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Der IEEE 802.11 Standard für drahtlose lokale Netze Folien von Dr. Hannes Hartenstein NEC Europe Ltd., Heidelberg.

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Präsentation zum Thema: "Der IEEE 802.11 Standard für drahtlose lokale Netze Folien von Dr. Hannes Hartenstein NEC Europe Ltd., Heidelberg."—  Präsentation transkript:

1 Der IEEE Standard für drahtlose lokale Netze Folien von Dr. Hannes Hartenstein NEC Europe Ltd., Heidelberg

2 May 2001H. Hartenstein: IEEE Bibliographie J. Schiller: Mobilkommunikation, Addison- Wesley, Viele Abbildungen sind diesem Buch entnommen! Bob OHara, Al Petrick: IEEE Handbook - A Designers Companion, IEEE Press, 1999 LAN/MAN Standard Committee of the IEEE Computer Society, IEEE Standard for Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, IEEE Standard, Jun

3 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Institute of Eletrical and Electronics Engineers, Inc. Größte techinische Vereinigung: –> Mitglieder in über 150 Ländern. Gegründet in Mission statement: The IEEE promotes the development of electrotechnology and allied sciences, the application of those technologies for the benefit of humanity, the advancement of the profession, and the well-being of its member.

4 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE 802 LAN/MAN Standards IEEE Projekt 802: erstes Meeting im Februar Local Area Networks und Metropolitan Area Networks Standards : CSMA/CD +PHY; Ethernet : Token Bus : Token Ring : Distributed Queue Dual Bus (MAN).

5 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE 802 Architektur 802.2: Logical Link Control verbirgt die Unterschiede zwischen den verschiedenen 802 MACs. 3 Dienstoptionen: best effort, acknowledged, reliable connection-oriented aus: Tanenbaum, Computer Networks

6 May 2001H. Hartenstein: IEEE Design Ziele Drahtloses lokales Netz mit Look and feel wie Unter derselben LLC. Mobilitäts-Unterstützung. Ethernet on Air

7 May 2001H. Hartenstein: IEEE Unterschiede drahtlos-leitungsgebunden Signalausbreitung: alles in der Umgebung ist entweder Reflektor oder Dämpfer des Signals. Jeder kann mithören; Sicherheit schwieriger zu erreichen. Daten nicht in einem abgeschlossen Medium! Mobilität.

8 May 2001H. Hartenstein: IEEE Ray-Tracing Studie Medium Variations © IEEE

9 May 2001H. Hartenstein: IEEE Struktur der Vorlesung (1) Systemarchitektur Protokollarchitektur Physical Layer –Übersicht –DSSS –etc.

10 May 2001H. Hartenstein: IEEE Struktur der Vorlesung (2) MAC Schicht Sicherheit Roaming

11 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (1) Komponenten, Dienste... Nomenklatur! Stations: enthalten (IEEE spezifisch) PHY und MAC Schicht, d.h. funktechnische Funktionen und Mechanismen für den Medienzugriff. Dienste: –authentication –deauthentication –privacy –data delivery

12 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (2) Independent Basic Service Set (IBSS): Menge mobiler stations, die direkt miteinander kommunizieren koennen, ohne Verbindung zu einem verkabelten Netz. BSS 2 BSS 1 STA 1 STA 4 STA 5 STA 2 STA 3

13 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (3) Stations besitzen i.A. keine forwarding Funktionalität! Also: IBSS erlaubt nur 1-hop Kommunikation (1-hop ad-hoc). Wie kann Kommunikation zwischen stations ermoeglicht werden, die nicht direkt miteinander kommunizieren koennen?

14 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (4) IEEE definiert dafür access points, distribution system, portals und distribution services. Distribution System Portal 802.x LAN LAN BSS 1 Access Point STA 1 Access Point LAN BSS 2 STA 2 STA 3 ESS

15 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (5) Access point: eine station, die distribution services anbietet. Ein distribution system verbindet APs miteinander. Distribution services: –association –reassociation –disassociation –distribution –integration

16 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (6) Distribution services Association service: Aufsetzen eine logischen Verbindung zwischen mobiler station und access point. Reassociation service: wie association service, beinhaltet aber auch Information über vorherigen AP. Disassociation service: tear down.

17 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (7) Distribution Services Distribution service: Ein AP benutzt den distribution service, um zu entscheiden, wohin ein empfangener Rahmen geschickt werden soll: –an eine associated mobile station –an einen anderen AP im DS –an ein Portal...

18 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (8) Distribution Services Integration service: Der Integration service verbindet ein IEEE WLAN mit anderen LANs. Ein portal führt den IS aus.

19 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (9) Infrastructure Basic Service Set Kommunikation immer ueber den AP. Erweiterte Kommunikations- moeglichkeiten, aber Frames werden jeweils 2x gesendet. Access Point LAN BSS STA 1 STA 2

20 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Systemarchitektur (10) Extended Service Set: Menge von Infrastructure BSSs, die durch ein DS miteinander verbunden sind. Distribution System LAN BSS 1 Access Point STA 1 Access Point LAN BSS 2 STA 2 STA 3 ESS

21 May 2001H. Hartenstein: IEEE Systemarchitektur: Uebersicht Komponenten: station access point portal distribution system independent basic service set infrastructure basic service set extended service set Dienste: station services: –authentication –deauthentication –privacy –data delivery distribution services: –association –reassociation –disassociation –distribution –integration

22 May 2001H. Hartenstein: IEEE Systemarchitektur: Diskussion Was stellt zur Verfügung, was nicht? –Independent BSS: direkte Kommunikation. –Ansonsten: 1-hop wireless... DS service... 1-hop wireless. Nicht: wireless Multihop.

