SZÉLESSÁVÚ ADATÁTVITEL RÁDIÓS HOZZÁFÉRÉSI ESZKÖZÖKKEL (RLAN, WiFi, WMAN, WiMAX,...) fő forrás: www.nhh.hu Takács György 7. Előadás WPAN (Wireless Personal Access Network, Rádiós személyi hozzáférési hálózat) Személyi eszközök közötti rövidtávú átviteli összeköttetés. Jellegzetes átviteli távolság: 10 m vagy kisebb. Jellegzetes szabvány: IEEE 802.15. Jellegzetes megoldás: Bluetooth 1 2 3 RLAN (Radio LAN, Rádiós helyi hálózat más néven WLAN) LAN rendszer rádiós megoldása. Jellegzetes átviteli távolság: 150 m vagy kisebb. LAN (Local Area Network, Helyi hálózat) -- Egymás közelébe telepített számítógépek együttes működését biztosító távközlő hálózat. WiFi (Wireless Fidelity) -- Olyan RLAN kereskedelmi neve, ami az IEEE 802.11 szabványnak felel meg és a 2,4 GHz-es sávban (2400 2483,5 MHz) működik. WAN (Wireless Access Network, Rádiós hozzáférési hálózat) Nagy területű (tipikusan országos) mobilitást biztosító hozzáférési hálózat. Ide tartoznak a mobil rádiótelefon rendszerek, valamint a WiMAX egyik szabvány-hátterének jelenleg folyamatban lévő továbbfejlesztése, az IEEE 802.16e szabvány. Jellegzetes lefedés: bolyongási lehetőség következtében országos hatáskörű. WMAN (Wireless MAN, Rádiós MAN) MAN rendszer rádiós megoldása. MAN (Metropolitan Area Network, Városi hálózat): Olyan számítógépes hálózat, amelynek lefedési területe egy nagyváros méretével összevethető. WMAN-t megvalósító szabványok: IEEE 802.16, valamint ETSI HiperMAN Mindkét szabványnak van olyan alesete, ami nem elégíti ki a WiMAX követelményeket (pl. IEEE 802.16a) és van olyan alesete, ami teljesíti a WiMAX-profil előírásait Jellegzetes átviteli távolság: 50 km vagy nagyob 4 5 6 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access Világméretben csereszabatos mikrohullámú hozzáférés) A szabályozás frekvenciasávjai Olyan WMAN, amire a csereszabatosságot biztosító u.n. WiMAXprofil teljesül, és a kijelölt laboratórium tanúsítványt ad. Az IEEE 801.16d, IEEE 801.16-2004 és IEEE 802.18e szabványoknak megfelelő berendezéseknél megvan annak a lehetősége, hogy teljesítsék a WiMAX-profil előírásokat Az ETSI HiperMAN szabványnak is van olyan opciója, ami lehetővé teszi a WiMAX követelmények teljesítését. WiMAX-profil -- Azon járulékos tulajdonságok együttese, amelyekkel valamely WMAN rendszernek rendelkeznie kell, hogy teljesítse a WiMAX minősítéshez szükséges műszaki feltételeket. A WiMAX-profil paramétereit a WiMAX Fórum nemzetközi szervezet határozza meg. 2,4 GHz-es sáv 2400 2483,5 MHz; 5,2 GHz-es sáv 5150 5350 MHz; 5,6 GHz-es sáv 5470 5725 MHz. Tájékoztató jelleggel a jövőbeli WiMAX típusú szélessávú hozzáférési rendszerek az alábbi frekvenciasávokban: 3,5 GHz-es sáv 3410 3494 / 3510 3594 MHz; 5,8 GHz-es sáv 5725 5875 MHz. 7 8 9
The IEEE 802.11 Wireless LAN Standard 802. 11 a 5GHz, 54 Mbps 802. 11 b 2,4 GHz, 11Mbps 802. 11 d Multiple regulatory domains 802. 11 e Quality of Service (QoS) for Voice and Video over W-LAN 802. 11 f Inter-Access Point Protocol (IAPP) 802. 11 g 2,4 GHz 54 Mbps 802. 11 h Dynamic Frequency Selection (DFS) and Transmit Power Control (TPC) 802.11 i Security 802. 11 j Japan 5GHz channels (4,9-5,1 GHz) 802. 11 k Measurement 802. 11 m Maintenance 802. 11 n High speed Ki találta fel a leglényegesebb elemeket? 10 11 12 Egyedi engedélyezési kötelezettség alól mentesített rádióalkalmazások: Olyan rádióalkalmazások, amelyek a használt állomásokra, ill. összeköttetésekre vonatkozóan nem igényelnek frekvenciakijelölési határozatot, rádióengedélyt, hatósági regisztrációt. Az egyedi engedélyezési kötelezettség alóli mentesség egyúttal a frekvenciadíj alóli mentességet is jelenti. 13 14 15 Szolgáltatási nyilvántartás kötelezettsége: Amennyiben valamely rádióösszeköttetés szolgáltatási célt szolgál, akkor ezen szolgáltatást csak olyan (természetes vagy jogi) személy, ill. jogi személyiséggel nem rendelkező gazdasági társaság végezheti, aki (ami) az NHH-nál az adott szolgáltatás végzésére bejegyzést nyert. Szolgáltatási-bejelentés abban az esetben is kötelező, ha az adott rádióalkalmazás a rádióengedély szempontjából mentes az egyedi engedélyezés kötelezettsége alól. A szolgáltatási bejelentés kötelezettsége független a technikai megoldástól, tehát valamennyi frekvenciasávban vonatkozik a szolgáltatás végzésére. Berendezés típus nyilvántartásba vételének kötelezettsége (ill. mentessége): A Magyarországon használt szélessávú adatátviteli berendezéseket általában hatósági típusnyilvántartásba kell venni. Egy szűk kategóriája van a berendezéseknek, amelyek mentességet kapnak a hatósági nyilvántartásba vétel alól. A mentesítés feltételeit az Európai Unió (EU) határozta meg. A típus nyilvántartásba vétele alól azok a berendezés típusok mentesek, amelyek az EU által meghatározott u.n. harmonizált frekvenciasávokban működnek és betartják a harmonizált működés feltételeit. 16 17 18
