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- 1. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a Departamento de Sistemas Telem´ticos y Computaci´n (GSyC) a o gsyc-profes (arroba) gsyc.es Septiembre de 2009 GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 1
- 2. c 2009 GSyC Algunos derechos reservados. Este trabajo se distribuye bajo la licencia Creative Commons Attribution Share-Alike 3.0 GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 2
- 3. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a Sat´lites (a distintas ´rbitas) e o Telefon´ m´vil: GSM, GPRS, EDGE, UMTS ıa o Infrarrojos: IRDA WirelessPAN (Personal Area Network, p.e. Bluetooth) WirelessLAN (Local Area Network, p.e. WiFi) WirelessMAN (Metropolitan Area Network, p.e. WiMax) GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 3
- 4. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a Ventajas de red inal´mbrica: a Movilidad del usuario Facilidad de implantaci´n o Flexibilidad Inconvenientes: Velocidad de transmisi´n t´ o ıpicamente un orden de magnitud inferior que redes cableadas Ocupaci´n del espectro o Seguridad Las redes inal´mbricas permiten distintos niveles de movilidad a No movilidad. El receptor debe estar en una posici´n fija o Movilidad dentro del rango de la estaci´n base o Movilidad entre diferentes estaciones base GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 4
- 5. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a Resumen comparativo Redes de Ordenadores N.Comercial Norma A˜o n V.Trans ´ V.Util T. cdrom Ethernet IEEE 802.3 1982 10Mbps 1.2 MBytes/s 10 min Fast Ethernet IEEE 802.3y 1995 100Mbps 12 MBytes/s 1 min Gigabit Ethernet IEEE 802.3z 1998 1Gbps 120 MBytes/s 6s WiFi IEEE 802.11b 1999 11 Mbps 700 KBytes/s 16 min WiFi IEEE 802.11g 2003 54 Mbps 3 MBytes/s 4 min WiFi IEEE 802.11n 2009 450 Mbps 40 MBytes/s 17 s modem V.90 1999 56kbps 5 KBytes/s 39 horas adsl 256 kbps ANSI T1.413 1998 256kbps 26 KBytes/s 8 horas adsl 4Mbps ANSI T1.413 1998 4Mbps 400 KBytes/s 30 min adsl 2 ITU G.992.3/4 2002 12Mbps 1.3 MBytes/s 9 min adsl 2+ ITU G.992.5 2005 24Mbps 2.6 MBytes/s 5 min GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 5
- 6. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a N.Comercial Norma A˜o n V.Trans ´ V.Util T. cdrom USB 1.0 - 1996 1.5 Mpbs 180 KBytes/s 1 hora USB 2.0 - 2000 480 Mpbs 60 MBytes/s 11 s firewire 400 IEEE 1394a 1993 400 Mbps 50 MBytes/s 14s firewire 800 IEEE 1394b 2003 800 Mbps 100 MBytes/s 7s Bluetooth 1.1 IEEE 802.15.1 1994 1 Mbps 50 KBytes/s 4 horas Bluetooth 2.0 2004 3 Mbps 160 KBytes/s 73 min GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 6
- 7. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a Telefon´ ıa N.Comercial Norma A˜o n V.Trans ´ V.Util T. cdrom 2G gsm 1987 9.6 kbps 500 Bytes/s 16 dias 2.5 G gprs 1999 56 Kbps 4 KByte/s 2 dias 2.75 G EDGE 2004 180 Kbps 12 KByte/s 16 horas 3G UMTS 2003 384 Kbps 25 KBytes/s 8 horas WiMAX IEEE 802.16 2005 75 Mbps 4 MBytes/s 3 min ¿4G? ¿? ¿? ¿1Gbps? ¿? GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 7
- 8. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a Los valores son orientativos A˜o n Puede ser el de definici´n de la norma, o el de aprobaci´n o el o o de comercializaci´n o Velocidad de Transmisi´n o Se expresa en bits/s Se usan potencias de 10, no potencias de 2 Son valores te´ricos m´ximos en condiciones ´ptimas o a o El fabricante/proveedor puede elegir diferentes valores entre los previstos por el est´ndar. a En ocasiones subida = bajada GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 8
