KAPITEL 2: DRAHTLOSE LOKALE NETZE

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1 KAPITEL 2: DRAHTLOSE LOKALE NETZE PROTOKOLLE UND DIENSTE DER MOBILKOMMUNIKATION Vielen Dank an Prof. Jochen Schiller (FU Berlin) für diese Folien und das dazugehörige Buch 1. Eigenschaften EIGENSCHAFTEN DRAHTLOSER LANS Vorteile räumlich flexibel innerhalb eines Empfangsbereichs Ad-hoc-Netzwerke ohne vorherige Planung machbar keine Verkabelungsprobleme (z. B. historische Gebäude, Feuerschutz, Ästhetik) unanfällig gegenüber Katastrophen wie Erdbeben, Feuer und auch unachtsamen Benutzern, die Stecker ziehen! Nachteile im Allgemeinen noch vergleichsweise niedrige Übertragungsraten (anfänglich 1-2 Mbit/s, danach Mbit/s, neuerdings mehrere 100 Mbit/s) viele nationale Restriktionen zu beachten, wenn mit Funk gearbeitet wird, globale Regelungen werden erst langsam geschaffen 49 Fachgebiet Kommunikationsnetze 1

2 1. Eigenschaften ENTWURFSZIELE FÜR DRAHTLOSE LANS weltweiter Einsatz möglichst geringe Leistungsaufnahme wegen Batteriebetrieb Betrieb ohne Sondergenehmigungen bzw. Lizenzen möglich robuste Übertragungstechnik Vereinfachung der (spontanen) Zusammenarbeit bei Treffen einfache Handhabung und Verwaltung Schutz bereits getätigter Investitionen im Festnetzbereich Sicherheit hinsichtlich Abhören vertraulicher Daten und auch hinsichtlich der Emissionen Transparenz hinsichtlich der Anwendungen und Protokolle höherer Schichten Eigenschaften VERGLEICH INFRAROT-/ FUNKTECHNIKEN Infrarot Einsatz von IR-Dioden, diffuses Licht, Reflektion von Wänden Vorteile sehr billig und einfach keine Lizenzen nötig einfache Abschirmung Nachteile Interferenzen durch Sonnenlicht, Wärmequellen etc. wird leicht abgeschattet Einsatz als IrDA (Infrared Data Association)-Schnittstelle früher in fast jedem Mobilrechner verfügbar Funk heute meist Nutzung des lizenzfreien Bandes bei 2,4 GHz oder 5 GHz Vorteile Erfahrungen aus dem WAN und Telefonbereich können übertragen werden Abdeckung einer größeren Fläche mit Durchdringung von Wänden Nachteile enger Frequenzbereich frei schwierigere Abschirmung, Interferenzen mit Elektrogeräten Einsatz vielfältige, separate Produkte 51 Fachgebiet Kommunikationsnetze 2

3 2.1 IEEE Topologien ARCHITEKTUR INFRASTRUKTURNETZ LAN ESS BSS1 STA1 BSS2 Access Point STA2 Distribution System Access Point STA3 802.x LAN Portal Station (STA) Rechner mit Zugriffsfunktion auf das drahtlose Medium und Funkkontakt zum Access Point Basic Service Set (BSS) Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen Access Point Station, die sowohl in das Funk-LAN als auch das verbindende Festnetz (Distribution System) integriert ist Portal Übergang in ein anderes Festnetz Distribution System Verbindung verschiedener Zellen, um ein Netz (EES: Extended Service Set) zu bilden LAN IEEE Topologien ARCHITEKTUR AD-HOC NETZWERK STA LAN STA3 BSS1 STA2 STA LAN BSS2 Direkte Kommunikation mit begrenzter Reichweite Station (STA): Rechner mit Zugriffsfunktion auf das drahtlose Medium Basic Service Set (BSS): Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen (Independent Basic Service Set IBSS) STA5 53 Fachgebiet Kommunikationsnetze 3

