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Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Drahtlose LANs (2. Teil) 7.0.2 HiperLAN/1 HiperLAN/2.

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Präsentation zum Thema: "Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Drahtlose LANs (2. Teil) 7.0.2 HiperLAN/1 HiperLAN/2."—  Präsentation transkript:

1 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Drahtlose LANs (2. Teil) HiperLAN/1 HiperLAN/2

2 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs ETSI - HIPERLAN ETSI-Standard europäischer Standard, vgl. GSM, DECT,... Ergänzung lokaler Netze und Ankopplung an Festnetze zeitkritische Dienste von Anfang an integriert HIPERLAN-Familie ein Standard kann nicht alle Anforderungen abdecken Reichweite, Bandbreite, Dienstgüteunterstützung kommerzielle Rahmenbedingungen HIPERLAN verabschiedet Physical Layer Channel Access Control Layer Medium Access Control Layer Bitübertragungsschicht Sicherungsschicht HIPERLAN-SchichtenOSI-Schichten Höhere Schichten

3 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Übersicht: ursprüngliche HIPERLAN-Familie Hier interessiert uns nur HIPERLAN 1 (=HIPERLAN)

4 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - Merkmale Datenübertragung Punkt-zu-Punkt (unicast), Punkt-zu-Mehrpunkt (multicast) 23,5MBit/s, 1W/100mW Sendeleistung, 2383 Byte Paketgröße Dienste Asynchrone und zeitbegrenzte Dienste durch Prioritäten kompatibel mit ISO MAC Topologie Infrastruktur- oder ad-hoc-Netzwerk Reichweite kann über die eines mobilen Knotens hinausgehen (forwarding kann in Knoten integriert sein) Sonstige Mechanismen Energiesparmodi, Verschlüsselung, Prüfsummenberechnung

5 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - Dienste und Protokolle MAC MAC-Dienst, kompatibel mit ISO MAC und ISO MAC Brücken Benutzung von HIPERLAN CAC Multi-Hop Forwarding CAC Definition eines Kommunikationsdienstes über ein geteiltes Medium Spezifikation von Zugriffsprioritäten Versteckt die Eigenheiten von HIPERLAN Physical Protocol Übertragungs und Empfangsmechanismen, Signalkodierung

6 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN Schichten, Dienste und Protokolle MSAP HCSAP MSAP HCSAP HM-entity HC-entity HM-entity HC-entity MAC layer CAC layer PHY layer HP-entity LLC layer HMPDU HCPDU data bursts MAC protocol CAC protocol PHY protocol MAC service CAC service PHY service MSDU HCSDU

7 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - Physikalische Schicht Aufgaben Modulation, Demodulation, Bit und Rahmensynchronisation Vorwärtsfehlerkorrekturmaßnahmen Messung der Signalstärke Erkennung der Belegung eines Kanals Kanäle Standard sieht 3 verpflichtende und 2 optionale Kanäle mit den zugehörigen Trägerfrequenzen vor verpflichtend Kanal 0: 5, GHz Kanal 1: 5, GHz Kanal 2: 5, GHz optional (nicht in allen Ländern erlaubt) Kanal 3: 5, GHz Kanal 4: 5, GHz

8 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - PHY - Rahmencharakteristik Aufrechterhaltung der hohen Datenrate von 23,5Mbit/s kostet viel Energie - fatal für portable Geräte daher wird einem Paket ein Kopf niedriger Bitrate vorangestellt, der alle Informationen über den Empfänger der Nachricht beinhaltet nur betroffene Empfänger fahren mit dem Empfang fort Rahmenstruktur LBR (Low Bit-Rate) Kopf mit 1,4Mbit/s 450bit Synchronisation mindestens 1, maximal 47 Datenblöcke zu 496bit für Bewegungsgeschwindigkeiten über 1,4m/s muß die Maximalzahl von Datenblöcken verringert werden Modulation GMSK für hohe Bitrate, FSK für LBR-Kopf LBRSynchDaten 0 Daten 1 Daten m

9 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - CAC - Unterschicht Channel Access Control (CAC) Sicherstellen, dass nicht auf unerlaubte Kanäle zugegriffen wird Prioritätsschema, Zugriff mit Elemination-Yield Non-Preemtive Priority Multiple Access (EY-NPMA) Prioritäten 5 Prioritätsstufen, realisieren Dienstgüte Dienstgüte wird in eine Prioritätsstufe mit Hilfe der Paketlebenszeit (durch Anwendung gesetzt) umgerechnet Paketlebenszeit = Zeit innerhalb derer es Sinn macht, das Paket an einen Empfänger zu übertragen Standardwert 500ms, maximal 16000ms kann das Paket aufgrund seiner aktuellen Priorität noch nicht gesendet werden, so wird die Wartezeit permanent von der Lebenszeit abgezogen basierend auf MAC Priorität, verbleibender Paketlebenszeit, und erwarteter Anzahl der Zwischenstationen bis zum Empfänger wird eine der 5 Prioritäten zugewiesen damit steigt die Priorität wartender Pakete automatisch an