23 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Protokollarchitektur (1) PMD Physical Medium Dependent PLCP Physical Layer Convergence Protocol MAC Medium Access Control LLC Logical Link Control MAC Management PHY Management PHY MAC Station Management MAC_SAP PHY_SAP PMD_SAP

24 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Protokollarchitektur (2) MAC –Dienste: Datendienst, Sicherheitsdienst –Funktionen: Medienzugriff, Fragmentierung, Verschlüsselung. MAC Management –Authentifizierung –Assoziierung –Energiesparmechanismus (power management) –Synchronisierung –Roaming –MIB

25 May 2001H. Hartenstein: IEEE IEEE Protokollarchitektur (3) PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) –Clear Channel Assessment PMD (Physical Medium Dependent) –Codierung/Decodierung, Modulation PHY Management –PHY MIB, Kanalwahl Station management –Steuerung von Brückenfunktionen, Interaktion mit Distribution System

26 May 2001H. Hartenstein: IEEE PHY Optionen : 3 Optionen, jeweils 1 und 2 Mbits –Frequency Hopping Spread Spectrum (2.4GHz) –Direct Sequence Spread Spectrum (2.4GHz) –Infrared ( nm) a: 6-54 Mbits –Frequency Division Multiplexing, (5GHz) b: 5.5 und 11 Mbits –High Rate DSSS

27 May 2001H. Hartenstein: IEEE PHY: Warum 2.4 bzw 5 GHz? 2.4 GHz: Unlizensiertes ISM Band: Industrial, Scientific, Medical. Einige Regelungen müssen berücksichtigt werden. Nachteil: keine exclusive Nutzung (z.B. Mikrowellen- Herde arbeiten auf 2.4 GHz) 5 GHz: Hiperlan (Europa), UNII (USA). 1 Mm 300 Hz 10 km 30 kHz 100 m 3 MHz 1 m 300 MHz 10 mm 30 GHz 100 m 3 THz 1 m 300 THz VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHFInfrarotUV UNNI: Unlicensed National Information Infrastructure

28 May 2001H. Hartenstein: IEEE DSSS PHY (1) DSSS-PLCP Rahmen: –Sync.: Folge von 1s, zur Detektion, Synchronisation –Start of Frame Delimiter –Signal: zeigt an, welches Modulationsverfahren verwendet wurde –Länge: Anzahl Mikrosekunden, die zur Übertragung benötigt werden –Header Error Check: ITU-T-CRC-16 SynchronisationSFDSignalDienstHECNutzlast 1Mbps 1Mbps variabel Bits Länge 16 PPDU MPDU

29 May 2001H. Hartenstein: IEEE PPDU Scrambler [Spread] Modulo-2 Adder DBPSK DQPSK Modulator 11-bit Barker Word DSSS PHY (2) Scrambler: zur Vermeidung von Gleichstromanteilen, d.h. runs of 1s or 0s Barker Word: (+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1) Differential Binary Shift Keying fuer 1 Mbps Differential Quadrature Shift Keying fuer 2 Mbps

30 May 2001H. Hartenstein: IEEE DSSS PHY (3) Warum Spread Spectrum? –weniger Interferenz –Robustheit gegenüber Störungen und Rauschen –Robustheit bzgl. time delay spread 1 0 scrambling wegen Redundanz

31 May 2001H. Hartenstein: IEEE DSSS PHY (4) Mehrwege-Ausbreitung führt zu Laufzeitdispersion (delay spread) WLAN Radio Transmitter WLAN Radio Receiver Home < 50 nsec Office ~ 100 nsec Manufacturing floor nsec

32 May 2001H. Hartenstein: IEEE Cebit 2001: Radioscape

33 May 2001H. Hartenstein: IEEE Modulation Rate Change Bessere Modulationsverfahren verlangen höheren Signal-zu-Rausch Abstand! Z.B. wenn Rahmen verloren geht, wird die Modulationsrate gesenkt. Q I 01 Q I

34 May 2001H. Hartenstein: IEEE Channels Source: IEEE Tutorial fc - 11 MHz fc - 22 MHz

35 May 2001H. Hartenstein: IEEE PHY Zusammenfassung IEEE benutzt unlizensierte Frequenz- bänder –Vorteil: kostengünstig (entspricht Ethernet Idee). –Nachteil: Störungen durch andere Teilnehmer. Deshalb: spread spectrum wg. Robustheit und guten Eigenschaften bei Mehrwegeausbreitung (wichtig in Räumen). Verschiedene Modulationsarten erlauben verschiedene Datenraten; bessere Datenraten verlangen aber besseres SNR!

36 May 2001H. Hartenstein: IEEE Tutorien... rrilhes/Linux/Wireless.html


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