Algorithmische Probleme in Funknetzwerken

Präsentation zum Thema: "Algorithmische Probleme in Funknetzwerken"—  Präsentation transkript:

1 Algorithmische Probleme in Funknetzwerken
Christian Schindelhauer

2 Organisation (I) Vorlesungsbegleitende Web-Seite: Termine:
Mit Skript, Folien und Übungsaufgaben Termine: Vorlesung (V2) Mi F1.110 Übung (Ü1) 1. Übung: 23. Oktober 2002 Mi 10: : F1.110 Übung & Vorlesung in Zusammenarbeit mit Klaus Volbert

3 Organisation (II) Übungsabgabe (freiwillig) montags in F1.110 Prüfung
1. Übungsblatt erhältlich ab heute, 16. Oktober Abgabe: Montag, 21. Oktober 2002 Prüfung Benotete 30-minütige mündliche Prüfung im Anschluß an die Veranstaltung Exemplarische Prüfungsfragen werden zum Vorlesungsende veröffentlicht Sprechstunde: Nach Vereinbarung oder auf Zuruf Mail: Tel:

4 Projektgruppe (I) Mobile und drahtlose Netzwerkkommunikation
Vorlesungsnahe Projektgruppe Algorithmische Aspekte mobiler und drahtloser Datenkommunikation werden vorgestellt, diskutiert und experimentell untersucht. Vorstellung (Seminarphase) Praktische Lösungen wie Bluetooth, WirelessLAN, Standardisierung von , HIPERLAN, MobileIP) werden für drahtlose Netzwerke im Rahmen einer Seminarphase präsentiert Theoretische Ansätze (u.a. PRN-Modell, Broadcasting, Punkt-zu-Punkt Kommunikation, Routing) zur Analyse der Netzwerkkommunikation in drahtlosen Netzen

5 Projektgruppe (II) Mobile und drahtlose Netzwerkkommunikation
Projektphase Integration und Analyse der Verfahren auf Miniroboter Khepera (hardwarenah, C) In Simulationsumgebung SAHNE (objektorientiert, C++) Mit Netzwerk-Simulator ns-2 (objektorientiert, C++, OTcl) Ziel der Projektgruppe Geeignete verteilte Algorithmen zur Kommunikation in mobilen ad hoc Netzwerken (MANET) D.h. ohne zentrale Steuerung und Infrastruktur, selbst organisierend.

6 Projektgruppe (III) Mobile und drahtlose Netzwerkkommunikation
Schwerpunkte der Projektarbeit: Routing: Wegewahl für Nachrichten bei dynamischer Topologie Mobilität: Modellierung und Simulation Interferenzen: Zeit- und Kanalscheduling bei direkter Datenübertragung Algorithmen: Entwicklung/Implementierung dynamischer, verteilter Datenstrukturen Je nach Seminarthema kann sowohl theoretischer als auch praktischer Seminarschein erworben werden Letzte Anmeldemöglichkeit nach dieser Vorlesung: 13:15 Uhr Raum F1.310

7 Vorlesungsüberblick Kapitel:
Einführung Zellulare Netzwerke Radio Broadcasting Wireless LAN Mobile Ad Hoc Netzwerke (MANET) Darin u.a. folgende Algorithmische Probleme Frequenzzuweisungsproblem Interferenzauflösung Verschlüsselungsmethoden Netzwerkaufbau für MANETs

8 Einführung (aus Tanenbaum, Computer Networks, Prentice Hall, 1996)
Referenzmodel (OSI ↔Internet) Physikalische Schicht Frequenzbänder Elektromagnetische Wellenausbreitung Übertragungsprobleme Verbindungsschicht (data link) Medium Access Control (MAC) Durch Frequenz, Zeit, Frequenz&Zeit-Multiplexing Durch Code-Multiplexing CDMA (Code Division Multiple Access) Durch Raum&Frequenz-Multiplexing Zellulare Netze & Frequenzzuteilung (Frequency Assignment) (eigenes Kapitel)

9 Referenzmodell OSI Vorlesung (Computer Networks, Tanenbaum) Internet
(Open Systems Interconnection) Vorlesung (Computer Networks, Tanenbaum) Internet TCP/IP Application Presentation Nicht vorhanden Session Transport Transport (TCP/UDP) Network Network (IP) Data Link Host-to-network Physical

10 Physikalische Grundlagen
Bewegte elektrisch geladene Teilchen verursachen elektromagnetische Wellen Frequenz f : Anzahl der Oszillationen pro Sekunde Maßeinheit: Hertz Wellenlänge : Distanz (in Metern) zwischen zwei Wellenmaxima Durch Antennen können elektro-magnet. Wellen erzeugt und empfangen werden Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektro-magnet. Wellen im Vakuum ist konstant: Lichtgeschwindigkeit c  3  108 m/s Zusammenhang:   f = c

11 Amplitudendarstellung
Amplitudendarstellung einer Sinusschwingung s(t) = A sin(2 f t + ) A: Amplitude : Phasenverschiebung f : Frequenz = 1/T T: Periode T At 

12 Fouriertransformation
Fouriertransformation einer periodischen Funktion: Zerlegung in verschiedene Sinuskurven Dirichletsche Bedingungen einer periodischen Funktion f: f(x) = f(x+2) f(x) is in (-,) in endlich vielen Intervallen stetig und monoton Falls f nicht stetig in x0, dann ist f(x0)=(f(x0-0)+f(x0+0))/2 Satz von Dirichlet: f(x) genüge in (-,) den Dirichletschen Bedingungen. Dann existieren Fourierkoeffizienten a0,a1,a2,…,b1,b2,… so dass gilt:

13 Berechnung der Fourierkoeffizienten
Die Fourierkoeffizienten ai, bi können wie folgt berechnet werden: Für k = 0,1,2,… Für k = 1,2,3,… Beispiel: Sägezahnkurve

14 Frequenzbereiche LF Low Frequency = LW Langwelle MF Medium Frequency =
MW Mittelwelle HF High Frequency = KW Kurzwelle VHF Very High Frequency = UKW Ultrakurzwelle UHF Ultra High Frequency SHF Super High Frequency EHF Extra High Frequency UV Ultraviolettes Licht X-ray Röntgenstrahlung

15 Frequenzbänder für Funknetzwerke
VHF/UHF für Mobilfunk Antennenlänge (Übungsaufgabe) SHF für Richtfunkstrecken, Satellitenkommunikation Drahtloses (Wireless) LAN: UHF bis SHF Geplant: EHF Sichtbares Licht Kommunikation durch Laser Infrarot Fernsteuerungen Lokales LAN in geschlossenen Räumen

16 Ausbreitungsverhalten (I)
Geradlinige Ausbreitung im Vakuum Empfangsleistung nimmt mit 1/d² ab Theoretisch, praktisch mit höheren Exponenten bis zu 4 oder 5 Einschränkung durch Dämpfung in der Luft (insbesondere HV, VHF) Abschattung Reflektion Streuung an kleinen Hindernissen Beugung an scharfen Kanten

17 Ausbreitungsverhalten (II)
VLF, LF, MF-Wellen folgen der Erdkrümmung (bis zu 1000 km in VLF) Durchdringen Gebäude HF, VHF-Wellen Werden am Boden absorbiert Werden von der Ionosphäre in km Höhe reflektiert Ab 100 MHz Wellenausbreitung geradlinig Kaum Gebäudedurchdringung Gute Fokussierung Ab 8 GHz Absorption durch Regen