4 2.1 IEEE Topologien HIDDEN-TERMINAL-PROBLEM A möchte zu B senden C sendet bereits auf dem selben Kanal zu B Mobiles Terminal A Mobiles Terminal B Mobiles Terminal C Kollisionen treten in B auf A und C können Kollisionen nicht detektieren IEEE Topologien EXPOSED-TERMINAL-PROBLEM B sendet zu A C möchte zu D senden Mobiles Terminal A Mobiles Terminal B Mobiles Terminal C Mobiles Terminal D C kann den von B verwendeten Kanal nicht nutzen freie Kapazitäten bleiben ungenutzt 55 Fachgebiet Kommunikationsnetze 4

5 PHY MAC 2.2 IEEE Standardisierungsumfang IEEE-STANDARD Gateway Terminal Server Infrastrukturnetz Mobiles Endgerät (Mobile Terminal) Zugriffspunkt (Access Point) Server Anwendung TCP IP MAC PHY MAC PHY MAC PHY Anwendung TCP IP MAC PHY IEEE Standardisierungsumfang SCHICHTEN UND FUNKTIONEN LLC Logical Link Control MAC Medium Access Control PLCP Physical Layer Convergence Protocol MAC PMD Physical Medium Dependent Zugriffsmechanismus, Fragmentierung, Verschlüsselung MAC Management Synchronisierung, Roaming, MIB, Power MAC Management PHY Management Station Management PLCP Clear Channel Assessment Signal (Carrier Sense) PMD Modulation, Codierung PHY Management Kanalwahl, MIB Station Management Koordination der Management-Funktionen 57 Fachgebiet Kommunikationsnetze 5

6 2.3 IEEE Physikalische Schicht VARIANTEN DER PHYSIKALISCHEN SCHICHT 4 Varianten: 3 Funk (vornehmlich im 2,4 oder 5 GHz-Band), 1 Infrarot FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) spreizen, entspreizen, Signalstärke, nur 1Mbit/s min. 2,5 Frequenzwechsel/s (USA), 2-stufige GFSK-Modulation DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Ursprünglich DBPSK-Modulation für 1Mbit/s (Differential Binary Phase Shift Keying), DQPSK für 2MBit/s (Differential Quadrature PSK) Präambel eines Rahmens immer mit 1Mbit/s, dann evtl. umschalten Chip-Sequenz: +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1 (Barker-Code) max. Sendeleistung 1W (USA), 100mW (EU), min. 1mW OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) Modulationsverfahren, welches mehrere orthogonale Trägersignale zur digitalen Datenübertragung verwendet Infrarot nm, diffuses Licht, typ. 10m Reichweite Trägererkennung, Energieerkennung, Synchronisation IEEE Physikalische Schicht FHSS PHY PAKETFORMAT Synchronisation synchronisieren mit Muster SFD (Start Frame Delimiter) Startmuster PLW (PLCP_PDU Length Word) Länge der Nutzdaten inkl. 32 bit CRC der Nutzdaten, PLW < 4096 PSF (PLCP Signaling Field) Art der Nutzdaten (1 or 2 Mbit/s) HEC (Header Error Check) CRC mit x16+x12+x variabel Bits Synchronisation SFD PLW PSF HEC Nutzdaten PLCP-Präambel PLCP = Physical Layer Convergence Protocol PLCP-Paketkopf 59 Fachgebiet Kommunikationsnetze 6

7 2.3 IEEE Physikalische Schicht DSSS PHY PAKETFORMAT Synchronisation Synchronisieren, Leistungssteuerung, Signaldetektion, Frequenzanpassung variabel Bits SFD (Start Frame Delimiter) Synchronisation SFD Signal Dienst Länge HEC Nutzlast Signal Datenrate der Nutzlast (0A: 1 Mbit/s DBPSK; 14: 2 Mbit/s DQPSK) Dienst: reserviert für spätere Verwendung, 00: gemäß Länge der Nutzdaten HEC (Header Error Check) PLCP-Präambel Schutz der Felder Signal, Dienst und Länge, x16+x12+x5+1 PLCP-Paketkopf IEEE Medienzugriff DISTRIBUTED FOUNDATION WIRELESS MAC (DFWMAC) Verkehrsarten Asynchroner Datendienst (standard) Distributed Coordination Function DCF Austausch von Datenpaketen auf besteffort -Basis Unterstützung von Broadcast und Multicast Zeitbegrenzte Dienste (optional) Point Coordination Function PCF nur im Infrastruktur-Modus Zugriffsarten DFWMAC-DCF CSMA/CA (standard) Kollisionsvermeidung durch zufälligen backoff - Mechanismus Mindestabstand zwischen aufeinanderfolgenden Paketen Empfangsbestätigung durch ACK (nicht bei Broadcast) DFWMAC-DCF mit RTS/CTS (optional) Vermeidung des Problems versteckter Endgeräte DFWMAC-PCF (optional) Polling-Verfahren mit einer Liste im Access Point 61 Fachgebiet Kommunikationsnetze 7

