Dados Servidor Dados

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

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

CN : noção de domínio AuC GGSN GMSC HLR VLR EIR MSC SGSN PS domain CS domain

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

Técnicas do Multiplexing : FDD et TDD movél  rede movél  rede f1 t rede  movél fi t rede  movél f2 t Multiplex FDD Multiplex TDD FDD e TDD estão disponíveis em UMTS TDD foram projetados para o uso em áreas elevadas da densidade; a taxa a mais elevada : TDD-2.048Mb/s FDD-384kb/s

Redes Celulares: Sumário GSM 890-915MHz 935-960MHz TDMA GMSK ~ 24kbps UMTS 1885-2025MHz 2110-2200MHz ~ 2Mbps HSCSD <57kps GPRS ~171kbps EDGE GMSK 8PSK < 2G 2,5G 3G

WLAN 1990 : o projecto de lançar uma rede local sem fios é lançado. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) : IEEE 802.11 IEEE 802.15 Hiperlan (High Performance Local Area Network) HiperLAN

IEEE 802.11 As frequências situam-se na gama 2,4 GHz; As comunicações podem fazer-se directamente de terminal à Terminal o passando por uma estação básica. Os débitos variam de acordo com a técnica de codificação utilizada e a banda espectral da rede. O rede IEEE 802.11 é Celular

Arquitectura IEEE 802.11 ESS AP AP IBSS BSS BSS AP: Access point, BSS : Basic Set service, ESS : Extented Set Service, IBSS Independent BSS.

Funcionamento do WLAN Notebook iPaq Server Access Port Server Notebook Main Corporate Backbone Switch Server If the site is using DHCP, and no additional security – then connection and subsequent IP address allocation is automatic. PalmPilot Mobile Phone

WLAN na Europa, Ásia e EU Europe and Asia US Europa e Ásia EU Higher density of population Higher cellular penetration Market dominated by mobile operators Bigger reliance on public transportation, smaller homes Consumer-oriented wireless data market Higher density of population Higher cellular penetration Market dominated by mobile operators Bigger reliance on public transportation, smaller homes Consumer-oriented wireless data market Higher penetration of laptop computers and PDAs Higher Internet penetration Higher 802.11 penetration Airports and hotels as major hotspot locations More advanced wireless data applications for business users Higher density of hotspots WLAN access as an extension of cellular data access Larger demand for wireless data applications from business users WLAN access as a substitute for fixed LAN access

Método de Acesso Dois métodos de acesso fundamentais a nível da camada MAC: DCF (Distributed Coordination Function) : Utilizado para permitir transferências de dados assíncronas em best esforço; baseado no CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance). PCF (Point Coordination Function) : Baseado na interrogação polling, controlados pelo ponto de acesso; concebido essencialmente para a ransmissão dos dados sensíveis que pedem uma gestão do prazo.

HiperLAN (1) ETSI : European Telecommunications Standards Institute HiperLAN : High Performance Local Area Network HiperLAN 1 HiperLAN 2 HiperLAN 3 (WLL Wireless Local Loop) HiperLAN 4

HiperLAN (2) MAC MAC MAC MAC HiperLAN Tipo 4 ATM Sem Fois Interconexão Camada Fisica Camada Fisica Camada Fisica Camada Fisica 5 GHz 5 GHz 17 GHz 5 GHz 23 Mbit/s 20 Mbit/s 155 Mbit/s 23 Mbit/s HiperLAN Tipo 4 ATM Sem Fois Interconexão HiperLAN Tipo 1 LAN Sem Fois 802 HiperLAN Tipo 2 ATM Sem Fois Acesso Curto alcance HiperLAN Tipo 3 ATM Sem Fois Acessos a distância ATM : Asynchronous Transfer Mode DLC : Data Link control MAC : Medium Access Control

Arquitectura HiperLAN Camada Rede Camada DLC Liaison Camada MAC Camada CAC Camada MAC Camada Fisica Camada Fisica Camada Fisica CAC : Channel Access Control MAC : Medium Access Control DLC : Data Link Control OSI : Open Systems Interconnection

Bluetooth (1) Nome de um chefe Viking Harald Bluetooth; Ericsson e um grupo dos vários grandes industriais (IBM, Intel, Nokia, Toshiba...); 1999: o grupo IEEE 802.15 WPAN (Wireless Personal Area Network) ter ser instaurar lugar para normalizar rede dum alcance duma dezena metro; Três grupos de servicos : A, B e C.

Grupo A Utilização de banda do espectro sem licença 2,45 GHz; muito baixo custo para instaurar em lugar e utilização; Dimensão reduzida; Modo sem conexão; Possibilidade superposition com o IEEE 802.11.

Grupo B Utilização de uma camada MAC (Medium Access Control) até 100 kbit/s; Possibiltés para todas as máquinas de comunicar entre elas; Utilização de QoS para autorizar certas aplicações; Até 10 m de alcance; Tempo máximo um segundo para se conectar rede.

Grupo C Segurança da comunicação; Transmissão do vídeo; Possibilidade de roaming.

WLAN vs WPAN WLAN (802.11) para: - Interagir com infra-estruturas LAN; - Ser utilizado horas ou mesmo dias; - Equipamentos portáteis. WPAN (802.15) para: - Interagir com equipamentos pessoais; - Ser utilizado segundos ou mesmo alguns minutos; - Equipamentos móveis.

Bluetooth : Piconets (Picoredes) Baseado na utilização de picoredes (piconets) : Contendo um mestre (iniciador da conexão) que gere as trocas e aos mais 7 escravos activos que podem comunicar. Vários piconets formam um scatternet mestre escravo escravo escravo escravo Piconet

Bluetooth : Scatternets Mestre Escravo Possibilidade de conectar 10 piconets para formar uma rede de 72 aparelhos : 8x10 - 8 e-aparelho que servem de pontes estreitas por conseguinte comuns à 2 picoréseaux. Num piconet, o mestre dá a palavra alternadamente atribuindo tempos de palavra ou slots... a formação de scatternets complexifie o problema.