Kamprath-Reihe. Professor Dr. Christian Liiders. Lokale Funknetze. Wireless LANs (IEE ), Bluetooth, DECT. Vogel Buchverlag

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Marcus Breiner
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1 Kamprath-Reihe Professor Dr. Christian Liiders Lokale Funknetze Wireless LANs (IEE ), Bluetooth, DECT Vogel Buchverlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 1 Einleitung Gegenstand und Gliederung des Buches Anwendungen lokaler Funknetze Standards fur lokale Funknetze Der Wireless-LAN-Standard IEEE Die Wireless-PAN-Standards der Serie IEEE Bluetooth ZigBee UltraWideBand (UWB) Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT) HiperLAN/ HomeRF Z-Wave NanoNET Weitere Funksysteme Offentliche Mobilfunknetze Drahtloser Teilnehmeranschluss und drahtlose Kopplung von Netzen Radio Frequency Identification (RFID) Funknetzstrukturen Kommunikationsprotokolle Zusammenfassung Ubungsaufgaben 35 2 Funkausbreitung Allgemeines Physikalische Effekte der Funkausbreitung Antennenkenngrofien und Freiraumausbreitung Reflexion und Streuung Durchdringungsverluste Dampfung durch Personen bzw. Wasser Dampfung durch Wande, Decken und andere Hindernisse Vegetationsdampfung Beugung 47 Iftf O/fldiCn Der Onlineservice InfoClick bietet unter nach Codeeingabe zusatzliche Informationen und Aktualisierungen

3 Inhaltsverzeichnis Dampfung durch Regen und Nebel Mehrwegeausbreitung Bodenwellen-Reflexion Reflexion an Wanden Funkausbreitungsmodelle Zusammenfassung Ubungsaufgaben 53 Ubertragungstechnik Modulation Allgemeines Digitale Frequenzmodulation Digitale Phasen- und Amplirudenmodulation Spreiztechnik Frequency Hopping Orthogonal Frequency Division Multiplexing Mafinahmen zum Schutz gegen Ubertragungsfehler Antennentechniken Diversitatsverfahren Strahlformungsverfahren Zusammenfassung Ubungsaufgaben 75 Zugriffsverfahren Grundsatzliche Aufgaben Link Management Radio Link Control (RLC) Send-and-Wait-Protokoll Selektives ARQ-Verfahren Fensterverfahren Flusskontrolle Medium Access Control ALOHA-Verfahren Carrier Sense Multiple Access (CSMA) CSMA-Modifikationen in Funknetzen Polling Reservierungsverfahren Generelle Struktur von Datenrahmen Frame-Langen und Datenraten Frame Error Rate Richtwerte fur Frame-Langen Datenrate in der RLC/MAC-Schicht Zusammenfassung Ubungsaufgaben 97 Vermittlungs-, Transport- und Anwendungsprotokolle Protokolle in der Vermittlungsschicht Allgemeines Verbindungsorientierter Vermittlungsdienst am Beispiel ISDN 100

4 Inhaltsverzeichnis Verbindungsloser Vermittlungsdienst am Beispiel des Internet-Protokolls Die Transportschicht Transport Control Protocol (TCP) User Data Protocol (UDP) Real-Time Transport Protocol (RTP) Anwendungsprotokolle Anwendungsprofile Zusammenfassung Ubungsaufgaben 110 Storquellen: Auswirkungen und GegenmaiSnahmen Storquellen Empfangerrauschen Storungen durch Echos - Intersymbolinterferenz Storungen durch gleichartige Systeme Storungen durch andere Systeme Storungen durch Mikrowellenherde Mafinahmen zur Reduktion von Storungen und deren Auswirkungen Zusammenfassung Ubungsaufgaben 120 Aspekte der Funknetzplanung Sender- und EmpfangerkenngroSen Antennen und Anschlusskabel Sendeleistungen Empfangerempfindlichkeit Datenrate und Reichweite Abschatzungen der Funkreichweite Reichweite bei Freiraumausbreirung Reichweite in Gebauden Kapazitatsplanung Zusammenfassung Ubungsaufgaben 133 Sicherheitsaspekte Allgemeine Anforderungen Verschliisselung Allgemeine Prinzipien Stromchiffre Blockchiffre Asymmetrische Verschliisselung und Public-Key-Verfahren Integritatsprufung Authentifizierung Allgemeines Verfahren zur Authentifizierung Authentifizierungsserver Virtuelle Private Netze (VPN) Zusammenfassung Ubungsaufgaben 154