8 2.4 IEEE Medienzugriff ZEITLICHER ABSTAND ZWISCHEN VERSCHIEDENEN RAHMEN Prioritäten werden durch Staffelung der Zugriffszeitpunkte geregelt keine garantierten Prioritäten (Short Inter Frame Spacing) Medium belegt direkter Zugriff, Medium frei PIFS Wettbewerb nächster Rahmen t höchste Priorität, für ACK, CTS, Antwort auf Polling PIFS (PCF IFS) mittlere Priorität, für zeitbegrenzte Dienste mittels PCF (DCF, Distributed Coordination Function IFS) niedrigste Priorität, für asynchrone Datendienste IEEE Medienzugriff CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS WITH COLLISION AVOIDANCE Medium belegt PIFS Wettbewerbsfenster (zufälliger Backoff- Mechanismus) nächster Rahmen Wartezeit Zeitschlitz Sendewillige Station hört das Medium ab (Carrier Sense basierend auf CCA, Clear Channel Assessment Signal von Schicht 1) Ist das Medium für die Dauer eines Inter-Frame Space (IFS) frei, wird gesendet (IFS je nach Sendeart gewählt) Ist das Medium belegt, wird auf einen freien IFS gewartet und dann zusätzlich um eine zufällige Backoff-Zeit verzögert (Kollisionsvermeidung, in Vielfachen einer Slot-Zeit) Wird das Medium während der Backoff-Zeit von einer anderen Station belegt, bleibt der Backoff-Timer so lange stehen t 63 Fachgebiet Kommunikationsnetze 8

9 2.4 IEEE Medienzugriff STATIONEN IM WETTBEWERB Station 1 bo e bo r bo e bo r bo e busy Station 2 bo e busy Station 3 busy Station 4 bo e busy bo e bo r Station 5 bo e bo r bo e busy bo e bo r t busy Medium belegt (frame, ack etc.) bo e verstrichene backoff Zeit Paketankunft am MAC-SAP bo r verbleibende backoff Zeit IEEE Medienzugriff CSMA/CA-VERFAHREN Senden von Unicast-Paketen Daten können nach Abwarten von gesendet werden Empfänger antworten sofort (nach ), falls das Paket korrekt empfangen wurde (CRC) Im Fehlerfall wird das Paket automatisch wiederholt Sender Empfänger weitere Stationen Daten Wartezeit Ack Wettbewerb Daten t 65 Fachgebiet Kommunikationsnetze 9

10 2.4 IEEE Medienzugriff REQUEST TO SEND / CLEAR TO SEND Senden von Unicast-Paketen RTS mit Belegungsdauer als Parameter kann nach Abwarten von gesendet werden Bestätigung durch CTS nach durch Empfänger Sofortiges Senden der Daten möglich, Bestätigung wie gehabt Andere Stationen speichern die Belegungsdauer, die im RTS und CTS ausgesendet wurden Sender RTS data NAV = Net Allocation Vector Empfänger CTS ACK weitere Stationen NAV (RTS) NAV (CTS) Wartezeit Wettbewerb 66 data t 2.4 IEEE Medienzugriff FRAGMENTIERUNG RTS frag 1 frag 2 Sender CTS ACK 1 ACK2 Empfänger weitere Stationen NAV (RTS) NAV (CTS) NAV (frag 1 ) NAV (ACK 1 ) Wettbewerb data t 67 Fachgebiet Kommunikationsnetze 10

