Hálózati architektúrák és rendszerek

Átírás

1 Hálózati architektúrák és rendszerek Hozzáférési hálózatok Szélessávú vezetéknélküli elérés (BWA Broadband Wireless Access) 3. ea. WMAN-ok 1

2 A tárgy felépítése (1) Lokális hálózatok. Az IEEE architektúra. Ethernet Csomagkapcsolt hálózatok IP-komm. Az Internet Végpontok közötti kapcsolat, transzport-prot., TCP, UDP A TCP/IP protokoll-család. Alkalmazási példa: VoIP Áramkörkapcsolt hálózatok PSTN, ISDN, 2. generációs cellás mobil-rendszerek Kapcsolat-orientált hálózatok SDH Synchronous Digital Hierarchy ATM Asynchronous Transfer Mode MPLS Multi-Protocol Label Switching 3. generációs mobil rendszerek Optikai kommunikáció Alapok Wavelength routing és csomagkapcsolás 2

3 A tárgy felépítése (2) Hozzáférési hálózatok: xdsl FTTx, xpon CATV Szélesávú vezetéknélküli hozzáférés (BWA Broadband Wireless Access) Áttekintés PAN, Bluetooth WiFi WiMAX Újgenerációs hálózatok (NGN Next Generation Networks) A távközlési megközelítés NGN a mobil világban: 4G vagy B3G (Beyond-3G) Tervezési kérdések Összefoglalás, tartalék 3

4 BWA: Wireless MAN Az IEEE /ETSI HiperMAN szabványokon alapuló megoldások 4

5 IEEE WiMAX WiMAX = WiMAX Forum WiMAX Forum: Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum A WiMAX Forum munkájának alapja az IEEE és az ETSI HiperMAN szabványok WiMAX Forum: Kompatibilitás a szabvánnyal tanúsítványt ad ki Együttműködési (interoperability) tesztek és tanúsítás A Wireless MAN szabványok és megoldások propagálása A WMAN-ok terjesztésének előmozdítása, a szabályozó szervezetek befolyásolásával WiMAX és /HiperMAN szinonímaként használják, tehát a WiMAX-ot a rendszertechnika megjelölésére is 5

6 Szélessávú vezetéknélküli hozzáférési technikák: összehasonlítás 6

7 WLAN <-> WMAN Typical max. coverage Optimisation WLAN Inferior to 100 m For indoor short range spaces WiMAX 12 ~ 15 km (LOS), 1~2 km (NLOS) For NLOS environments (2-11 GHz band). Supports advanced antenna techniques Scalability LAN application. The number of users can vary between one to several tens, with a subscriber per CPE Efficient support of hundreds of SSs with a limited number of users per SS. Flexible bandwidth channels ranging MHz. Bit Rate QoS Maximum spectral efficiency 2,7 b/s/hz. 54 Mb/s in 20 MHz channels. Without QoS support Maximum spectral efficiency 5 b/s/hz. 100 Mb/s in 20 MHz. channels Native MAC QoS support. Service differentiation levels 7

8 Alkalmazások (1): WiMAX & WiFi kombinációja a hatótávolság növelése céljából WiMAX beltéri lefedés WiMAX Base Station WiMAX SS with WiFi WiMAX kültéri lefedés WiMAX SS WiFi-vel Dedikált WiMAX SS WiFi kiterjesztés 8

9 Alkalmazások (2): WiMAX backhaul WiFi Hot-Spot-ok számára WiMAX Base Station WiMAX lefedés WiFi Hot-Spot-ok 9

10 Alkalmazások (3): Self-backhauling WiMAX SS Core Network WiMAX SN Backhaul WiMAX Base Station (SC) WiMAX SS WiMAX lefedés 10

11 4 Alkalmazások (4): Ideiglenes telepítések Core Network Hordozható p-p mikrohullámú link és WiMAX Base Station 11

12 A WiMAX-alapú szolgáltatások piaca Elsődlegesen új piacralépők számára Speciális üzleti lehetőségek ( niche market ) az inkumbens szolgáltató számára Nincs vezetékes hálózat A meglevő vezetékes hálózati infrastruktúra nem megfelelő (sebesség, megbízhatóság stb.) Túl drága lenne kiépíteni vezetékes infrastruktúrát Gyors telepítésre van szükség Csak ideiglenes szolgáltatásra van szükség 12

13 WiMAX városi és elővárosi területeken A maradék ADSL piac ellátása (100%-os ellátottság elérésére) Hotspots - hot zones Backhaul összeköttetések (forgalomfelhordás), cellás rendszerekben is (bérelt összeköttetések kiváltása) Amikor gyors telepítésre van szükség 13

14 A WiMAX ritkán lakott területeken (1) Az ADSL versenytársa rurális területeken, ahol nehéz kiépíteni, kábel TV sincs Az inkumbens szolgáltató számára a WiMAX a DSL kiegészítő technologiája Rurális környezetben gyakran van lehetőség közvetlen rálátásos összeköttetésekre, ami egyszerűbb hálózatfelépítést és nagyobb sebességeket tesz lehetővé 14

15 A WiMAX ritkán lakott területeken (2) A WiMAX QoS képességei lehetővé teszik VoIP- és video-szolgáltatások nyújtását (az UGS: Unsolicited Grant Services alkalmazásával); míg az adatátvitel Best Effort jelleggel történhet A beszéd és a nagysebességű adatszolgáltatások mellett streaming video szolgáltatások is nyújthatók 15