Rádiószolgálati/rádióalkalmazási prioritás: A Nemzetközi Rádiószabályzat a rádiószolgálatokat, ill. rádióalkalmazásokat zavartatási és interferenciavédettségi szempontból prioritási kategóriákba sorolja. A rádiós hozzáférési eszközök szabályozása megfelel a Nemzetközi Rádiószabályzat követelményeinek. Rádiós hozzáférési eszközöknél elsődleges és harmadlagos prioritás van (ezekre az eszközökre másodlagos prioritási kategória nem alkalmazható). A Frekvenciasávok Nemzeti Felosztási Táblázatát (FNFT) elrendelő kormányrendelet az alábbi módon definiálja az elsődleges és harmadlagos prioritást. Az elsődleges rádiószolgálat állomása: a) nem okozhat káros zavarást az azonos vagy más elsődleges rádiószolgálat(ok) olyan rádióállomásainak, amelyek részére a frekvenciákat korábban már kijelölték; b) nem tarthat igényt védelemre az azonos vagy más elsődleges rádiószolgálat(ok) olyan rádióállomásai által okozott káros zavarásokkal szemben, amelyek részére a frekvenciákat már korábban kijelölték. A harmadlagos rádióalkalmazások rádióállomásai: a) nem okozhat káros zavarást az elsődleges és másodlagos rádiószolgálat rádióállomásainak; b) nem tarthat igényt védelemre más rádióállomások által okozott káros zavarásokkal szemben. 2,4 GHz-es sávú RLAN használat Frekvenciasáv: 2400 2483,5 MHz a) A sáv általános használata és zavarviszonyai A sávot kijelölték ipari, tudományos és orvosi eszközök működtetésére. Az ipari használat jellegzetes példája az a nagyszámú háztartási mikrohullámú sütő, ami a 2,4 GHz-es sávban működik. Az ipari berendezések mikrohullámú zavarkisugárzása a sávhasználat alapvető meghatározója. A 2,4 GHz-es sávot kijelölték továbbá kis hatótávolságú eszközök (távirányítók, riasztók, stb.) működtetésére. Ezek az eszközök tovább növelik a nem ellenőrizhető zavarszintet. Ebben a kisugárzásokkal erősen terhelt frekvenciasávban megengedett a kis hatótávolságú rádiótávközlés is. Tudatában kell azonban lenni annak, hogy a távközlő eszközök működtetése során mindig lehet zavaró interferenciára számítani. A távközlési sávhasználat prioritási foka harmadlagos. Ez azt jelenti, hogy a berendezések nem tarthatnak igényt interferencia-védelemre más eszközök zavarásával szemben. A 2,4 GHz-es távközlés az egyszerűség és könnyű megvalósíthatóság miatt népszerű. Az elterjedt használat és az állomások nagy száma következtében mostanra már a 2,4 GHz-es távközlési összeköttetések kölcsönös egymásra hatása vált a zavarok elsődleges okozójává. 19 20 21 A 2,4 GHz-es sáv távközlési használata A sávhasználatot meghatározó műszaki szabályozás csak a kötelezően betartandó teljesítményszinteket limitálja, az alkalmazott technológiára nem tesz megkötést, tehát technológia-semleges. Az előírások betartása mellett bármilyen rádiótávközlési átviteli alkalmazás megvalósítható. A teljesítmény-korlátozási előírásból adódóan a 2,4 GHz-es távközlési alkalmazások általában 150 m-nél kisebb távolságú átvitelre használhatók előnyösen. Jellegzetes alkalmazások: Bluetooth (6. függelék), általában 10 m-nél kisebb távolságra; HomeRF, általában 50 m-nél kisebb távolságra; WiFi, az RLAN egy jellegzetes megoldása, amelyik az IEEE 802.11 szabvány előírásainak tesz eleget (6. függelék), általában 150 m-nél kisebb távolságra. A 2,4 GHz-es RLAN-ok előnyösen épületeken belüli hozzáférési rendszerekhez használható. Külső téri RLAN (azaz ORLAN) nincs ugyan tiltva, de műszakilag rendkívül előnytelen ebben a frekvenciasávban (a CEPT deklarációja szerint nem rendeltetésszerű rádióhasználatnak minősíthető). Külső téri átvitelre az 5470 5725 MHz sávú ORLAN és WMAN eszközök javasolhatók. A 2400 2483,5 MHz es sávban használt rádióállomások üzemeltetési feltételei: EIRP maximum 100 mw Spektrális teljesítmény