11 2.4 IEEE Medienzugriff POINT COORDINATION FUNCTION I t 0 t 1 Superrahmen Medium belegt point coordinator drahtlose Stationen NAV der Stationen PIFS D 1 U 1 NAV D 2 U 2 Point Coordination Function IEEE Medienzugriff POINT COORDINATION FUNCTION II t 2 t 3 t 4 point coordinator drahtlose Stationen NAV der Stationen D 3 PIFS D 4 U 4 NAV wettbewerbsfreie Periode CFend t Wettbewerb 69 Fachgebiet Kommunikationsnetze 11

12 2.5 IEEE Adressierung RAHMENFORMAT Typen Steuerrahmen, Management-Rahmen, Datenrahmen Sequenznummern wichtig für duplizierte Pakete aufgrund verlorengegangener ACKs Adressen Empfänger, Transmitter (physikalisch), BSS Identifier, Sender (logisch) Sonstiges Sendedauer, Prüfsumme, Rahmensteuerung, Daten Bytes Frame Duration Address Address Address Sequence Address Data CRC Control ID Control 4 Version, Typ, Fragmentierung, Sicherheit, IEEE Adressierung MAC-ADRESSFORMAT Paketart to DS from DS Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Ad-hoc Netzwerk 0 0 DA SA BSSID - Infrastruktur 0 1 DA BSSID SA - Netzwerk, von AP Infrastruktur 1 0 BSSID SA DA - Netzwerk, zu AP Infrastruktur Netzwerk, im DS 1 1 RA TA DA SA DS : Distribution System AP : Access Point DA : Destination Address SA : Source Address BSSID : Basic Service Set Identifier RA : Receiver Address TA : Transmitter Address 71 Fachgebiet Kommunikationsnetze 12

13 2.6 Synchronisierung MAC MANAGEMENT Synchronisation Finden eines LANs / versuchen im LAN zu bleiben Timer etc. Power Management Schlafmodus ohne eine Nachricht zu verpassen periodisches Schlafen, Rahmenpufferung, Verkehrszustandsmessung Assoziation/Reassoziation Eingliederung in ein LAN Roaming, d. h. Wechseln zwischen Netzen von einem Access Point zu einem anderen Scanning, d. h. aktive Suche nach einem Netz MIB - Management Information Base Verwalten, schreiben, lesen Synchronisierung SYNCHRONISATION MIT EINEM LEUCHTFEUER (INFRASTRUKTUR) Intervall des periodischen Funksignals (beacon) Zugangspunkt Medium B B B B busy busy busy busy Wert des Zeitstempels B Beacon-Paket t 73 Fachgebiet Kommunikationsnetze 13

14 2.6 Synchronisierung SYNCHRONISATION MIT EINEM LEUCHTFEUER (AD-HOC) Beacon-Intervall Station 1 B 1 B 1 Station 2 B 2 B 2 Medium busy busy busy busy t Wert des Zeitstempels B beacon Paket zufällige Verzögerung Synchronisierung STEUERUNG DER LEISTUNGSAUFNAHME Idee: Ausschalten der Sende/Empfangseinheit wenn nicht benötigt Zustände einer Station: schlafend und wach Timing Synchronization Function (TSF) Sicherstellung, dass alle Stationen zur gleichen Zeit aufwachen Infrastruktur Traffic Indication Map (TIM) Liste von unicast-empfängern, von AP ausgesendet Delivery Traffic Indication Map (DTIM) Liste von broadcast/multicast-empfängern, von AP ausgesendet Ad-hoc Ad-hoc Traffic Indication Map (ATIM) Bekanntmachung von Empfängern zwischengespeicherter Pakete durch die speichernden Stationen komplexer, da kein zentraler AP Kollisionen von ATIMs möglich (Skalierbarkeit?) 75 Fachgebiet Kommunikationsnetze 14

