langattomat lähiverkot

Langattomat lähiverkotLangattomat lähiverkot

Ville HaanperäVille Haanperä

Tiina SinisaloTiina Sinisalo

Langaton tiedonsiirtoLangaton tiedonsiirto

• Siirtotienä ympäristö, käytännössä Siirtotienä ympäristö, käytännössä ilmailma– ””näköyhteys”näköyhteys”

• Tarjoaa siirtyvän tietoliikenteen Tarjoaa siirtyvän tietoliikenteen mahdollisuudenmahdollisuuden

• Radioaallot, infrapunaRadioaallot, infrapuna

TaajuusalueetTaajuusalueet

• Langattomissa verkoissa käytetään Langattomissa verkoissa käytetään useita erilaisia taajuusalueita useita erilaisia taajuusalueita (100MHz ~ 100GHz)(100MHz ~ 100GHz)

• Samanaikaisesti käytettävät laitteet Samanaikaisesti käytettävät laitteet tarvitsevat erillisiä kanavia tarvitsevat erillisiä kanavia yhteentörmäyksien välttämiseksi. yhteentörmäyksien välttämiseksi.

• Valtioilla on omat sääntönsä Valtioilla on omat sääntönsä taajuusalueista sekä niiden käytöstä.taajuusalueista sekä niiden käytöstä.

OngelmiaOngelmia

• Samoja ongelmia kuin johtimissaSamoja ongelmia kuin johtimissa– VaimeneminenVaimeneminen– ISI eli signaalin sisäinen häirintäISI eli signaalin sisäinen häirintä

• Uusia ongelmiaUusia ongelmia– HäipyminenHäipyminen– Monitie-eteneminenMonitie-eteneminen– KatvealueetKatvealueet– Doppler-ilmiöDoppler-ilmiö

VaimeneminenVaimeneminen

• Signaalin edetessä sen teho Signaalin edetessä sen teho heikkeneeheikkenee

• Vaimeneminen riippuu taajuudesta ja Vaimeneminen riippuu taajuudesta ja ympäristöstäympäristöstä

22*4*4

c

fddL

HäipyminenHäipyminen

• Nopea häipyminenNopea häipyminen– Signaalin tehon nopea muutosSignaalin tehon nopea muutos– Aiheutuu monitie-etenemisestäAiheutuu monitie-etenemisestä

• Hidas häipyminenHidas häipyminen– Tehon keskiarvon muutosTehon keskiarvon muutos– Aiheutuu ympäristön muutoksista Aiheutuu ympäristön muutoksista

liikkuessaliikkuessa

Monitie-eteneminenMonitie-eteneminen

• Radiolähetin säteilee signaalia joka Radiolähetin säteilee signaalia joka suuntaan tai tietylle sektorille. suuntaan tai tietylle sektorille.

• Radioaaltojen osuessa ympäristön esteisiin Radioaaltojen osuessa ympäristön esteisiin ne muuttavat suuntaa ja jatkavat uudella ne muuttavat suuntaa ja jatkavat uudella reitillä. reitillä.

• Signaali kulkee useita eripituisia reittejä, Signaali kulkee useita eripituisia reittejä, joten pidemmän reitin kulkenut signaali joten pidemmän reitin kulkenut signaali tulee perille viiveellä. tulee perille viiveellä.

• Signaalit summataan, joten viiveen takia Signaalit summataan, joten viiveen takia summattavissa signaaleissa on vaihe-eroa, summattavissa signaaleissa on vaihe-eroa, joka aiheuttaa vääristymiäjoka aiheuttaa vääristymiä

Monitie-eteneminenMonitie-eteneminen

MIMOMIMO

• Monitie-etenemistä käytetään Monitie-etenemistä käytetään hyväksi MIMO (Multiple in/Multiple hyväksi MIMO (Multiple in/Multiple out) -tekniikassa. out) -tekniikassa.

• useita antenneja, yhdistetään näiltä useita antenneja, yhdistetään näiltä saatavia signaaleja.saatavia signaaleja.

