beŽicne lokalne mreŽe (wireless lans - wlans) realne
TRANSCRIPT
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 11
ETF ETF –– Elektrotehnicki fakultet u BeograduElektrotehnicki fakultet u BeograduOdsek za telekomunikacije i IT Odsek za telekomunikacije i IT
RADIO LabRADIO Lab
BEŽICNE LOKALNE MREŽEBEŽICNE LOKALNE MREŽE(Wireless LANs (Wireless LANs -- WLANs)WLANs)
Realne mogucnosti i dometiRealne mogucnosti i dometi
PProf.rof. drdr DjDjordje Paunovic ordje Paunovic Docent dr Aleksandar NeškovicDocent dr Aleksandar Neškovic
Saradnik Irena JankovicSaradnik Irena Jankovic
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 22
UVODUVODqq Ubrzan razvoj WLANUbrzan razvoj WLAN--ova tokom poslednje ova tokom poslednje
decenije; decenije; qq De factoDe facto svetski standard (IEEE); svetski standard (IEEE); qq Prodor WLAN mreža u sve sfere života; Prodor WLAN mreža u sve sfere života; qq Korišcenje u poslovnim i akademskim Korišcenje u poslovnim i akademskim
okruženjima, medicinskim ustanovama, okruženjima, medicinskim ustanovama, hotelima, aerodromima, hotelima, aerodromima, hot spothot spot mestima, mestima, coffecoffe shopshop--ovima... ovima...
qq Popularnost zbog specificnih Popularnost zbog specificnih karakteristika:karakteristika:nn automatski bežicni pristup, automatski bežicni pristup, nn pokretnost korisnika i komfor u radu,pokretnost korisnika i komfor u radu,nn jednostavnost konfiguracije bez lokalnih kablova, jednostavnost konfiguracije bez lokalnih kablova, nn Jednostavnost ekstenzije na standardne Ethernet mreže,Jednostavnost ekstenzije na standardne Ethernet mreže,nn skalabilnost i fleksibilnost, skalabilnost i fleksibilnost,
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 33
Typical applicationsTypical applicationsDifficult access locations
Temporary networks(with permanent users)
Historic buildingsRemote buildingsin public areaStations inaccessibleby wire
Emergency networks
Disaster recoveryExhibitions
Offices with frequentchanges in topologyTemporary offices
Point of salePoint of entry
Building to building bridgingInternet providers access to corporate usersAirport light beacons systemHarbour light beacons systemOver the rail links in railway stationsEmergency service providers' network atdisaster siteReactivation of affected user's networkInternet accessExhibitor to base premises
Construction sitesAuditing group inside a client companyTraining company inside a client company
Airports - ship to shoreHarbours - ship to shoreCouriers - base to truck night loading offollowing day scheduleMaintenance - base to truck night loading offollowing day schedule
Application Type Category Specific Cases
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 44
Conference rooms
University auditoriums
Manufacturing
Education - schools
Point of entry (airports,harbours,...)Manufacturing plants
Warehouses
University campus
Factory plantsHospitals
Hand held devices to basestation relaying to centralnetwork
Permanent networks(with temporary users)
Mobile users
Immediate access to wired LAN resourcesParticipant to participant transfer of dataMaking presentations from networkStudent - studentLecturer - studentLecturer - wired LAN (email, internet, library)Student - wired LANFast deployment of carts with on boardcomputers in clean and sealed roomsMobile carts with PC being moved fromclassroom to classroom when neededMoving cranes, Unmanned vehiclesCommunications with moving resources/equipmentMoving CranesUnmanned vehiclesMoving cranesUnmanned vehiclesBarcode readers (on line inventory)Access to wired LAN from any building(library, internet, email,...)Access to wired LAN from any buildingPoint of care (bedside) access to wired LANresources (patient records)On line telemetry
On line tax collection
Application Type Category Specific Cases
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 55
Bežicne mrežeBežicne mreže
RADIORADIO--SISTEMI 03/04SISTEMI 03/04
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 66
WLAN vWLAN versusersus wired LANwired LANnn WLAN WLAN is is significantly different from traditional,significantly different from traditional, wired LAN.wired LAN.nn Destination Address (DA)Destination Address (DA) is not equal to is not equal to Destination LocationDestination Location..nn The transmission medium:The transmission medium:
-- hhas no absolute or observable boundaries, as no absolute or observable boundaries, -- hhas dynamic and impredictable characteristicsas dynamic and impredictable characteristics, , -- ssmallmall changes in stations' positions orchanges in stations' positions or movement ofmovement of objectsobjects
in the area can result in drastic differences inin the area can result in drastic differences in signal strength,signal strength,-- iis less reliable than wires.s less reliable than wires.