15 2.6 Synchronisierung ENERGIESPAREN MIT WACHMUSTERN (INFRASTRUKTUR) TIM Intervall DTIM Intervall Zugangspunkt Medium D B busy T T d D busy busy busy B Station T TIM D DTIM p wach d t B broadcast/multicast p PS poll d Datenübertragung von/zu der Station Synchronisierung ENERGIESPAREN MIT WACHMUSTERN (AD-HOC) ATIM- Fenster Beacon-Intervall B Station 1 A D B 1 1 Station 2 B 2 B 2 a d B Beacon-Paket zufällige Verzögerung t A ATIM-Übertragung D Datenübertragung wach a Bestätigung v. ATIM d Bestätigung der Daten 77 Fachgebiet Kommunikationsnetze 15

16 2.6 Synchronisierung ROAMING Keine oder schlechte Verbindung? - Dann: Scanning Abtasten der Umgebung (Medium nach Leuchtfeuer von APs abhören oder Probe ins Medium senden und Antwort abwarten) Reassociation Request Station sendet Anfrage an AP(s) Reassociation Response bei Erfolg, d.h. ein AP hat geantwortet, nimmt Station nun teil bei Misserfolg weiterhin Scanning AP akzeptiert Reassociation Request Anzeigen der neuen Station an das Distribution System Distribution System aktualisiert Datenbestand (d.h. wer ist wo) normalerweise wird alter AP vom Distribution System informiert Spezielle Standards VERGLEICH DER FAMILIE a b b+ g n ac ad Frequenzband (Europa) Anzahl der Kanäle Kanalbandbreite Übertragungsrate (brutto) max. Sendeleistung 5 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 / 5 GHz 5 GHz 60 GHz 20 MHz 22 MHz 22 MHz 22 MHz 20/40 MHz 80/160 MHz bis 2 GHz (Breite 22 MHz) 54 Mbit/s 11 Mbit/s 22 Mbit/s 54 Mbit/s bis 600 Mbit/s 1 W 100 mw 100 mw 100 mw mw 4/2 4 bis 1,3 Gbit/s bis 6,9 Gbit/s 200 mw 200 mw 79 Fachgebiet Kommunikationsnetze 16

17 2.7 Spezielle Standards S Einrichtung drahtloser vermaschter Netze Basiert auf a, b, g, n oder ac Notwendig: Wegewahl auf der MAC-Schicht Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP) Reaktive Suche von Pfaden, wenn Pakete geschickt werden sollen und kein Pfad vorhanden ist (insbesondere bei mobilen Knoten) Proaktives Baum-basiertes Routing vom Wurzelknoten eines Meshnetzes zu den Blättern (für unbewegliche Knoten, sozusagen als Backbone) Spezielle Standards E Quality of Service für WLAN-Netze Standard 2005 verabschiedet Hybrid Coordination Function (HCF): Enhanced Distributed Channel Access (EDCA): Im Durchschnitt kürzere Wartezeiten für hochpriore Daten durch Einführen von Arbitration Inter-Frame Space (AIFS) Transmit Opportunity (TXOP) für jeweilige Priorität, innerhalb der das Senden abgeschlossen sein muss HCF Controlled Channel Access (HCCA): Arbeitsweise vergleichbar mit PCF, wobei die wettbewerbsfreie Periode durch den Access Point zu beliebigen Zeitpunkten gestartet werden kann 81 Fachgebiet Kommunikationsnetze 17

18 3.1 Standardisierungsumfang 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 Medium Access Control Layer Channel Access Control Layer Physical Layer HIPERLAN-Schichten Höhere Schichten Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht OSI-Schichten Standardisierungsumfang ÜBERSICHT: DIE HIPERLAN-FAMILIE HIPERLAN/1 HIPERLAN/2 HIPERACCESS HIPERLINK Anwendung Drahtloses LAN Zugang zu ATM- Festnetzen Funkbasierte Anschlussnetze P2P drahtlose ATM- Verbindungen Frequenz 5,1 5,3 GHz 17,2 17,3 GHz Topologie Dezentral Zellular, zentral Punkt-zu-Mehrpunkt Punkt-zu-Punkt Antenne Omnidirektional Direktional Reichweite 50 m 50 m 100 m m 150 m Dienstgüte Statistisch Wie ATM-Festnetze (VBR, CBR, ABR, UBR) Mobilität <10 m/s Quasistationär Schnittstelle Konventionelle LANs ATM-Netze Datenrate 23,5 Mbit/s >20 Mbit/s 155 Mbit/s Energiesparen Ja Nicht zwingend 83 Fachgebiet Kommunikationsnetze 18