5 10 Inhaltsverzeichnis 9 Wireless Local Area Networks Uberblick iiber den Standard IEEE Entstehungsgeschichte Produkte Netzstrukturen Funkausbreitung Ubertragungstechnik Ubertragungstechnik bei IEEE b Ubertragungstechnik bei IEEE la/g Ubertragungstechnik bei IEEE n Datenpakete der physikalischen Schicht Zugriffsverfahren, Verbindungskontrolle und Link Management Link Management Radio Link Control Medium Access Control Aufbau von MAC-Frames Datenraten in der MAC-Schicht Vermittlungs-, Transport- und Anwendungsschicht Storquellen und storungsmindernde Mafinahmen IEEE b/g im ISM-Band bei 2,4 GHz IEEE a im Frequenzband bei 5 GHz Planungsaspekte Sender- und Empfangerkenngrofien Reichweite Kapazitat Sicherheitsrelevante Netzfunktionen Allgemeiner Uberblick Wired Equivalent Privacy Schwachstellen des WEP-Verfahrens Sicherheitsmechanismen gemag IEEE i Zusammenfassung Ubungsaufgaben Digital Enhanced Cordless Telecommunications - DECT Uberblick iiber den DECT-Standard Der Entstehungsprozess Produkte ' Protokollarchitektur Netzstrukturen und Anwendungsszenarien Adressen und Kennziffern Funkausbreitung Ubertragungstechnik Zugriffsverfahren, Verbindungskontrolle und Link Management Zugriffsverfahren Data Link Control Link Management Vermittlungs-, Transport- und Anwendungsschicht DECT-Vermittlungsschicht ' Anwendungsprofile 217

6 Inhaltsverzeichnis Storquellen: Auswirkungen und Gegenmafinahmen Funknetzplanung Sender- und EmpfangerkenngroBen Reichweite Kapazitat Sicherheitsaspekte bei DECT Uberblick iiber die Sicherheitsmafinahmen Schliisselmanagement Authentifizierung Verschliisselung Schwachen im Sicherheitskonzept und Gegenmafinahmen Zusammenfassung Ubungsaufgaben Bluetooth Uberblick iiber den Bluetooth-Standard Entstehungsgeschichte Produkte Systemarchitektur Netzstrukturen Funkausbreitung Ubertragungstechnik Zugriffsverfahren, Verbindungskontrolle und Link Management Datentransportmoglichkeiten und Medium Access Control Paketformate und Fehlerschutz Aufbau eines Piconetzes Link Management Logical Link Control and Adaption Protocol (L2CAP) Sprachiibertragung, spezielle Protokolle und Anwendungsprofile Sprachiibertragung Spezielle Protokolle Anwendungsprofile Storquellen und storungsmindemde MaSnahmen Planungsaspekte Sender- und Empfangerkenngrofien Reichweite Kapazitat Sicherheitsrelevante Netzfunktionen Allgemeiner Uberblick Schliisselerzeugung und Schliisselmanagement Authentifizierung Verschliisselung Bewertung der Verfahren Zusammenfassung Ubungsaufgaben Weitere Standards fur lokale Funknetze ZigBee Anwendungen, Standardisierung und Netzstrukturen 265

7 12 Inhaltsverzeichnis Funkausbreitung Ubertragungstechnik Zugriffssteuerung Vermittlungs- und Anwendungsschichten Storquellen und Gegenmafinahmen Reichweite Sicherheitsaspekte Zusammenfassung Z-Wave UltraWideBand Systemvorschlage und Anwendungen Funkausbreitung Ubertragungstechnik Zugriffsverfahren Vermittlungs- und Anwendungsschichten Storquellen und GegenmaSnahmen Reichweite Sicherheitsaspekte Zusammenfassung HiperLAN/ Anmerkungen zur Entwicklung des HiperLAN-Standards Vergleich mit IEEE a: Gemeinsamkeiten und Unterschiede Protokollarchitektur bei HiperLAN/ Zugriffsverfahren bei HiperLAN/ Ubungsaufgaben Systemvergleich Anwendungen Ubertragungs- und Zugriffsverfahren Kapazitat und Reichweite Storungen und Gegenmagnahmen Sicherheitsaspekte Zusammenfassung 294 Anhange Anhang A Wichtige Organisationen im Umfeld lokaler Funknetze 295 Anhang B Pegelwerte und Dezibel 299 Anhang C Hochfrequente Strahlung und Grenzwerte 300 Anhang D Modulo-Rechnung 302 Anhang E Losungen zu den Ubungsaufgaben 303 Abkiirzungen, Formelzeichen 311 Literaturverzeichnis 317 Stichwortverzeichnis 321

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