10 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Prioritätsfindung HIPERLAN 1 - EY-NPMA I EY-NPMA (Elimination Yield Nonpreemptive Priority Multiple Access) 3 Phasen: Prioritätsfindung, Wettbewerb, Übertragung WettbewerbÜbertragung Synchronisation Prioritätserkennung Prioritätssicherung t Nutzdaten Auslöschung Auslöschungs- überprüfung Yield

11 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - EY-NPMA II Prioritätsfindung Prioritätserkennung jede Priorität entspricht einem Sendezeitpunkt in der ersten Phase, die höchste Priorität hat den frühesten Zeitpunkt, die niedrigste den spätesten jede Station hört entsprechend der Priorität (Priorität*168) Bit in das Medium hinein wenn nichts gehört, weiter, ansonsten eliminiert Prioritätssicherung Sende Burst mit markantem Bitmuster Resultat Sendewünsche mit höherer Priorität können nicht verdrängt werden liegt kein solcher Wunsch vor (nicht belegter Zeitschlitz für eine höhere Priorität), so kann die nächst niedrigere senden am Ende der Phase ist die höchste aktuelle Priorität bestimmt es können mehrere Station der gleichen Priorität sendewillig sein!

12 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - EY-NPMA III Wettbewerbsphase Auslöschung: Elimination Burst: Wettbewerber senden einen Burst, um Konkurrenten zu eliminieren ( , hohe Rate) alle 212 Bit wird zufällig bestimmt ob man weiter sendet (p=0,5) Auslöschungsüberprüfung: Elimination Survival Verification: Wettbewerber hören nun in den Kanal, ist dieser frei, so dürfen sie fortfahren, ansonsten wurden sie eliminiert Yield: zufälliges Warten zwischen 0 und 9 Slot Zeiten (a 168 Bit) wenn dann noch frei, senden! Datenübertragung Der Sieger darf übertragen (sehr kleine Wahrscheinlichkeit der Kollision bleibt) War der Kanal längere Zeit ruhig (min. 1700bit-Dauern) kann sofort gesendet werden ohne EY-NPMA Synchronisation anhand der letzten Datenübertragung

13 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - DT-HCPDU/AK-HCPDU HIHDA HDACS BLIR = n 1 BL- IRCS LBR bit HBR bit TIBLI = n byte 1 PLI = m HID DA SA UD 19 - (52n-m-4) PAD (52n-m-3) - (52n-4) CS (52n-3) - 52n HIAID AIDCS LBR bit Daten HCPDU Bestätigungs HCPDU HI: HBR-part Indicator HDA: Hashed Destination HCSAP Address HDACS: HDA CheckSum BLIR: Block Length Indicator Replica BLIRCS: BLIR CheckSum TI: Type Indicator BLI: Block Length Indicator PLI: Padding Length Indicator HID: HIPERLAN IDentifier DA: Destination Address SA: Source Address UD: User Data ( byte) PAD: PADding CS: CheckSum AID: Acknowledgement IDentifier AIDS: AID CheckSum

14 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - MAC-Schicht Kompatibel mit ISO MAC Unterstützt zeitbegrenzte Dienste über Prioritätsschema Paketweiterleitung Unterstützung von gezieltem (Punkt-zu-Punkt) oder Broadcast- Weiterleiten (falls keine Weginformationen vorhanden) Unterstützung von Dienstgüte bei der Weiterleitung HM-UNITDATA.req(Quelladresse, Zieladresse, MSDU, Priorität, MSDU-Lebensdauer) HM-UNITDATA.ind(Quelladresse, Zieladresse, MSDU, Priorität, MSDU-Lebensdauer, verbleibende MSDU-Lebensdauer)

15 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - MAC-Schicht II Wie wird die nächste PDU in einer Station ausgewählt? dazu ist eine Abbildung von (Priorität, Restlebenszeit) auf die CAC Prioritäten (0-4) notwendig bestimme die normalisierte Restlebenszeit (NRL) = Restlebenszeit dividiert durch die erwartete Anzahl der Zwischenstationen dann Abbildung wie in Tabelle: NRLM-Priorität=0M-Priorität=1 NRL<10ms01 10 ms NRL < 20 ms ms NRL < 40 ms ms NRL < 80 ms ms NRL 44

16 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - MAC-Schicht III Verschlüsselungsmechanismen Integrierte Mechanismen, nicht jedoch Schlüsselverwaltung einfaches XOR-Schema, mit Pseude-Zufallszahlten Initialisierung für den Zufallszahlengenerator = Schlüssel schwach!!! Energiesparmechanismen Mobile Endgeräte können Wachmuster vereinbaren, d.h. Zeitpunkte, zu denen sie Pakete empfangen können Zusätzlich müssen Knoten vorhanden sein, die Daten für schlafende Knoten aufbewahren und zum richtigen Zeitpunkt weiterleiten (sog. Stores)

17 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - DT-HMPDU LI: Length Indicator TI: Type Indicator (1=Data) RL: Residual Lifetime PSN: Sequence Number DA: Destination Address SA: Source Address ADA: Alias Destination Address ASA: Alias Source Address UP: User Priority ML: MSDU Lifetime KID: Key Identifier IV: Initialization Vector UD: User Data, 1–2383 byte SC: Sanity Check (for the unencrypted PDU) n= 40– bit LI = n byte TI = 1 RL PSN DA SA ADA ASA UPML KID IV UD SC (n-2) (n-1) - n Daten HMPDU