WLANWLAN

• IEEE:n 802.11–standardiperhe IEEE:n 802.11–standardiperhe

• RadioliikenneRadioliikenne

• InfrapunalinkkiInfrapunalinkki

• Liikennöinti millä tahansa Liikennöinti millä tahansa standardilla tai valmistajakohtaisella standardilla tai valmistajakohtaisella protokollalla. protokollalla.

• Yleisin TCP/IP Yleisin TCP/IP

OSI-mallin siirtokerrosOSI-mallin siirtokerros

• Jakautunut kahteen osaan Jakautunut kahteen osaan •siirtotien ohjaus LLC siirtotien ohjaus LLC

•vuoronvaraus MAC vuoronvaraus MAC

• LLC-kehys; otsikosta löytyy käytössä LLC-kehys; otsikosta löytyy käytössä olevan protokollan tunnukset ja olevan protokollan tunnukset ja ohjauskenttä ohjauskenttä

• SNAP-kehys SNAP-kehys

OSI-mallin siirtokerros-MACOSI-mallin siirtokerros-MAC

• Kehystää LLC-kehyksen ja muodostaa Kehystää LLC-kehyksen ja muodostaa MAC-tietosähkeen MAC-tietosähkeen

• Otsikosta löytyy kehyksen Otsikosta löytyy kehyksen ohjaustiedot, vuoronvarauksen kesto, ohjaustiedot, vuoronvarauksen kesto, sekvenssitiedot, radiotiellä käytettävät sekvenssitiedot, radiotiellä käytettävät osoitteet sekä tarkistussummaosoitteet sekä tarkistussumma

• Määrittelee kehysten väliset ajat sekä Määrittelee kehysten väliset ajat sekä CSMA/CA–vuoronvarauksen CSMA/CA–vuoronvarauksen

• Datakehyksen kuittaukset ja Datakehyksen kuittaukset ja puskurointipuskurointi

OSI-mallin fyysinen kerrosOSI-mallin fyysinen kerros

• Jakautunut kahteen osaanJakautunut kahteen osaan• konvergenssiprotokolla PLCP konvergenssiprotokolla PLCP

• PMD PMD

• PLCP sovittaa suurimman mahdollisen PLCP sovittaa suurimman mahdollisen bittinopeuden ja kehystää MPDU:n PPDU-bittinopeuden ja kehystää MPDU:n PPDU-kehykseenkehykseen

• PDM määrittelee käytettävän PDM määrittelee käytettävän kanavointitavan, hajaspektritekniikan sekä kanavointitavan, hajaspektritekniikan sekä modulaation. modulaation.

VuoronvarausVuoronvaraus

• 802.11-verkoissa käytetään 802.11-verkoissa käytetään CSMA/CA-vuoronvarausta (Carrier CSMA/CA-vuoronvarausta (Carrier Sense Multiple Access/Collision Sense Multiple Access/Collision Avoidance). Avoidance).

• CSMA/CD-vuoronvarausta ei voida CSMA/CD-vuoronvarausta ei voida käyttää, koska verkossa syntyisi käyttää, koska verkossa syntyisi paljon törmäyksiä.paljon törmäyksiä.

CSMA/CACSMA/CA

• CSMA/CA-vuoronvaraus antaa CSMA/CA-vuoronvaraus antaa mahdollisuuden toteuttaa virtuaalista mahdollisuuden toteuttaa virtuaalista kantoaallon kuuntelua.kantoaallon kuuntelua.

• Lähettimet pyytävät tukiasemalta Lähettimet pyytävät tukiasemalta lähetysvuoron ennen lähetystään.lähetysvuoron ennen lähetystään.

VerkkotopologiatVerkkotopologiat

• Ad-hoc –verkkoAd-hoc –verkko

• infrastruktuuriverkkoinfrastruktuuriverkko

Ad-hocAd-hoc

• Ad-hoc -verkot soveltuvat muutaman Ad-hoc -verkot soveltuvat muutaman osapuolen väliseen tietojen vaihtamiseen. osapuolen väliseen tietojen vaihtamiseen.