sűrűség FHSS esetén: max. -10 dbw/100 khz, FHSS-től eltérő rendszer esetén: max. -20 dbw/1 MHz, Berendezésre meghatározott adatsebesség: min. 250 kbit/s, Antenna: integrált (nincs antenna-csatlakozó), vagy dedikált (a berendezés tartozékát képező külső antenna) A műszaki specifikáció technológia-semleges. Sokfajta különböző szabványnak eleget tevő berendezés kielégíti a műszaki specifikációt, így a Bluetooth, HomeRF és WiFi is. 22 23 24 Az igen elterjedt WiFi a IEEE 802.11 szabvány előírásait teljesíti. Ebben a szabványban a csatornaosztás definiálva van A 2454 2483,5 MHz-es sávban az alacsony teljesítményjellemzők mellett harmonizált sávú a működés, de egy bizonyos teljesítményszint fölött nem harmonizált sávú működés definiálandó. A harmonizált és nem-harmonizált működési tartományt elválasztó teljesítmények: EIRP: 10 mw Teljesítménysűrűség FHSS esetén: -20 dbw/100 khz FHSS-től eltérő rendszer esetén: -30 dbw/1 MHz A harmonizáltság akkor teljesül, ha mindkét teljesítménytípusú mennyiség a saját elválasztó értéke alatt marad. 25 26 27
Media Access Control (MAC) MAC is mandatory for all stations MAC is to assemble data into a frame including local address and error detection field MAC checks the frame address, perform error correction on the frame, disassemble the frame and passes it to the Logical Link Control. The LLC identifies higher layer programs to handle the data and provides and interface to these higher-layer programs while perform flow and error control. 28 Collision Avoidance Approach The access method differs from the wired Ethernet s CSMA/CD (Carrier Sensing Media Access and Collision Detection) operation. 802.11 networks use a collision avoidance approach (CSMA/CA) Collisions are avoided rather than detected. This avoidance approach requires each station to listen for transmission from the others. If the channel is idle, this indicates that no one else is currently transmitting and thus the station can now transmit. 29 Timing and Power All station clocks within a BSS are synchronized by means of the periodic transmission of a time stamped beacon signal received from the APs. Stations employ two power-saving modes: the awake and doze modes. In the awake mode, stations are fully powered and can receive packets at any time. Stations must inform the AP before entering the doze mode. In the doze mode, stations cannot receive packets. Each stations wake up periodically to listen for bacon signals to indicate whether the AP have messages for it. 30 Beaconing Every 100 ms, all APs send out a 50 byte frame containing an ID for its specific WLAN and a time stamp that is used by all stations that intend to access the network and transmit through a wireless AP. The time stamp is used to synchronize each station s local clock. The beacon message includes the speeds supported by the AP and the supported modulation technique. The User Stations listen to all the beacons received on every channel from a number of APs in the building and choose the one that has the strongest signal. 31 Sending Station Two Way Access and Transmission Sequence (It is not uncommon for transmitted frames not to be successfully received due to the errors in the over-the-air transmission and competing signals.) Data Transfer Acknowledgement of Transfer Data Transfer Acknowledgement of Transfer Receiving Access Point 32 Sending Station Four Way Access and Transmission Sequence (used to further ensure transmission reliability) Request to Send Clear to Send Data Transfer Acknowledgement of Transfer Receiving Access Point Request to send message containing a source address, destination address, duration of the transaction Clear to send message containing the same information or a denial message 33 Media Access Methods for Control of Access to the Network 1. The distributed access control where each mobile unit makes access decision independently 2. The centralised decision making (polling) approach where a central access protocol controls which stations can access the network by means of a centralized polling mechanism The distributed Access and Avoidance Method Each station implements the DCF protocol as the means of determining whether there is competing traffic to the AP, which must be avoided. Thus avoidance is the approach 802.11 devices pursue, which is facilitated with the DCF protocol. Distributed Coordination Function (DCF) Inter-frame Space IFS Back-off time 34 35 36
