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Ultra Wideband Radio (Seminar Advanced Topics in Networking – Rolf Winter) Von Martin Goralczyk.

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Präsentation zum Thema: "Ultra Wideband Radio (Seminar Advanced Topics in Networking – Rolf Winter) Von Martin Goralczyk."—  Präsentation transkript:

1 Ultra Wideband Radio (Seminar Advanced Topics in Networking – Rolf Winter) Von Martin Goralczyk

2 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)2/26 ubiquitous computing Einleitung -ubi. computing - UWB? - Probleme IEEE a IEEE Diskussion Epilog Es gibt immer mehr Computer pro Person Computer zu Computer Kommunikation wird immer wichtiger Anzahl der mobilen Geräte wird größer in vielen Bereichen steigt die benötigte Bandbreite WPAN mit hoher Bandbreite und geringem Stromverbrauch

3 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)3/26 Mobil Slates MP3 PDAs Handys Headsets Foto Laptops Drucker Lautsprecher PC Datenspeicher Scanners DVDPlayer Heim HDTV STBs VCRs Camcorder Spielkonsole HiFi Zukunft: mehr Vernetzung Einleitung -ubi. computing - UWB? - Probleme IEEE a IEEE Diskussion Epilog

4 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)4/26 Was ist UWB? Weder Markenname noch Übertragungsstandard absolute Bandbreite muss mindestens 25% der Mittenfequenz, oder mehr als 1,5 GHz betragen Bisher eine Art Radar beim Militär Einleitung -ubi. computing - UWB? - Probleme IEEE a IEEE Diskussion Epilog

5 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)5/26 Unterscheidung Bildgebende Verfahren (Radar) Feuerwehr Medizin Auto (Mercedes) Kommunikation Drahtlos Hoher Durchsatz Piconetze Einleitung -ubi. computing - UWB? - Probleme IEEE a IEEE Diskussion Epilog

6 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)6/26 Probleme Verstößt gegen die FCC-Rules Kritik aus Lagern, wie Mobilfunk, Radar oder GPS Inteferenzen? Senden in reservierten Bändern? Einleitung -ubi. computing - UWB? - Probleme IEEE a IEEE Diskussion Epilog

7 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)7/26 Lösung (?) kurze(~200ps), gepulste Signale gehen als Rauschen unter FCC gibt am UWB eingeschränkt für zivile Nutzung frei 2.4GHz GHz frequency Signal-CodierungSendefrequenz time (FCC Min=500Mhz) Einleitung -ubi. computing - UWB? - Probleme IEEE a IEEE Diskussion Epilog

8 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)8/26 Motivation Wachsende Zahl an Mobilgeräten und Breitbandinternetzugängen machen WPANs immer beliebter Bluetooth nur Sprachverbindung Alternative UWB Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

9 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)9/26 Räumliche Datenrate (Bit/sek/m 2) Wie viel kann wie schnell auf welcher Fläche übertragen werden? IEEE b: 11MBit/sek;100m range; 3 Netze => (3*11)/100 2 *Pi=1kBit/sek/m 2 IEEE : 1MBit/sek; 10m range; 10 Netze (10*1)/10 2 *Pi= 30kBit/sek/m 2 Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

10 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)10/26 Faktor Bandbreite Nyquist : max. Datenrate = 2 B ld n bit/sek Shannon: max. Datenrate = B ld (1+S/N) Wobei B=Bandbreite; ld=Logarithmus dualis; S=Signal; N=Noise. max. Daterate ist unter anderem von der Bandbreite abhängig Schmalbandige Techniken dürften bei der Datenrate keine große Chance gegenüber UWB haben Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

11 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)11/26 Exkurs: dB Dimensionslose Einheit 10dB=1Bel Bel: Leistungsverhältnis 10:1 0 dBm = 1mW 0dB= Faktor 1 3dB= Faktor 2 6dB= Faktor 4 10dB= Faktor 10 20dB= Faktor 100 logarithmisch addieren= linear multiplizieren Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

12 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)12/26 Sendeleistung 0dBm=1mW Leistung Nachteil: Im Bereich der Mobiltelefonie stark begrenzt Vorteil: geringer Stromverbrauch Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

13 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)13/26 Modulation Kurze Pulse Verteilung der Sendeenergie auf große Bandbreite Praktisch keine Modulation Einfache Verarbeitung (billig) Pulse Position Mod. Pulse Amplitude Mod. On-Off-Keying Bi-Phase Shift Keying Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

14 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)14/26 Struktur Termi-Nodes (Sender/Empfänger oder Brücke) Da Funk, müssen Termi-Nodes merken, ob Daten verloren gegangen oder zerstört sind Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

15 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)15/26 Welches MAC-Protokoll? CSMA/CA: Wartezeit=Priorität(10-50ms)+ X*20ms virtueller carrier sense: RTS/CTS selbstorganisierend (P2P), dynamisch, ineffizient Problem: 1000 mal längere Kanalaquirierung als bei Narrowband Jedes Senden hat langen Overhead Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

16 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)16/26 Welches MAC-Protokoll? TDMA: Zeitmultiplex Jeder Sender bekommt festen Zeitschlitz Erfordert Verwaltungseinheit und Synchronisation; keine spontanen Netze Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

17 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)17/26 Vergleich Experimente bestätigen den Vorsprung von TDMA Je größer die Datenpakete, desto besser, besonders bei CSMA/CA Bei großen Paketen (8192 Byte), wird CSMA/CA wieder attraktiver Aber große Pakete werden wahrscheinlicher zerstört, führt zu Übertragungswiederholung Latenzen steigen in großen Netzen Trade: Dynamik Effizienz Einleitung IEEE a - Motivation - Technik IEEE Diskussion Epilog

