Cap 6 Redes sem fio e redes mveis

Cap. 6: Redes sem fio e redes móveis Informações gerais: v v No. de telefones celulares (móveis) excede atualmente o número de assinantes de telefones fixos (5 -para-1)! No. de dispositivos sem fio conectados à Internet iguala o número de dispositivos conectados à Internet cabeada § laptops, telefones habilitados para a Internet prometem acesso à Internet a qq hora e lugar. v dois desafios importantes (mas diferentes) § sem fio: comunicação usando enlaces sem fio § mobilidade: tratamento de usuários móveis que mudam seu ponto de ligação com a rede Redes sem fio e móveis 6 -1

Capítulo 6 roteiro 6. 1 Introdução Mobilidade Sem fio 6. 5 Princípios: endereçamento e roteamento para usuários móveis 6. 6 IP móvel 6. 7 Tratando mobilidade em redes celulares 6. 8 Mobilidade e protocolos de alto nível 6. 9 Resumo 6. 2 Características de enlaces sem fio CDMA 6. 3 LANs sem fio IEEE 802. 11 (“Wi-Fi”) 6. 4 Acesso celular à Internet § arquitetura § padrões (ex. : GSM) Redes sem fio e móveis 6 -2

Elementos de uma rede sem fio infraestrutura de rede Redes sem fio e móveis 6 -3

Elementos de uma rede sem fio Hosts sem fio v v v infraestrutura de rede laptop, smartphone rodam aplicações podem ser fixos (imóveis) ou móveis § sem fio, nem sempre significa mobilidade Redes sem fio e móveis 6 -4

Elementos de uma rede sem fio estação base v v infraestrutura de rede tipicamente conectada a uma rede cabeada repasse – responsável por enviar pacotes entre a rede cabeada e os hospedeiros sem fio na sua “área” § ex. : torres de celular, pontos de acesso 802. 11 Redes sem fio e móveis 6 -5

Elementos de uma rede sem fio enlaces sem fio v v infraestrutura de rede v v Tipicamente usado para conectar os hospedeiros móveis à estação-base Também usado como enlace de backbone Protocolos de acesso múltiplos coordenam o acesso ao enlace Várias taxas de dados e distâncias de transmissão Redes sem fio e móveis 6 -6

Características de enlaces sem fio Data rate (Mbps) 200 54 5 -11 802. 11 n 802. 11 a, g 802. 11 b 4 1 802. 11 a, g point-to-point 4 G: LTWE WIMAX 3 G: UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA 2000 -1 x. EVDO 802. 15 . 384 2. 5 G: UMTS/WCDMA, CDMA 2000 . 056 2 G: IS-95, CDMA, GSM Indoor Outdoor 10 -30 m 50 -200 m Mid-range outdoor Long-range outdoor 200 m – 4 Km 5 Km – 20 Km Redes sem fio e móveis 6 -7

Elementos de uma rede sem fio modo infraestrutura v infraestrutura de rede v A estação-base conecta hospedeiros móveis na rede cabeada handoff: hospedeiro móvel muda de estação-base que provê conexão à rede cabeada Redes sem fio e móveis 6 -8

Elementos de uma rede sem fio modo ad hoc v Não há estaçõesbase v Nós podem transmitir somente para outros nós dentro do alcance do enlace v Nós se organizam numa rede: roteiam entre eles próprios Redes sem fio e móveis 6 -9

Capítulo 6 roteiro 6. 1 Introdução Mobilidade Sem fio 6. 5 Princípios: endereçamento e roteamento para usuários móveis 6. 6 IP móvel 6. 7 Tratando mobilidade em redes celulares 6. 8 Mobilidade e protocolos de alto nível 6. 9 Resumo 6. 2 Características de enlaces sem fio CDMA 6. 3 LANs sem fio IEEE 802. 11 (“Wi-Fi”) 6. 4 Acesso celular à Internet § arquitetura § padrões (ex. : GSM) Redes sem fio e móveis 6 -10

Características de enlaces sem fio (1) importantes diferenças de enlaces cabeados. . . § Redução da força do sinal: os sinais de rádio se atenuam à medida que eles se propagam através da matéria (path loss) § Interferência de outras fontes: as frequências padronizadas para redes sem fio (ex. , 2, 4 GHz) são compartilhadas por outros equipamentos (ex. , telefone sem fio); motores também produzem interferência § Propagação através de múltiplos caminhos: o sinal de rádio se reflete no solo e em objetos. O sinal principal e os refletidos chegam ao destino em instantes ligeiramente diferentes …. tornam a comunicação através de enlaces sem fio e móveis (mesmo no caso ponto-a-ponto) muito mais. Redes “difícil” 6 -11