- 9. Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a ´ Velocidad Util Bytes/s. Potencias de 2 ¿Cu´l es la carga util que arrastra un cami´n lleno de fruta en a ´ o almibar? Hay que descontar la sobrecarga de los protocolos Entre el 5 % y el 15 % para cable Hasta el 40 % para tecnolog´ inal´mbrica ıa a Muy dependiente de las circunstancias concretas T.cdrom Estimaci´n del tiempo necesario para descargar un cdrom o (700 Mbytes) GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 9
- 10. Espectro Expandido Espectro Expandido T´cnica com´n en muchas tecnolog´ inal´mbricas e u ıas a Se ocupa una banda de frecuencias mayor de la requerida Desarrollado con fines militares (evitar interferencias y escuchas) Primera implementaci´n: 1962 (sistema de guiado de o torpedos) Minimiza la probabilidad o el impacto de las colisiones (que no pueden detectarse) Varios tipos FHSS: Salto de Frecuencias (Frecuency Hopping) DSSS: Secuencia Directa (Direct Sequence) OFDM: Frecuencias Ortogonales (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 10
- 11. Espectro Expandido Espectro Expandido por Salto de Frecuencias: FHSS Salto de frecuencias (Frecuency Hopping Spread Spectrum) Se transmite en diferentes bandas de frecuencias, saltando de una a otra en forma predecible En la patente original (Antheil,Lamarr, 1942) se usaba un rollo tipo pianola No se implementa hasta los a˜os 60 n Actualmente emisor y receptor comparten generador de n´meros pseudoaleatorios y semilla u 802.11 establece 75 bandas de 1 MHz GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 11
- 12. Espectro Expandido Patentado por Hedy Lamarr y George Antheil , 1942 GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 12
- 13. Espectro Expandido Espectro Expandido por Secuencia Directa: DSSS Secuencia directa. direct-sequence spread spectrum El espectro se expande al transmitir varios bits por cada bit original Esta informaci´n redundante sigue un patr´n preestablecido, o o as´ que en caso de error se considera el valor legal m´s pr´ximo ı a o Para cada bit, se env´ su XOR con n bits aleatorios (chipping ıa code): Origen y destino conocen el chipping code y est´n a sincronizados 802.11: C´digo chipping de 11 bits, 2 Mbps (1 Mbps en o entornos ruidosos). 802.11b: Modulaci´n CCK (complementary coding keying), 11 o Mbps (ca´ıdas a 5.5 Mbps, 2 Mbps y 1 Mbps). GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 13
- 14. Espectro Expandido Ejemplo de transmisi´n con (chipping code): o Datos 0 1 1 00000 11111 11111 Chipping Code 10101 11010 01001 Sec. Codificada 10101 00101 10110 Sec. Recibida 10101 00101 10110 Chipping Code 10101 11010 01001 Datos 00000 11111 11111 Datos 0 1 1 Si por error obtenemos 00101, supondremos que es un 0 GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 14
- 15. Espectro Expandido Espectro expandido por divisi´n de frecuencias ortogonales: o OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Varias portadoras enviadas simult´neamente a La detecci´n de una portadora no limita la demodulaci´n de o o otra Modulaci´n muy robusta frente a la recepcti´n de se˜ales con o o n distintos retardos y amplitudes Muy usada actualmente: TDT, WiFi, WiMax, ADSL GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 15
- 16. Nivel de enlace: acceso al medio Acceso al medio en protocolos de enlace Reparto est´tico. Para n m´quinas se divide el canal en n a a fragmentos y se asigna un fragmento a cada estaci´n o Reparto din´mico. Tiene en cuenta las condiciones del tr´fico a a Protocolos con contienda (contention protocols) 1 . Las estaciones se pelean por el canal cuando necesitan transmitir Protocolos sin contienda. No se usan mucho Protocolos con contienda limitada. Enfoque mixto. Se crean grupos, cada grupo sabe cu´ndo puede usar el canal, dentro a del grupo hay contienda 1 Tambi´n se denominan con colisiones o aleatorios. A veces se traduce e contenci´n, lo que induce a confusi´n o o GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 16