nn The assumption that every STA can hear every other STA is invaliThe assumption that every STA can hear every other STA is invalidd..nn Network topology is dynamicNetwork topology is dynamic ((portable STAportable STA, , mobile STAmobile STA).).nn For mobile STA, receiver may not be ON on a permanent basis.For mobile STA, receiver may not be ON on a permanent basis.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 77
WLAN CONCEPTS
WLAN WLAN CONCEPTSCONCEPTSDDva osnovna nacina radava osnovna nacina rada::
Ad Ad hhococ nacin radanacin radaInfrastrukturniInfrastrukturni nacin radanacin rada
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 88
Topologija Topologija –– ad hocad hoc nacin radanacin rada
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 99
Topologija Topologija –– infrastrukturni nacin radainfrastrukturni nacin rada
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1010
IEEE 802.11x - Wireless LAN Standard
IEEE 802.11x - Wireless LAN Standard
mm Media Access Control Media Access Control (MAC) Layer(MAC) Layer
mm Physical (PHY) LayerPhysical (PHY) Layer
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1111
• Kao rezultat rada posebne IEEE grupe, 1997.g. donet jeIEEE 802.11 standard.
• Svi 802.11x standardi obuhvataju specifikacijeMAC (Medium Access Control) i fizickog (PHYsical
Layer) sloja OSI (Open System Interconnection) modela• LLC (Logical Link Control) sloj je zajednicki za sve LAN
mreže, što omogucava njihovu medusobnu povezanost.• Wireless IEEE 802.11x standard definiše MAC podsloj,
MAC servise i protokole i tri razlicita fizicka pristupa.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1212
IEEE802.3
IEEE 802.2 (LLC)
IEEE802.4
IEEE802.5
IEEE802.6
ISOCHRONOUS
ETHERNET
WIRELESS
LAN100 BaseVG FDDI
ETHERNET AND
FAST ETHERNETTOKEN BUS TOKEN RING DQDB
IEEE802.9
IEEE802.11
IEEE802.12
ISO9314
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
PHYSICAL
LLC(LOGICAL
LINK CONTROL)
MAC(MEDIA
ACCESS CONTROL)
1
2
3
4
5
6
7
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1313
IEEE 802.11
FHSSFrequency HoppingSpread Spectrum
DSSSDirect SequenceSpread Spectrum
IRInfrared
Point Coordination Function
SMStation
Management
D i s t r i b u t e d C o o r d i n a t i o n F u n c t i o n - C S M A / C A
PHYSICAL
LLC
MAC
1
2
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1414
• U okviru standarda IEEE 802.11 definisana su u osnovi tri tipa fizickihpristupa tako da se mogu razlikovati razliciti tipovi WLAN mreža:
• Infracrvene mreže (IR) u okviru kojih se podaci prenose na frekvencijama infracrvenog spektra. (Mala talasna dužina, osetljivost na prepreke i prisustvo ljudi, dometimali, protoci veliki, cena povoljna. Koristi se direktna ili difuzna tehnikaemitovanja. Primena najcešce u personalnim, kucnim okruženjima.)
• LAN mreže koje koriste tehniku proširenog spektra (SS, Spread SpectrumTechnique) (Prvobitno razvijene za vojne službe. Koriste se radio-talasi (RF) u ISM(Industrial, Scientific and Medical) opsegu na 2.4GHz (i na 5 GHz). Tokom SS prenosa digitalna poruka se širi u spektru kako bi poprimilaosobine slucajnog pozadinskog šuma, cime se izbegavaju ili se smanjujusmetnje.)