Características de enlaces sem fio (2) v SNR: relação sinal/ruído 10 -1 § SNR alto – mais fácil extrair o sinal do ruído 10 -2 compromissos SNR vs. BER § dada a camada física: aumento de potência -> aumenta SNR-> diminui BER § dada SNR: escolha a camada física que atende o requisito de BER e que dá a maior vazão • SNR pode variar com a mobilidade: adaptação dinâmica da camada física (técnica/taxa de 10 -3 BER v 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 20 30 40 SNR(d. B) QAM 256 (8 Mbps) QAM 16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) Redes sem fio e móveis 6 -12

Características das redes sem fio Múltiplos remetentes sem fio e receptores criam problemas adicionais (além do acesso múltiplo): B A C C A B Problema do terminal oculto v v v B, A ouvem um ao outro B, C ouvem um ao outro A, C quando não podem ouvir um ao outro, implica que não se dão conta da sua interferência em B força do sinal de C força do sinal de A localização Atenuação do sinal: v v v B, A ouvem um ao outro B, C ouvem um ao outro A, C não podem ouvir um ao outro, interferindo em B Redes sem fio e móveis 6 -13

Capítulo 6 roteiro 6. 1 Introdução Mobilidade Sem fio 6. 5 Princípios: endereçamento e roteamento para usuários móveis 6. 6 IP móvel 6. 7 Tratando mobilidade em redes celulares 6. 8 Mobilidade e protocolos de alto nível 6. 9 Resumo 6. 2 Características de enlaces sem fio CDMA 6. 3 LANs sem fio IEEE 802. 11 (“Wi-Fi”) 6. 4 Acesso celular à Internet § arquitetura § padrões (ex. : GSM) Redes sem fio e móveis 6 -14

LAN sem fio IEEE 802. 11 a 802. 11 b § faixa de 5 -6 GHz v 2, 4 -5 GHz espectro não § até 54 Mbps licenciado 802. 11 g v até 11 Mbps § faixa de 2, 4 -5 GHz v direct sequence spread § até 54 Mbps spectrum (DSSS) na camada 802. 11 n: múltiplas antenas física § faixa de 2, 4 -5 GHz § Todos os hospedeiros § até 200 Mbps usam a mesma sequência de código v Todos usam CSMA/CA para acesso múltiplo v Todos têm estações-base e versão para redes ad Redes sem fio e móveis 6 -15 hoc

arquitetura das LANs 802. 11 v Internet Hospedeiro sem fio se comunica com a estação -base § estação-base = ponto de acesso (AP) hub, switch ou roteador v Basic Service Set (BSS) (ou “célula”) no modo infra-estrutura contém: § BSS 1 § § Hospedeiros sem fio Ponto de acesso (AP): estação-base Modo ad hoc: somente hospedeiros BSS 2 Redes sem fio e móveis 6 -16

802. 11: Canais, associação v 802. 11 b: o espectro de 2, 4 GHz-2, 485 GHz é dividido em 11 canais de diferentes frequências § O administrador do AP escolhe a frequência para o AP § Possível interferência: canal pode ser o mesmo que aquele escolhido por um AP vizinho! v Hospedeiro: deve se associar com um AP § Percorre canais, buscando quadros beacon que contêm o nome do AP (SSID) e o endereço MAC § Escolhe um AP para se associar § Pode realizar autenticação [capítulo 8] § Usa tipicamente DHCP para obter um endereço IP na subrede do AP Redes sem fio e móveis 6 -17

802. 11: busca passiva/ativa BBS 1 AP 1 BBS 2 1 1 2 BBS 2 1 AP 2 AP 1 2 3 AP 2 4 H 1 busca passiva: busca ativa: (1) quadros beacon são enviados pelos APs (2) quadro de pedido de associação enviado: H 1 para o AP selecionado (3) quadro de resposta de associação enviado do AP selecionado para o H 1 (1) quadro de solicitação (probe) difundido a partir de H 1 (2) quadros de resposta (probe) enviados pelos APs (3) quadro de pedido de associação enviado: de H 1 para AP selecionado (4) quadro de resposta de associação enviado: do AP selecionado para H 1 Redes sem fio e móveis 6 -18