• Ad-hoc –verkkoja tarvitaan laitteissa, Ad-hoc –verkkoja tarvitaan laitteissa, joissa ei ole tarvetta suuren tietoverkon joissa ei ole tarvetta suuren tietoverkon sisällölle. sisällölle.

• Ei tukiasemiaEi tukiasemia

• Luodaan yleensä hetkelliseen tarpeeseenLuodaan yleensä hetkelliseen tarpeeseen

Independent Basic Service Independent Basic Service SetSet

InfrastruktuuriverkotInfrastruktuuriverkot

• Asiakas/palvelin –toteutusAsiakas/palvelin –toteutus

• Tukiasema toimii palvelimenaTukiasema toimii palvelimena

• Asiakkaiden välinen liikenne Asiakkaiden välinen liikenne tukiaseman kauttatukiaseman kautta

• Tukiasemia voi olla useita, jolloin ne Tukiasemia voi olla useita, jolloin ne muodostavat runkoverkonmuodostavat runkoverkon

Extended Service SetExtended Service Set

SoluverkkoSoluverkko

• Useita limittäisiä verkkosolujaUseita limittäisiä verkkosoluja

• Kattaa yleensä tasaisesti koko Kattaa yleensä tasaisesti koko verkon ääriviivojen sisäisen alueenverkon ääriviivojen sisäisen alueen

• Esimerkiksi matkapuhelinverkotEsimerkiksi matkapuhelinverkot

RoamingRoaming

• Soluverkoissa solusta toiseen Soluverkoissa solusta toiseen siirrytään yhteyden katkeamattasiirrytään yhteyden katkeamatta

• Roaming solujen välillä tapahtuu siten, Roaming solujen välillä tapahtuu siten, että langaton verkkolaite haistelee että langaton verkkolaite haistelee jatkuvasti verkon tukiasemia. jatkuvasti verkon tukiasemia.

• Havaitessaan paremman yhteyden, Havaitessaan paremman yhteyden, siirtyy laite käyttämään kyseistä siirtyy laite käyttämään kyseistä tukiasemaa.tukiasemaa.

Hajaspektritekniikat Hajaspektritekniikat

• Radiolähetys hajautetaan Radiolähetys hajautetaan kantoaallon molemmille puolillekantoaallon molemmille puolille

• Tiedonsiirto näyttää pelkältä Tiedonsiirto näyttää pelkältä taustakohinalta taustakohinalta

DSSS (Direct Sequence Spread DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)Spectrum)

• Bittijono hajautetaan laajemmalle Bittijono hajautetaan laajemmalle taajuusalueelle ja lähetetään taajuusalueelle ja lähetetään rinnakkainrinnakkain

• Barker- sekä CCK-hajautus Barker- sekä CCK-hajautus

• Signaalit lähetetään tiettyä Signaalit lähetetään tiettyä taajuuskaistaa käyttäen. taajuuskaistaa käyttäen.

• DSSS avulla saavutetaan suurempi DSSS avulla saavutetaan suurempi siirtonopeus kuin FHSS avulla siirtonopeus kuin FHSS avulla

Barker-hajautusBarker-hajautus

Suomessa käytettävät Suomessa käytettävät kanavatkanavat

Kanavat toimivat 2,4 – 2,485 GHz Kanavat toimivat 2,4 – 2,485 GHz taajuusalueella ja ne on jaettu 5 MHz taajuusalueella ja ne on jaettu 5 MHz välein (Suomessa 13)välein (Suomessa 13)

FHSS (Frequency Hopping FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)Spread Spectrum)

• Signaali pilkotaan ja se lähetetään Signaali pilkotaan ja se lähetetään yhdellä taajuudella kerrallaan yhdellä taajuudella kerrallaan vaihdellen taajuuttavaihdellen taajuutta

• 2,4 GHz kaistalla on Suomessa 2,4 GHz kaistalla on Suomessa käytössä 79 kanavaakäytössä 79 kanavaa

• Euroopan alueella käytetään kolmea Euroopan alueella käytetään kolmea hyppyryhmäähyppyryhmää