The Point (Centralized) Control Function The MAC Frame Format The MAC Frame Fields Stations can communicate their need for a special service to a centralized coordination function, identifying themselves as one of the special point control function (PCF) stations. Stations must be necessity cycle between PCF mode and DCF mode to ensure that timesensitive transmission doesn t block out all other types of transmissions and other users. The MAC header contains protocol and control information, the destination and source hardware address, and a cyclic redundancy check for error detection and correction The 802.11 protocol version The 802.11 frame type (control frame, management frame, or containing user s data) Data whether destined or leaving the DS Indicator whether or not more frames are follow present frame An indicator that specifies whether the present frame is a retransmission of a previously lost or damaged frame. Duration and connection ID, Sequence control number, Source and destination hardware address. 37 38 39 The Logical Link Control Fields Th LLC is common to all 802 networks. It provides for connectionless unacknowledged, connectionless acknowledged, and connection oriented networks. Contain the destination and source service APs. Provide for the acknowledgement of each frame. There is no flow or error control mechanism beyond the CRC field. Each datagram contained in a MAC frame is acknowledged. 3,5 GHz-es sávú WMAN és WiMAX használat Frekvenciasávok: 3410 3494 MHz és 3510 3594 MHz A sávhasználat szabályai A 3,5 GHz-es frekvenciasáv állandó és változó telephelyű ponttöbbpont struktúrájú digitális rádiórendszerek céljára használható. A pont-többpont rendszer terminál állomásai jelen esetben csakis végfelhasználói terminálok lehetnek. A frekvenciasáv nem használható mobil infrastruktúra céljára, tehát mobil távközlő rendszerek (pl. mobil telefon rendszerek, vagy RLAN hálózatok) bázisállomásait ilyen módon nem szabad összekapcsolni más állomásokkal a mobil távközlő rendszer működtetése végett. A 3,5 GHz-es sáv FDD használatú, 5 darab kétirányú (duplex) blokkra van felosztva. Az egyenként 14 MHz-es sávszélességű blokkok között 3,5 MHz-es szélességű szétválasztás van 40 41 42 A sáv szabályozási státusza A pont-többpont rendszerek központi állomásai egyedi engedélyeztetésre kötelezettek. A frekvenciahasználati jogosultsággal rendelkezők a központi állomásokat egyedi rádióengedély birtokában üzemeltethetik. Ugyancsak egyedi engedélyre kötelezett az átjátszó állomások üzemeltetése. A p- mp rendszerek terminál állomásai nem engedély-kötelezettek és bejelentésre, nyilvántartásba vételre sincsenek kötelezve. (2) A 3,5 GHz-es sávú pont-többpont állomások az állandóhelyű rádiószolgálat keretében működnek, a rádióalkalmazási prioritás elsődleges. Ez nem csak fix telepítésű, hanem hordozható (portabilis) terminálokra is érvényes, amelyekre azért állandó helyűek, mert működés közben nem mozognak. Hordozható terminálokkal u.n. nomadikus hozzáférés valósítható meg. 43 WMAN és WiMAX a 3,5 GHz-es sávban A 3,5 GHz-es pont-többpont rádióstruktúra használata technológia-független. Így lehetőség van arra is, hogy a p-mp hálózatok az IEEE 802.16 szabvány, illetve az ETSI HiperMAN szabvány szerint valósuljanak meg. Ilyen módon a 3,5 GHz-es sávban a jogosultak WMAN hálózatokat is létrehozhatnak. A 3,5 GHz-es sáv WiMAX-sávként van deklarálva. A profilkövetelmények teljesülése esetén WiMAX is létrehozható. A 3,5 GHz-es WMAN és WiMAX működés csakis FDD duplexitású lehet. Minthogy a 3,5 GHz-es sáv engedélyköteles, ezért az itt megvalósított WMAN és WiMAX hálózatok is engedély kötelesek. Éppen ebben rejlik a 3,5 GHz-es WiMAX használat nagy jelentősége. Minőségi garancia ugyanis szabad hozzáférésű sávra nem biztosítható, ehhez engedélyköteles frekvenciasávra van szükség. A 3,5 GHz-es WiMAX rendszerek egyaránt lehetnek fixen telepítettek, vagy nomadikusak 44 45