• Koriste se dve tehnike:- FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), i - DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1515
Standard Godina Protok Frekvencijski opseg
IEEE 802.11 1997 g. 1-2 Mbps ISM opseg 2.4 GHz
IEEE 802.11b 1999 g. 1-11 Mbps ISM opseg 2.4 GHz
IEEE 802.11a 1999 g. do 54 Mbps 5 GHz opseg
IEEE 802.11g 2002 g. do 54 Mbps ISM opseg 2.4 GHz
Uporedni pregled karakteristikaIEEE 802.11x standarda
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1616
Varijante IEEE 802.11 StandardaVarijante IEEE 802.11 Standarda
IEEE 802.11b IEEE 802.11b ⇒⇒ WiFi WiFi (Wireless Fidelity)(Wireless Fidelity)IEEE 802.11IEEE 802.11gg ⇒⇒ WiFiWiFi55 (Wireless Fidelity 5x)(Wireless Fidelity 5x)
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1717
IEEE 802.11b WLAN mreže imaju celijsku strukturu pa je za dobro funkcionisanje neophodno u fazi implentacije izvršiti pažljivu raspodelu frekvencija prema
pojedinim celijama. DSSS tehnika širi RF signal tako da je pri prenosu zauzeto 22MHz opsega. Kako je raster kanala 5MHz, tek se
svaki šesti kanal ne preklapa.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1818
Europe*FranceSpainJapanUSCanada
Teritory 2.4 GHz ISM band Bandwidth
*(except France and Spain)
2.40002.44652.44502.47102.40002.4000
------
2.48352.48352.47502.49702.48352.4835
GHzGHzGHzGHzGHzGHz
83.537.030.026.083.583.5
MHzMHzMHzMHzMHzMHz
DSSS (IEEE 802.11b)
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 1919
Interferencija u IEEE 802.11b mrežama
Eksterni izvori interferencije
• Mikrotalasne pecnice, • Bežicni telefoni na 2.4GHz, • Bluetooth sistemi i • Susedne WLAN mreže.
Interni izvori interferencije
• Feding (fading), • Prenos bez direktne vidljivosti, • Medusobno ometanje iz razlicitih celija ili
sistema.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2020
Aspekti sigurnosti WLAN mreža
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2121EAP proces autentifikacije
Open system proces autentifikacije
n
n AP-10SA-PCR
nn
nn APAP--1010SASA--PCRPCR
Prikaz uredajaPrikaz uredaja
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2323
PraktiPrakticcna implementacijana implementacijaIEEE 802.11b WLAN mreže u IEEE 802.11b WLAN mreže u
indoorindoor okruženjuokruženju
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2424
MERNI SISTEMMERNI SISTEMqq IEEE 802.11b WLANIEEE 802.11b WLAN-- de factode facto standardstandard
nn Frekvencijski opseg 2.4 GHzFrekvencijski opseg 2.4 GHznn DSSS (DSSS (Direct Sequence Spred SpectrumDirect Sequence Spred Spectrum) tehnika ) tehnika
modulacijemodulacijenn Obezbeduje protoke do maksimalnih 11MbpsObezbeduje protoke do maksimalnih 11Mbps
qq Infrastrukturni mod rada ostvaren je ekstenzijom Infrastrukturni mod rada ostvaren je ekstenzijom EthernetEthernet mreže koji ima ulogu okosnicemreže koji ima ulogu okosnice
qq Pristupne tacke, tzv. APs (Pristupne tacke, tzv. APs (Access PointsAccess Points) su uredaji ) su uredaji koji su direktno povezani na žicanu infrastrukturu koji su direktno povezani na žicanu infrastrukturu a ulogu klijenata imali su a ulogu klijenata imali su notebooknotebook racunariracunari
qq Svaki AP pokriva jednu celiju, tzv. BSS (Svaki AP pokriva jednu celiju, tzv. BSS (Basic Basic ServiceService SetSet) dok citava celijska struktura ) dok citava celijska struktura predstavlja ESS (predstavlja ESS (Extended Service SetExtended Service Set))
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2525
Cisco Aironet 350 Series Access PointsCisco Aironet 350 Series Access Points
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2626
Konfiguracija APKonfiguracija AP--a podrazumevala jea podrazumevala je::