IEEE 802. 11: acesso múltiplo v v Evita colisões: 2 ou mais nós transmitindo ao mesmo tempo 802. 11: CSMA – escuta antes de transmitir § Não colide com transmissões em curso de outros nós v 802. 11: não faz detecção de colisão! § Difícil de receber (sentir as colisões) quando transmitindo devido ao fraco sinal recebido (desvanecimento) § Pode não perceber as colisões: terminal oculto, fading § Meta: evitar colisões: CSMA/C(collision)A(voidance) A C A B B C força do sinal de A localização Redes sem fio e móveis 6 -19

Protocolo MAC IEEE 802. 11: CSMA/CA transmissor 802. 11 1 se o canal é percebido quieto (idle) por DIFS transmissor então transmite o quadro inteiro (sem CD) DIFS 2 se o canal é percebido ocupado, então inicia um tempo de backoff aleatório temporizador faz contagem regressiva enquanto o canal está ocioso transmite quando o temporizador expirar se não vier um ACK, aumenta o intervalo de backoff aleatório, repete 2 receptor dados SIFS ACK receptor 802. 11 - se o quadro for recebido OK retorna ACK após SIFS (ACK é necessário devido ao problema do terminal oculto) Redes sem fio e móveis 6 -20

Evitando colisões Ideia: permite o transmissor “reservar” o canal em vez de acessar aleatoriamente ao enviar quadros de dados: evita colisões de quadros grandes v Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) à estação-base usando CSMA § RTSs podem ainda colidir uns com os outros, mas são pequenos v v BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS CTS é ouvido por todos os nós Evita colisões de quadros de dados completamente § Transmissor envia o quadro de dados usando pequenos quadros de reserva! § Outras estações adiam suas transmissões Redes sem fio e móveis 6 -21

Evitando colisões: reservas com RTSCTS A B AP RTS(B) RTS(A) colisão de reservas RTS(A) CTS(A) DATA (A) aguarda tempo ACK(A) Redes sem fio e móveis 6 -22

quadro 802. 11: endereçamento 2 2 6 6 6 frame address duration control 1 2 3 Address 1: endereço MAC do destino ou AP que deve receber o quadro 2 6 seq address 4 control 0 - 2312 4 payload CRC Address 4: usado apenas no modo ad hoc Address 3: endereço MAC da interface do roteador à qual o AP é ligado Address 2: endereço MAC do hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro Redes sem fio e móveis 6 -23

quadro 802. 11: endereçamento H 1 R 1 roteador Internet R 1 MAC addr H 1 MAC addr dest. address source address quadro 802. 3 AP MAC addr H 1 MAC addr R 1 MAC address 1 address 2 address 3 quadro 802. 11 Redes sem fio e móveis 6 -24

quadro 802. 11: mais no. seq do quadro (para RDT) Duração do tempo de transmissão reservada (RTS/CTS) 2 2 6 6 6 frame address duration control 1 2 3 2 Protocol version 2 4 1 Type Subtype To AP 6 2 1 seq address 4 control 1 From More AP frag 1 Retry 1 0 - 2312 4 payload CRC 1 Power More mgt data 1 1 WEP Rsvd tipo de quadro (RTS, CTS, ACK, dados) Redes sem fio e móveis 6 -25

802. 11: mobilidade na mesma subrede H 1 permanece na mesma subrede IP; endereço IP pode ficar o mesmo v Switch: qual AP está associado com H 1? v § Aprendizado (Cap. 5): switch vê quadro de H 1 e “lembra” qual porta do switch deve ser usada para chegar a H 1 BBS 1 H 1 BBS 2 Redes sem fio e móveis 6 -26

802. 11: recursos avançados Adaptação de taxa estação-base, dispositivo móvel altera dinamicamente a taxa de transmissão (técnica de modulação da camada física) à medida que o dispositivo se move, SNR é alterado QAM 256 (8 Mbps) QAM 16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) operating point 10 -2 10 -3 BER v 10 -1 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 20 30 SNR(d. B) 40 1. SNR diminui e a BER aumenta à medida que o nó se afasta da estação base 2. Quando o BER se torna muito alto, altera para uma taxa de transmissão mais baixa mas com uma menor BER. Redes sem fio e móveis 6 -27

802. 11: recursos avançados gerenciamento de energia v nó-para-AP: “Irei dormir até o próximo quadro beacon” § AP sabe que não deve transmitir quadros para este nó § nó acorda antes do próximo quadro beacon v quadro beacon: contém lista de dispositivos móveis com quadros AP-para-móvel esperando para ser enviados § nó permanece acordado se houver quadros APpara-móvel a serem enviados; caso contrário vai dormir de novo até o próximo quadro beacon Redes sem fio e móveis 6 -28