18 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 als Ad-Hoc-Netzwerk HIPERLAN unterstützt Ad-Hoc-Funktionalität: über mehrere Stationen hinweg (multihop) zur Infrastrukturlosen Kommunikation und als Erweiterung des Sendebereichs einer Basisstation verwendet viele Informationen und komplexes Verfahren hier nur die prinzipielle Idee Routing in mobilen Ad-Hoc-Netzen, siehe später! Im weiteren: Forwarder = Station mit der Fähigkeit Pakete weiterzuleiten

19 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Ad-hoc Netzwerke mit HIPERLAN 1 Nachbarschaft (d.h. in Funkreichweite) HIPERLAN B HIPERLAN A Information Bases (IB): RIB: Routing NIB: Neighbourhood HIB: Hello AIB: Alias SMRIB: Source Multipoint Relay TIB: Topology DDIB: Duplicate Detection RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB Forwarder

20 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Information Datenbasen in HIPERLAN-Knoten Route Information Base (RIB) - wie kann ein Ziel erreicht werden? [destination, next hop, distance] dies ist eine Routingtabelle! wie kommt man zu dieser? Neighbor Information Base (NIB) - Status der direkten Nachbarn [neighbor, status] asymmetrisch symmetrisch Weiterleiter (MultiRelay) wird mindestens einmal alle 10 Sekunden an alle Nachbarn übertragen Hello Information Base (HIB) - Status des Ziels (über den nächsten Knoten) [destination, status, next hop] H_NeighborNF: destination ist Nachbar und leitet keine Pakete weiter H_NeighborF: destination ist Nachbar und leitet Pakete weiter H_TwoHop: destination ist zwei Hops weit entfernt und kann über den direkten Nachbarn next hop erreicht werden

21 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Information Datenbasen in HIPERLAN-Knoten Alias Information Base (AIB) - Adressen von Knoten außerhalb des Netzes [original MSAP address, alias MSAP address] Abbildung von Adressen ausserhalb des Hiperlans auf eine Hiperlanadresse (die dann als eine Art Gateway arbeitet) Source Multipoint Relay Information Base (SMRIB) - derzeitiger MP Status [source multipoint relay, sequence] jeder Forwarder merkt sich die Stationen, die ihn als Forwarder verwenden diese Information wird an alle Forwarder geflutet (alle 40 Sekunden) Topology Information Base (TIB) - derzeitige HIPERLAN-Topologie [destination, forwarder, sequence] vollständige Topologieinfos, d.h. daraus wird dann dann die RIB berechnen Duplicate Detection Information Base (DDIB) - Erkennung von Duplikaten [source, sequence]

22 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HiperLAN/2 Alle Informationen und Abbildungen entstammen dem Whitepaper von Martin Johnsson: HiperLAN2 – The Broadband Radio Transmission Technology Operating in the 5 GHz Frequency Band, HiperLAN/2: - drahtloses lokales Netz - sehr hohe Datenraten - spezifiziert: HiperLan2 Global Forum

23 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HiperLAN/2 vs. IEEE802.11

24 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HiperLAN/2 Physical Layer Orthogonal Frequency Division Multiplex: - Daten werden auf mehrere Träger (subcarrier) aufgeteilt und übertragen - flexibel und robust gegen Störungen eines Trägers - wird auch in ADSL und DAB verwendet Modulationsarten:

25 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HiperLAN/2 MAC Prinzipiell Verbindungsorientiert! Bislang nur zwischen Basistation und Mobilstation. Es wird Time Division Duplex (TDD) und dynamic Time-Division Multiple Access verwendet:

26 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HiperLAN/2 MAC Kanäle im MAC: - BCH Broadcast Channel: Steuerung der Leistung, Aufwecken schlafender Mobilstationen, Vergabe eindeutiger Identifizierer - FCH Framecontrol Channel: Beschreibung der aktuellen Ressourcenverteilung - RCH Random Access Channel: hier signalisieren Mobilstationen ihre Ressourcenbedürfnisse - ACH Access Feedback Channel: Rückmeldung bezüglich Resourcenbedürfnisse - DL/UL Phase Downlink/Uplink Phase: Datenübertragung, wird in mehrere logische Kanäle untergliedert: - Nutzerdaten - Verbindungsmanagement - und mehr

27 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HiperLAN/2 Verbindungsmanagement Verbindungsaufbau: - Mobilstation lauscht auf BCH aller Basisstationen - wähle diejenige mit dem besten Empfang - Anfrage einer MAC ID von der Basisstation - dann aushandeln aller Parameter (DL/UL Phase) Verbindungsabbau: - durch explizite Nachricht - durch timeout

28 Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HiperLAN/2 Ausblick Durch QoS Unterstützung für Multimedia interessant. Erste Produkte wurden auf der CEBIT 2002 gezeigt. Könnte Zukunft haben. Schwere Konkurrenz durch IEEE802.11


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