Five steps to setting up your Wi-Fi network: Step 1 Planning Planning (2) Step 1 Planning Step 2 Equipment Selection Step 3 Set Up Step 4 Adding Wi-Fi to Desktop Computers Step 5 Security Wi-Fi devices "connect" to each other by transmitting and receiving signals on a specific frequency of the radio band. Your components can connect to each other directly (this is called "peer-to-peer") or through a gateway or access point. When you create your Wi-Fi network it will consist of two basic components: Wi-Fi radios and access points or gateways. Wi-Fi networks, like wired networks, are a shared medium. An 802.11b Wi-Fi network may provide 11 Mbps of bandwidth to an individual user. Theoretically, if ten users are simultaneously using the network, each will have to share and may only get 1 Mbps or so each. However, network sharing is not quite this simple. A lot depends on the users' behaviors. A typical Wi-Fi access point can support some 15 to 20 users, so most homes and small offices need only a single access point. However, if you have a very large dwelling (or house) or if your office is spread out, you may need more. How far will your WLAN go? A basic rule of thumb is 100 to 300 feet indoors and 2000 feet outdoors. Typical users (Sending e-mail, surfing the Internet and occasionally saving and retrieving large files). Solution = single access point More demanding users (Transferring very large files often, access and use streaming video). Solution = multiple access points clustered together using different channels Large working area (In excess of 300 feet as in a warehouse or large open office). Solution = multiple access points spread out 46 47 48 Step 2 Equipment Selection Types of Equipment PC Card Radio Mini-PCI Modules and Embedded Radios USB Adapters PCI and ISA Bus Adapters Compact Flash and Other Small-Client Formats Access Points and Gateways printers, scanners, cameras, video monitors, settop boxes and other peripheral equipment Equipment Selection (2) There are two types of Wi-Fi wireless base stations: a gateway and an access point. However, the distinctions between the two are not always clear, in part because the functions they perform can overlap. Even more confusing, many wired devices and other home Internet appliances also call themselves gateways. A wireless gateway is targeted toward a totally wireless home or small-office environment; an access point is targeted toward a more integrated combined Ethernet and wireless environment -- usually larger businesses, campuses, or corporations. Gateways and access points can also differ regarding their capacity to perform security functions, provide firewall protection, and manage network traffic and tasks. Equipment Selection (3) Gateways often include NAT (Network Address Translation) routing and DHCP (Dynamic Host Control Protocol) services. These create and provide the individual IP addresses all the wireless (and wired) clients need to function in a network and also enable a single Wi-Fi gateway to simultaneously provide Internet access to numerous users from a single shared Internet connection. Gateways may also include other applications and features such as encryption and security, VPN, firewall, and Voice over Internet Protocol (VoIP). 49 50 51 Step 3 Set Up Step 4 Adding Wi-Fi to Desktop Computers Step 5 Security 1. Count Your Computers 2. Pick out the Right Kind of Wi-Fi Radios for Your Computers 3. Decide Between a Wi-Fi Gateway or Access Point 4. Get the Right Wi-Fi Radio and Accessories 5. Read the Installation Instructions 6. Read the Instructions Again 7. Install Your Access Point or Gateway First 8. Install the First Wi-Fi Radio Device 9. Configure the Access Point 10. Connect the Rest of Your Computers and the Printer You should look in your specific product manual for the correct procedure to follow. USB Radio Installation PCI Adapter Installation Is a USB or a PCI Solution Better For You? Most USB and PCI solutions cost about the same. And if they're Wi-Fi CERTIFIED, you know they have been rigorously tested by the Wi-Fi Alliance. So which should you choose? Because a Wi-Fi USB adapter is "plug and play," you don't need to be a technical guru to install and configure it Deploy WPA (Wi-Fi Protected Access ) or WPA2 Change Your Default Password Close Your Network (If Possible) Change Your Network Name Move Your Access Point Use MAC Control Tables Other Simple Solutions Use a VPN (Virtual Private Network) 52 53 54