16 Az IEEE család c (2002. dec.) GHz LOS 70 Mbit/s-ig, 50 km-ig a (2003. jan.) 2-11 GHz, LOS, NLOS 100 Mbit/s-ig 20 MHz-es csatornákon, 6-8 km cellasugárral b az 5 GHz engedélymentes sávban való működésre d, másnéven Magában foglalja a 16a-t és a 16c-t e (2004. szept.) mobilitás-támogatás átfedés a szal f, g (2004. aug.) hálózat-menedzsment Megj.: az ETSI HiperMAN = a részhalmaza (256 OFDM PHY) 16

17 Az IEEE.802.xx BWA-k architektúrája LLC WLAN WPAN WMAN Wireless Metro LAN Ez azt jelenti, hogy az Ethernet-hez hasonlóan MAC- és PHY-ből áll az architektúra, alrétegekkel, plusz security és management funkciók 17

18 18

19 19

20 Fizikai réteg: topológia Cellák Bázisállomás (Base Station - BS), sector controller -nek is nevezik, úgy vannak felszerelve antennákkal, hogy mindegyik egy-egy szektorban elhelyezkedő előfizetői állomásokat (subscriber stations - SS) uplink/-downlink, point-to-multipoint A mesh-topológia opcionális 20

21 Az Európában használható frekvenciasávok Frequency band [MHz] EIRP max. [W] Use for WiMAX** Licensing ,5 0,1 No No Not limited* Yes Yes Yes No ,25 Currently No No Not limited* For a Yes Not limited* For a Yes 21

22 PHY-specifikációk SC SCa OFDM OFDMA Frequency GHz 2-11 GHz 2-11 GHz 2-11 GHz Modulation QPSK, 16QAM, 64QAM BPSK, QPSK, 16QAM, QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM 64QAM, 256QAM No. of N/A N/A subcarriers Duplexing TDD, FDD TDD, FDD TDD, FDD TDD, FDD Channel Bandwith 28 MHz 1,75-20 MHz 1,75-20 MHz 1,75-20 MHz 22

23 BPSK, QPSK 23

24 16QAM 24

25 OFDM OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing 5 GHz-es ISM sávban Akár 54 Mb/s-os átviteli sebesség A frekvenciatartomány több apró szeletre osztva Az átvivendő jelet is részekre osztjuk Egyidejűleg több frekvencián (alvivőn) is átvitel, nagyobb átviteli sebesség A hagyományos FDM-ben védősávok az interferenciák elkerülésére Kevesebb lehetséges frekvenciaszelet Az OFDM-ben ortogonális frekvenciák Az egyes alvivők középfrekvenciáján a többi jel nulla értéket vesz fel Nagyon érzékeny a vevők szinkronizálására 52 frekvencia - 48 az adatoknak, 4 a szinkronizációhoz Hálózati technológiák és alkalmazások

26 OFDM 26

27 Adaptív moduláció 27

28 28

29 NLOS és LOS terjedés 29

30 LOS-NLOS-környezet 30

31 A MAC fő (új) tulajdonságai Control Plane Admission control beengedés-szabályozás: biztosítja, hogy az az új új adatfolyam ne ne rontsa a meglevők minőségét Data Plane Scheduling: traffic scheduling QoS biztosításához (traffic class) Type of of services Unsolicited Grant Services (UGS) Real-Time Polling Services (rtps) Non-Real-Time Polling Services (nrtps) Best Effort (BE) Services 31

32 Types of service UGS Unsolicited Grant Services CBR-jellegű (T1/E1 emulation, VoIP szünetdetekció nélkül) Adási jog periódikusan rtps Real Time Polling Service Szolgáltatásokhoz, amelyek változó hosszúságú csomagokat generálnak, periódikusan (MPEG video, VoIP szünetdetekcióval) Az előfizetői állomás explicit kérései alapján, amely az időtartamokat is tartalmazza nrtps Non-Real-Time Polling Service Változó hosszúságú börsztös adatátvitelre A CID-eket a bázisállomás periódikusan lekérdezi, tipikusan 1 s-onként BE Best Effort Service Web-hozzáférés Nincs átviteli vagy késleltetési garancia 32

33 MAC - CS Funkciói: PDU-k vétele a magasabb rétegektől PDU-k osztályozása Továbbítás a MAC SAP-re CS-PDU-k vétele a partnertől Két MAC-CS specifikáció ATM CS Klasszifikáció Fejrész-kompresszió SVC-k és PVC-k biztosítása Packet CS Klasszifikáció Fejrész-kompresszió Bármilyen csomag-alapú protokoll tám.: IP, PPP, 33

34 MAC - CPS A közös vezeték-nélküli csatorna használatának vezérlése BS -> SS (downlink): central control SS -> BS (uplink): igény szerinti többszörös hozzáférés; a BS vezérlésével Polling Sávszélesség-igénylés = poll/grant mechanizmus Timing mechanizmus 34

35 Mobility extension (802.16e) összehasonlítás a szal és a 3G mobil-lal Spectrum Frequency Bands Range Mobility IEEE e IEEE G (without HSDPA) Licensed Licensed Licensed Unlicensed 2-11 GHz Below 3.5 GHz Below 2.7 GHz Vehicular Speed Mobility 120 km/h Metropolitan Area Access Vehicular Speed Mobility 250 km/h Battery Station Power LOS/NLOS NLOS Latency Low Low High Roaming Local/regional Global Global Bandwidth < 5 MHz < 5 MHz < 5 MHz Vehicular Speed Mobility 120 km/h Data links High efficiency downlinks and uplinks High efficiency downlinks and uplinks Medium efficiency downlinks, low efficiency uplinks Architecture Packet oriented Packet oriented Circuit switched, evolving to packet on data downlink 35

36 MAC keretstruktúra 36

37 A downlink alkeret (subframe) 37

38 DL-MAP üzenetformátum 38

39 DL-MAP IE 39