qq standardnu verziju APstandardnu verziju AP--a sa 2.2dBi a sa 2.2dBi diversitydiversitydipol antenama,dipol antenama,
qq ukljucivanje u mrežu dodelom odgovarajucih ukljucivanje u mrežu dodelom odgovarajucih IP adresa,IP adresa,
qq podešavanje za rad u šestom radiopodešavanje za rad u šestom radio--kanalu kanalu na 2.437GHz, na 2.437GHz,
qq maksimalnu predajnu snagu od 100mW,maksimalnu predajnu snagu od 100mW,qq InIn--lineline napajanje preko napajanje preko Ethernet portEthernet port--aa uz uz
pomoc pomoc power injectorpower injector--a, a, qq mod rada tako da se optimiziraju ostvareni mod rada tako da se optimiziraju ostvareni
protoci u mreži. protoci u mreži.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2727
Cisco Aironet 350 Series Client AdaptersCisco Aironet 350 Series Client Adapters
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2828
Konfiguracija klijenataKonfiguracija klijenata::
qq Klijent adapteri u obliku PCMCI kartica sa Klijent adapteri u obliku PCMCI kartica sa integrisanim antenama (dobitak oko 0dBi),integrisanim antenama (dobitak oko 0dBi),
qq Maksimalna predajna snaga 100mW,Maksimalna predajna snaga 100mW,qq CAM (CAM (Constantly Awake ModeConstantly Awake Mode), neophodan ), neophodan
za eksperimentalna merenja, ali iziskuje za eksperimentalna merenja, ali iziskuje veliku baterijsku potrošnju,veliku baterijsku potrošnju,
qq Veoma bitna softverska podrška Veoma bitna softverska podrška -- Cisco Cisco Aironet Client UtilityAironet Client Utility-- koji funkcioniše kao koji funkcioniše kao graficki interfejs, analizira okruženje i pruža graficki interfejs, analizira okruženje i pruža informacije o kvalitetu signala na prijemu, informacije o kvalitetu signala na prijemu, nivou snage signala nivou snage signala [dBm] i SNR ([dBm] i SNR (SignalSignal--toto--NoiseNoise)) odnosu odnosu izražizraženom u [dB]enom u [dB]..
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 2929
MERNA METODOLOGIJAMERNA METODOLOGIJA
q Klijent, tj. notebook racunar, pomocu koga su vršenamerenja bio je smešten na pokretna kolica visine 1m;
q Scenario 1 ukljucuje AP1 i jednog klijenta;q Scenario 2 ukljucuje AP1, AP2, AP3 i oba klijenta.
P3AP3 AP1
P2 P1
AP2
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3030
EKSPERIMENTALNI REZULTATIEKSPERIMENTALNI REZULTATIq Ponovljivost rezultata merenjau Cetiri seta merenja, 60 razlicitih mernih lokacija, prvi set
merenja je korišcen kao referenca.
u Srednje odstupanja rezultata: 0.42dB, 0.47dB, -2.15dB. u Promena visine za 40cm znacajno utice (-2.15dB). u Promena visine klijenta menja poziciju klijenta u odnosu na
DZR antene i registruje se kao slabljenje nivoa snage za 6dBu neposrednoj blizini AP-a.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3131
RRadioadio--pokrivenostpokrivenost
q Dinamika signala 44dB. Maksimalni izmereni nivo je -41dBm, a minimalni odgovara pragu prijema od -85dBm(-87dBm)
q Domet signala koji emituje AP1, pri snazi od 100mW, iznosi: u 120m pri LoS propagacijiu 40m kada postoji uticaj zidnih površina na slabljenje
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3232
Model Model predikcijepredikcije nivoanivoa snagesnage signalasignala
q ”LOS” propagacija
u Aproksimacija logaritamskom funkcijom opadanja nivoa:P = Po - n*10log (d/do)
u Koeficijent slabljenja nivoa snage signala iznosi n=1.65.u Uslovi prostiranja ”bolji” nego u slobodnom prostoru (n=2), u Tunelski efekat u indoor okruženju fakulteta.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3333
UticajUticaj preprekaprepreka nana slabljenjeslabljenje
q Varijacije slabljenja su od 5-30dB sa srednjom vrednošcu od 20dB.