19 3.2 HIPERLAN/1 MERKMALE Datenübertragung Punkt-zu-Punkt, Punkt-zu-Mehrpunkt, alle verbindungslos 23,5 MBit/s, 1 W Sendeleistung, 2383 Byte Paketgröße Dienste Asynchrone und zeitbegrenzte Dienste mit hierarchisch unabhängigen 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 HIPERLAN/1 DIENSTE UND PROTOKOLLE CAC-Dienst Definition eines Kommunikationsdienstes über ein geteiltes Medium Spezifikation von Zugriffsprioritäten Abstraktion von Mediencharakteristika MAC-Protokoll MAC-Dienst, kompatibel mit ISO MAC und ISO MAC Brücken Benutzung von HIPERLAN CAC (Channel Access Control) CAC-Protokoll Stellt CAC-Dienst zur Verfügung, spezifiziert für einen oder mehrere Kanäle die hierarchischen, unabhängigen Zugriffsmechanismen unter Nutzung der PHY-Schicht Physical Protocol Übertragungs- und Empfangsmechanismen, Kanalzugriff 85 Fachgebiet Kommunikationsnetze 19

20 3.2 HIPERLAN/1 SCHICHTEN, DIENSTE UND PROTOKOLLE MSAP MSDU MAC service MSDU MSAP LLC layer HM-entity HCSAP HCSDU HMPDU MAC protocol CAC service HCSDU HM-entity HCSAP MAC layer HC-entity HCPDU CAC protocol HC-entity CAC layer PHY service HP-entity data bursts PHY protocol PHY layer HP-entity HIPERLAN/1 physikalische Schicht 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 87 Fachgebiet Kommunikationsnetze 20

21 3.3 HIPERLAN/1 physikalische Schicht RAHMENCHARAKTERISTIK Aufrechterhaltung der hohen Datenrate von 23,5 Mbit/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 1,4 Mbit/s 450 bit Synchronisation mindestens 1, maximal 47 Datenblöcke zu 496 bit für Bewegungsgeschwindigkeiten über 1,4 m/s muss die Maximalzahl von Datenblöcken verringert werden Modulation LBR Synch Daten 0 Daten 1... Daten m-1 GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) für hohe Bitrate FSK für LBR-Kopf HIPERLAN/1 physikalische Schicht CAC - UNTERSCHICHT Channel Access Control (CAC) Sicherstellen, dass nicht auf unerlaubte Kanäle zugegriffen wird Prioritätsschema, Zugriff mit EY-NPMA Prioritäten 5 Prioritätsstufen, realisieren Dienstgüte Dienstgüte Prioritätsstufe auf Basis der Paketlebenszeit (durch Anwendung gesetzt) Paketlebenszeit = Zeit innerhalb derer es Sinn macht, das Paket an einen Empfänger zu übertragen Standardwert 500 ms, maximal ms kann das Paket aufgrund seiner aktuellen Priorität noch nicht gesendet werden, so wird die Wartezeit permanent von der Lebenszeit abgezogen basierend auf Paketlebenszeit, Wartezeit im Sender und Anzahl der Zwischenstationen bis zum Empfänger wird eine der 5 Prioritäten zugewiesen damit steigt die Priorität wartender Pakete automatisch an 89 Fachgebiet Kommunikationsnetze 21