• DSSS parempi häiriönsietokykyDSSS parempi häiriönsietokyky

FHSSFHSS

Lähetystaajuutta vaihdetaan vähintään 400 Lähetystaajuutta vaihdetaan vähintään 400 ms välein ja hypyn on tapahduttava ms välein ja hypyn on tapahduttava vähintään 6 MHz päähän edellisestä vähintään 6 MHz päähän edellisestä kanavasta kanavasta

OFDM (Orthogonal Frequency OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Division Multiplexing)

• Data siirretään lukuisilla toisiaan Data siirretään lukuisilla toisiaan häiritsemättömillä taajuuskanavilla häiritsemättömillä taajuuskanavilla (alikanavat) yhtä aikaa(alikanavat) yhtä aikaa

• Sietää hyvin häiriöitä ja hyödyntää Sietää hyvin häiriöitä ja hyödyntää koko taajuuskaistan spektrin koko taajuuskaistan spektrin tehokkaasti tehokkaasti

OFDMOFDM

Alikanavien Alikanavien välissä ei käytetä välissä ei käytetä varokaistaa, vaan varokaistaa, vaan kanavien kanavien taajuusspektrit taajuusspektrit valitaan siten, että valitaan siten, että kunkin kanavan kunkin kanavan keskitaajuudella keskitaajuudella muiden kanavien muiden kanavien spektri on nolla spektri on nolla

Standardit ja niiden käyttämät Standardit ja niiden käyttämät hajaspektritekniikathajaspektritekniikat

• 802.11 – FHSS, DSSS802.11 – FHSS, DSSS

• 802.11b – DSSS802.11b – DSSS

• 802.11a – OFDM802.11a – OFDM

• 802.11g - OFDM802.11g - OFDM

StandardStandarditit

StandardStandardii

BittinopeuBittinopeuss

HajotusHajotus ModulaatiModulaatioo

802.11,802.11,

802.11b802.11bDSSSDSSS 1 Mbps1 Mbps BarkerBarker DBPSKDBPSK

802.11,802.11,

802.11b802.11bDSSSDSSS 2 Mbps2 Mbps BarkerBarker DQPSKDQPSK

802.11b802.11b DSSSDSSS 5,5 Mbps5,5 Mbps CCKCCK DQPSKDQPSK

802.11b802.11b DSSSDSSS 11 Mbps11 Mbps CCKCCK DQPSKDQPSK

StandardiStandardi BittinopeuBittinopeuss

ModulaatioModulaatio Bittejä per Bittejä per kantoaaltokantoaalto

OFDMOFDM 66 BPSKBPSK 11

OFDMOFDM 99 BPSKBPSK 11

OFDMOFDM 1212 QPSKQPSK 22

OFDMOFDM 1818 QPSKQPSK 22

OFDMOFDM 2424 16-QAM16-QAM 44




WLAN-standarditWLAN-standardit

• IEEE:n LMSG –työryhmä (LAN/MAN IEEE:n LMSG –työryhmä (LAN/MAN Standardization Group) aloitti Standardization Group) aloitti langattoman verkkotekniikan langattoman verkkotekniikan standardin kehittämisen vuonna standardin kehittämisen vuonna 19901990

• OSI-mallin fyysisen kerroksen ja OSI-mallin fyysisen kerroksen ja siirtokerroksen alemman osansiirtokerroksen alemman osan

802.11802.11

• Julkaistu 26.7.1997 Julkaistu 26.7.1997

• 2,4 GHz 2,4 GHz

• 2 Mbps2 Mbps

• Kantomatka noin 50-300 metriäKantomatka noin 50-300 metriä

802.11b802.11b

• Julkaistu 1999 parantamaan Julkaistu 1999 parantamaan tiedonsiirron nopeutta tiedonsiirron nopeutta