18 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)18/26 Zigbee Einsatzgebiete Soll alle Funkansprüche mit geringem Datenaufkommen befriedigen Soll extrem lange Akkulaufzeit gewährleisten Einleitung IEEE a IEEE Motivation - Technik Diskussion Epilog

19 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)19/26 Umsetzung Zwischen 20 und 250 kBit/sek Lizenzfreie Bänder Pro Kanal 255 Knoten Protokoll Stack < 28KB (Knoten<4KB) Reichweite zw. 10 und 100m Einleitung IEEE a IEEE Motivation - Technik Diskussion Epilog

20 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)20/26 Topologie: Stern Ein Master (Routingtabellen, Beacon) Virt. P2P CSMA/CA Erweiterter Schlafmodus (mehrere Stunden) Erwartete geringe Inteferenzen wegen geringer Sendeleistung und wenig Traffic Einleitung IEEE a IEEE Motivation - Technik Diskussion Epilog

21 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)21/26 Vergleich Schwierig, da verschiedene Einsatzgebiete UWB und ZigBee noch zu theoretisch Einleitung IEEE a IEEE Diskussion - Vergleich - UWB +/- -Epilog

22 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)22/26 UWB Vor-/Nachteile Lizenzfrei 500 MBit/sek Geringer Energieverbrauch Einfach und billig Störungsunanfällig Flexibel (Reichweite Durchsatz) Akzeptanz Kanalaquirierung zu langsam Lizenz außerhalb der USA? Einleitung IEEE a IEEE Diskussion - Vergleich - UWB +/- -Epilog

23 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)23/26 Mein Ausblick UWB wird Kabelersatz im Home- Entertainment Bereich (TV, HiFi, PC, PDA) Hoher Durchsatz, geringe Entfernungen ZigBee ersetzt Bluetooth bei besonders energieschwachen Anwendungen WLAN ist immer noch nötig, wird weiterentwickelt Einleitung IEEE a IEEE Diskussion -Epilog - Ausblick - Quellen

24 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)24/26 Quellen [1]J. Knapp, J. Reed, Federal Communications Comission: FCC News Release ( ) (http://www.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/News_R eleases/2002/nret0203.html)http://www.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/News_R eleases/2002/nret0203.html [2]Jeff Foerster, Evan Green, Srinivasa Somayazulu, David Leeper; Intel Architecture Labs, Intel Corp.: Ultra-Wideband Technology for Short- or Medium-Range Wireless Communications (http://www.intel.com/technology/itj/q22001/pdf/art_4.pdf)http://www.intel.com/technology/itj/q22001/pdf/art_4.pdf [3]Young Man Kim, Ohio State University: Ultra Wide Band (UWB) Technology and Applications (Jul. 2003) (http://www.cis.ohio-state.edu/siefast/presentations/ultra-wide- band-kimyoung-2003/ultra-wide-band-kimyoung-2003.ppt )http://www.cis.ohio-state.edu/siefast/presentations/ultra-wide- band-kimyoung-2003/ultra-wide-band-kimyoung-2003.ppt [4]Jin Ding, Li Zhao, Sirisha R. Medidi, Krishna M. Sivalingam; School of EECS, Washington State University: MAC Protocols for Ultra-Wide-Band (UWB) Wireless Networks: Impact of Channel Acquisition Time (http://dawn.cs.umbc.edu/Papers/2002/ITCOM02-UWB.pdf )http://dawn.cs.umbc.edu/Papers/2002/ITCOM02-UWB.pdf [5]Ketan Mandke, Haewoon Nam, Lasya Yerramneni, Christian Zuniga, Prof. Ted Rappaport; University of Texas at Austin: The Evolution of Ultra Wide Band Radio for Wireless Personal Area Networks (http://www.highfrequencyelectronics.com/Archives/Sep03/HFE 0903_TechReport.pdf )http://www.highfrequencyelectronics.com/Archives/Sep03/HFE 0903_TechReport.pdf Einleitung IEEE a IEEE Diskussion -Epilog - Ausblick - Quellen

25 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)25/26 Quellen [6]Walter Hirt; IBM Research, Zurich Research Laboratory: Ultra- wideband radio technology: overview and future research (Computer Communications, Volume 26, Issue 1, 1 January 2003, Pages 46-52)Computer CommunicationsVolume 26, Issue 1 [7]James M. Wilson; Intel Coorperation: Ultra Wideband Technology Update at Spring 2003 IDF (http://www.intel.com/update/contents/wi01031.htm )http://www.intel.com/update/contents/wi01031.htm [8]Venkat Bahl; ZigBee Alliance: ZigBee Overview (Sep. 2002) (http://www.zigbee.org/documents/ZigBeeOverview4.pdf )http://www.zigbee.org/documents/ZigBeeOverview4.pdf [9]ZigBee Alliance: ZigBee FAQs (Okt. 2003) ( )http://www.zigbee.org/about/faqs/index.asp [10]Prof. Jochen Schiller; FU-Berlin: Mobile Communications (2002) (http://www.inf.fu-berlin.de/inst/ag- tech/resources/material/Deutsch/PDF- Handzettel/MobKom_SS02.pdf )http://www.inf.fu-berlin.de/inst/ag- tech/resources/material/Deutsch/PDF- Handzettel/MobKom_SS02.pdf Einleitung IEEE a IEEE Diskussion -Epilog - Ausblick - Quellen

26 Januar 2004Ultra Wideband Radio (Goralczyk)26/26 Danke!


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