- 17. Nivel de enlace: acceso al medio Reparto est´tico del canal a Multiplexaci´n por divisi´n en frecuecias o o Multiplexaci´n por divisi´n del tiempo o o Reparto din´mico del canal a Contienda Libres de contienda Reserva Consulta Contienda limitada GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 17
- 18. Nivel de enlace: acceso al medio Nivel de enlace: acceso al medio En ethernet se emplea CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) Pero en redes inal´mbricas resulta demasiado costoso a Transmitir y recibir simult´neamente a Distinguir la se˜al del ruido n Se intenta evitarlas: T´cnicas de espectro expandido e Protocolos de acceso al medio especiales: CSMA/CA, MACA GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 18
- 19. Nivel de enlace: acceso al medio CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance Mecanismo general: Si el canal est´ ocupado se espera a que est´ libre a e Si est´ libre, se espera un tiempo, y si sigue libre se transmite. a El tiempo de espera puede ser fijo, aleatorio, o dependiente de la estaci´n. o GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 19
- 20. Nivel de enlace: acceso al medio CSMA/CA: problemas Nodos ocultos: Una estaci´n cree que el canal est´ libre, pero o a est´ ocupado por otro nodo al que no oye. a ¿? A B C A est´ transmitiendo a B a C quiere transmitir a B. C escucha el canal, y como no oye a A, transmite: MAL (colisi´n en B). o GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 20
- 21. Nivel de enlace: acceso al medio CSMA/CA: problemas (2) Nodos expuestos: Una estaci´n cree que el canal o est´ ocupado, pero est´ libre (el nodo al que oye no le a a interferir´ ıa) ¿? A B C D B est´ transmitiendo a A. a C quiere transmitir a D. C escucha el canal, y como s´ oye a B, ı no transmite: MAL (no habr´ colisi´n en D). ıa o GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 21
- 22. Nivel de enlace: acceso al medio CSMA/CA: problemas (3) Conclusi´n ¿de qu´ sirve escuchar el medio antes de o e transmitir? a veces hay silencio pero no se debe transmitir a veces hay se˜al pero se puede transmitir n GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 22
- 23. Nivel de enlace: acceso al medio MACA: Multiple Access with Collision Avoidance Antes de transmitir no se detecta el medio para detectar una portadora. Antes de transmitir el emisor env´ una trama RTS ıa (RequestToSend), indicando la longitud de datos que quiere enviar. El receptor le contesta con una trama CTS (ClearToSend), repitiendo la longitud. Al recibir el CTS, el emisor env´ sus datos ıa Reglas: Al ver un RTS, hay que esperar un tiempo por el CTS Al ver un CTS, hay que esperar seg´n la longitud u Las tramas RTS y CTS crean una portadora virtual GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 23
- 24. Nivel de enlace: acceso al medio MACA: nodos ocultos RTS CTS CTS DATA A B C El CTS de B llega a C, por lo que C espera para transmitir: BIEN GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 24
- 25. Nivel de enlace: acceso al medio MACA: nodos expuestos RTS RTS CTS RTS RTS CTS DATA DATA A B C D C no oye el CTS de A, por lo que puede intentar su RTS hacia D, que ser´ respondido por D, y se enviar´n los datos: BIEN a a MACA no resuelve todos los casos de nodos expuestos, e introduce otros nuevos GSyC - 2009 Sistemas de transmisi´n inal´mbrica o a 25