• 2.4 GHz 2.4 GHz

• 11 Mbps 11 Mbps

• Kantomatka noin 50-300 metriäKantomatka noin 50-300 metriä

802.11a802.11a

• Julkaistu 1999 Julkaistu 1999 • Mahdollistaa useamman kaistan käytön Mahdollistaa useamman kaistan käytön

nopeamman tiedonsiirron nopeamman tiedonsiirron saavuttamiseksisaavuttamiseksi

• 5 GHz 5 GHz • 54 Mbps 54 Mbps • Kantama noin 50-300 metriäKantama noin 50-300 metriä• 5 GHz taajuuskaista monissa maissa 5 GHz taajuuskaista monissa maissa

varattu muuhun käyttöön varattu muuhun käyttöön

802.11g802.11g

• Julkaistu 2003Julkaistu 2003

• 2,4 GHz 2,4 GHz

• 54 Mbps 54 Mbps

• Kantama noin 50-300 metriäKantama noin 50-300 metriä

802.11n802.11n

• Nostaa 802.11a- ja 802.11g–Nostaa 802.11a- ja 802.11g–standardien tiedonsiirtonopeuttastandardien tiedonsiirtonopeutta

• 250 Mbps250 Mbps

• Tavoitteena nykyisiä verkkoja Tavoitteena nykyisiä verkkoja pidempi toimintaetäisyys pidempi toimintaetäisyys

Standardi Standardi 802.11 802.11 802.11802.11b b

802.11802.11a a

802.11g 802.11g 802.11802.11n n

TeoreettinenTeoreettinen

siirtonopeus siirtonopeus

1 Mbps1 Mbps

2 Mbps 2 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 11 Mbps11 Mbps

54 Mbps 54 Mbps ArvioArvio

250+250+

Mbps Mbps

Käyttötaajuus Käyttötaajuus 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz 5 GHz 5 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz2,4 GHz

5 GHz 5 GHz

YhteensopivuuYhteensopivuus s

802.11g802.11g

802.11n 802.11n 802.11n 802.11n 802.11b802.11b

802.11n 802.11n 802.11a,802.11a,

802.11b,802.11b,

802.11g 802.11g

EIRP-teho (FIN) EIRP-teho (FIN) 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 200 mW 200 mW 100 mW 100 mW

KäyttökohteetKäyttökohteet

(FIN) (FIN)

Sisä- ja Sisä- ja ulkotiloissulkotiloissa a


Vain Vain sisätiloissisätiloissa sa


Kanavia Kanavia yhteensä yhteensä

14 14 14 14 12 12 12 12

Muut standarditMuut standardit

• 802.11e mahdollistaa QoS–802.11e mahdollistaa QoS–palveluiden käytönpalveluiden käytön

• 802.11h on kehitysversio 802.11h on kehitysversio standardista 802.11astandardista 802.11a

• 802.11i parantaa langattomien 802.11i parantaa langattomien verkkojen turvallisuuttaverkkojen turvallisuutta

Verkon toteutusVerkon toteutus

• Vaatimusten määrittelyVaatimusten määrittely

• VerkkosuunnitelmaVerkkosuunnitelma

• KatselmusKatselmus

• AsennusAsennus

• Toiminnan varmistusToiminnan varmistus

HiperLAN HiperLAN

• HiperLAN/1 1998HiperLAN/1 1998

• HiperLAN/2 2000HiperLAN/2 2000

• 5 GHz 5 GHz

• 54 Mbps 54 Mbps

BluetoothBluetooth

• 2,4 GHz 2,4 GHz

• Toimintasäde vaihtelee Toimintasäde vaihtelee lähetystehosta riippuen metristä noin lähetystehosta riippuen metristä noin sataan metriin sataan metriin

• point-to-point point-to-point

• point-to-multipoint point-to-multipoint

NMT-taajuuksien NMT-taajuuksien uusiokäyttö uusiokäyttö

• 450 MHz 450 MHz

• flash OFDM flash OFDM

YhteenvetoYhteenveto

• WLAN saavuttanut kansainvälisesti WLAN saavuttanut kansainvälisesti vahvan asemanvahvan aseman

• Kehitetään jatkuvastiKehitetään jatkuvasti

• Tuki monissa laitteissaTuki monissa laitteissa

• Akku, liikkuvuusAkku, liikkuvuus

langattomat lähiverkot

Documents