22 Synchronisation Prioritätserkennung Prioritätssicherung Auslöschung Auslöschungsüberprüfung Yield Nutzdaten 3.4 HIPERLAN/1 Medienzugriff ELIMINATION YIELD NONPREEMPTIVE PRIORITY MULTIPLE ACCESS EY-NPMA 3 Phasen: Prioritätsfindung, Wettbewerb, Übertragung Finden der höchsten Priorität jede Priorität entspricht einem Sendezeitpunkt in der ersten Phase 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 Übertragung Prioritätsfindung Wettbewerb Übertragung t HIPERLAN/1 Medienzugriff EY-NPMA II Es können nun mehrere Sendewünsche gleicher Priorität vorliegen Wettbewerbsphase Elimination Burst: Wettbewerber senden einen Burst, um Konkurrenten zu eliminieren ( , hohe Rate) Elimination Survival Verification: Wettbewerber hören nun in den Kanal, ist dieser frei, so dürfen sie fortfahren, ansonsten wurden sie eliminiert Yield Listening: Wettbewerber hören nun mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in das Medium, ist dieses frei, so darf am Ende der Wettbewerbsphase gesendet werden Der Trick besteht nun darin, Burstdauer und Hörwahrscheinlichkeit richtig einzustellen (Slot-basiert, exponentialverteilt) Datenübertragung Der Sieger darf übertragen (sehr kleine Wahrscheinlichkeit der Kollision bleibt) War der Kanal längere Zeit ruhig (min bit-dauern) kann sofort gesendet werden ohne EY-NPMA Synchronisation anhand der letzten Datenübertragung 91 Fachgebiet Kommunikationsnetze 22

23 3.4 HIPERLAN/1 Medienzugriff 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 Verschlüsselungsmechanismen Integrierte Mechanismen, nicht jedoch Schlüsselverwaltung 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) HIPERLAN/1 Forwarding DATENBESTAND IN HIPERLAN-KNOTEN Route Information Base (RIB) - wie kann ein Ziel erreicht werden? [destination, next hop, distance] Neighbor Information Base (NIB) - Status der direkten Nachbarn [neighbor, status] Hello Information Base (HIB) - Status des Ziels (über den nächsten Knoten) [destination, status, next hop] Alias Information Base (AIB) - Adressen von Knoten außerhalb des Netzes [original MSAP address, alias MSAP address] Source Multipoint Relay Information Base (SMRIB) - derzeitiger MP Status [local multipoint forwarder, multipoint relay set] Topology Information Base (TIB) - derzeitige HIPERLAN-Topologie [destination, forwarder, sequence] Duplicate Detection Information Base (DDIB) - Erkennung von Duplikaten [source, sequence] 93 Fachgebiet Kommunikationsnetze 23

24 3.4 HIPERLAN/1 Forwarding AD-HOC-NETZWERKE MIT HIPERLAN/1 HIPERLAN A RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB 5 1 Nachbarschaft (d.h. in Funkreichweite) Forwarder RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB 2 HIPERLAN B RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB Information Bases (IB): RIB: Routing NIB: Neighbourhood HIB: Hello AIB: Alias SMRIB: Source Multipoint Relay TIB: Topology DDIB: Duplicate Detection 94 4 RIB NIB HIB AIB DDIB Forwarder 6 3 RIB NIB HIB AIB DDIB Forwarder LITERATUR Perahia, Eldad; Stacey, Robert (2013): Next Generation Wireless LANs n, ac, and Wi-Fi direct. 2nd edition. Cambridge: Cambridge University Press. Rech, Jörg (2012): Wireless LANs WLAN-Technologie und praktische Umsetzung im Detail; a/h, b, g, i, n, d, e, f, s, ac, ad. 4., aktualisierte und erweiterte Auflage. Hannover: Heise-Verlag. Roth, Jörg (2005): Mobile Computing. Grundlagen, Technik, Konzepte. 2., aktualisierte Auflage. Heidelberg: dpunkt- Verlag (dpunkt.lehrbuch). Sauter, Martin (2011): Grundkurs mobile Kommunikationssysteme. UMTS, HSDPA und LTE, GSM, GPRS und Wireless LAN. 4., überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiesbaden: Vieweg + Teubner (Studium). Schiller, Jochen (2003): Mobilkommunikation. 2., überarbeitete Auflage. München: Pearson-Studium (Pearson Studium Informatik). (Vielen Dank für die Überlassung der Folien) Sikora, Axel (2003): Wireless Personal and Local Area Networks. Chichester: John Wiley & Sons. 95 Fachgebiet Kommunikationsnetze 24