q Dodatno je utvrdeno da vrednosti slabljenja znatno viševariraju u blizini AP-a. Na rastojanjima vecim od 20mslabljenje teži konstantnoj vrednosti od 20dB.
y = 0 . 0 2 9 7 x + 1 9 . 8 7
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
3 0
3 5
D e b l j i n a z i d a [ m ]
Un
eto
sla
blje
nje
[dB
]
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3434
SlabljenjeSlabljenje usledusled zaklanjanjazaklanjanja anteneantenetelomtelom korisnikakorisnika
q Srednja vrednost slabljenja 11dB, standardna devijacija 5.2dB.q Maksimum slabljenja je oko 22dB.q Ovakav nacin ometanja narušava LoS, a rezultati pokazuju da
bez direktne vidljivosti znacajno opada signal na prijemu.
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
Redni bro j merne lokac i je
Sla
blje
nje
[dB
]
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3535
SlabljenjeSlabljenje usledusled ””gugužžveve”” u u okoliniokolini klijentaklijenta
q Srednje slabljenje 10dB, standardna devijacija 5.77dB. q Trenutne varijacije nivoa izmedu 10-15dB.q Maksimalna dubina feding-a ovog tipa je 20dB.q Slabljenje direktno zavisi od kretanja i rasporeda ljudi.
-10-505
10152025
2 9 16 23 30 37 44 51 58 65 72 79
Redni broj merne lokacije
Sla
blje
nje
[dB
]
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3636
HandoverHandoverq Scenario 2 podrazumeva aktivnost sva tri AP-a i oba klijenta.q Klijent 1 je prioritetno povezan na AP3.q Klijent 2 ima ulogu ometaca i ”ping-ovan” je sa rutera preko
jednog od preostala dva AP-a, pri cemu komunikacijom opterecuje radio-kanal sa:q 5% maksimalnog opterecenja;q 50% maksimalnog opterecenja.
Rezultati:q Pokušaj handover-a registrovan je tek pošto nivo snage
dostigne prag prijema od -85dBm. Potom sledi pauza u trajanju 3-4s u okviru koje se vrši reasocijacija.
q Primarni kriterijum za izbor nove stanice je kvalitet signala.
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3737
ZAKLJUCAKZAKLJUCAKuu Za ostvarenu Za ostvarenu vrednost koeficijenta n=1.65, okruvrednost koeficijenta n=1.65, okružženje enje
prupružža dobre uslove za propagaciju signalaa dobre uslove za propagaciju signala. . uu Dinamika signala od 44dB je velika za povrDinamika signala od 44dB je velika za površšinu inu
120x30m120x30m. . uu Ostvareni dometi od 120m i 40mOstvareni dometi od 120m i 40m ii u skladu su sa u skladu su sa
standardom specificiranim vrednostimastandardom specificiranim vrednostima..uu Neophodno je uzeti u obzir da odliNeophodno je uzeti u obzir da odliccan ili dobar kvalitet an ili dobar kvalitet
veze zahteva direktnu optiveze zahteva direktnu opticcku vidljivost APku vidljivost AP--a i klijentaa i klijenta. . uu U svim sluU svim sluccajevima je potrebno da se pajevima je potrebno da se pozicije APozicije AP--a a
papažžljivo i optimalno utvrde. ljivo i optimalno utvrde. uu Pri tome nikako ne treba zanemariti uticaj Pri tome nikako ne treba zanemariti uticaj ””gugužžveve””, ,
koja mokoja možže znatno da degradira signal. e znatno da degradira signal. uu WLAN mreWLAN mrežža a u praksi dobro u praksi dobro podrpodržžava servis ava servis roamingroaming--aa
memeddu u ccelijamaelijama..
1414--OctOct--0404 CoresCores--DATUM04DATUM04 3838
The EndThe End
HVALA NA PAŽNJI !