Your SlideShare is downloading. ×
DR1.DOC
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply
0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
3,115
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
76
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu Diplomski rad Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola bežičnih lokalnih mreža Mentor: Prof. Dr. Zoran Petrović Student: Dejan Rotula 395/95 Beograd, Jul 2002.
  • 2. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Sadržaj 1. Uvod u bežične lokalne mreže 3 2. Bežični eternet: IEEE 802.11b standard 2.1. Uvod u bežični eternet 5 2.2. Opis bežičnog eterneta 5 2.2.1. Kontrola pristupa medijumu, sigurnost i struktura paketa 6 2.2.2. OSI model 7 2.2.3. Topologija bežičnog eterneta 7 2.2.4. Protokol za kontrolu pristupa MAC 8 2.2.5. CCA i Back-off algoritam 9 2.2.6. Sigurnost 11 2.2.7. Format 802.11 MAC okvira 11 2.3. Privremena MAC adresa 13 2.3.1. Uvod 13 2.3.2. Dobijanje privremene MAC adrese 13 2.3.3. Prijem okvira 14 2.3.4. Adresni prostor za privremene adrese 14 2.3.5. Dužina trajanja privremene adrese 15 2.3.6. Provera jedinstvenosti MAC adrese 16 2.4. Fizički sloj: kodovanje i modulacija 16 2.4.1. Preambula fizičkog sloja 16 2.4.2. Uvod u sisteme sa proširenim 17 2.4.3. Barkerovo kodovanje 19 2.4.4. Kodovanje u standardu za prenos sa velikom brzinom protoka 20 2.5. Grafički prikaz performansi modela 25 2.6. Prenos sistemima sa proširenim spektrom 27 2.6.1. Masejeva definicija proširenog spektra 28 2.6.2. Prošireni spektar u bežičnom eternetu 30 3. Protokol 5-UP™ za multiservisne objedinjene bežične mreže 3.1. Uvod 31 3.2. Fizički sloj standarda 802.11 32 3.3. MAC podsloj standarda 802.11 33 3.4. Ekstenzija 802.11a standarda 33 3.5. Fizički sloj protokola 5-UP 35 3.6. Ograničenja 5-UP fizičkog sloja 36 3.6.1. Kontrola frekvencije 36 3.6.2. Kontrola vremena 37 3.6.3. Kontrola snage 37 3.6.4. Kontrola uskopojasnog fejdinga i interferencije 38 -2-
  • 3. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 3.7. MAC podsloj protokola 5-UP 39 4. Arhitektura WLAN pristupne mreže za mobilne operatere 4.1. Uvod 41 4.2. Uvod u OWLAN sistem 42 4.2.1. Projektovanje 42 4.2.2. Arhitektura OWLAN sistema 42 4.3. Elementi sistema 44 4.3.1. Server potvrde verodostojnosti 45 4.3.2. Kontrolor pristupa 45 4.3.3. Tačka pristupa u WLAN 46 4.3.4. Mobilna terminalska stanica 46 4.4. Operatorski sistem 46 4.4.1. Potvrda verodostojnosti 47 4.4.2. Računovođstveni i naplatni postupak 50 4.4.3. Roaming za strane WLAN mreže 51 4.4.4. Bezbedan daljinski pristup za korporativne korisnike 52 4.5. Skalabilnost i robustnost sistema 52 5. Povezivanje protokola bežičnih mreža 802.11 i IS-856 5.1. Uvod: razlozi za povezivanje protokola 54 5.2. Pregled 802.11 arhitekture 55 5.3. Projektovanje za različite primere 55 5.4. Protokol MAC podsloja 57 5.5. Servisi distribucije i stanice 57 5.5.1. Servisi distribucije 57 5.5.2. Servisi stanice 58 5.6. Pregled arhitekture IS-856 pristupne mreže 59 5.7. Pristupna mreža i bežične stanice 59 5.8. Arhitektura pristupne mreže 60 5.9. Primer tipične IS-856 sesije 63 5.10.Primer kombinovanja IS-856 mreže sa 802.11 tačkama pristupa 63 6. Zaključak 66 Akronimi 68 Literatura 70 -3-
  • 4. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 1. Uvod u bežične lokalne mreže Bežične lokalne mreže (WLAN - Wireless Local Area Network) su komunikacioni sistem koji je nadogradnja ili alternativa u krajnjoj instanci za žičane lokalne mreže (wired LAN), jer koristi elektromagnetne talase za slanje i primanje podataka, dok je korisnik pokretan. Prednosti WLAN: • Mobilnost povećava efikasnost i servisibilnost kakva ne postoji kod žičanih LAN. • Laka i brza instalacija. • Fleksibilnost instalacije koja nije uslovljena postojećim objektima i terenom. • Smanjeni troškovi – iako su inicijalna ulaganja veća od onih kod žičanih LAN kasnije se tokom rada ti troškovi višestruko smanjuju. • Fleksibilnost upotrebe – WLAN se može konfigurisati u različitim topologijama u zavisnosti od potrebe specifičnih aplikacija i instalacija. Konfiguracije se lako menjaju i variraju od nezavisnih mreža prikladnih za mali broj korisnika do potpune mrežne infrastrukture za široko područje. Bežične lokalne mreže koriste elektromagnetne talase (radio i infracrvene) za prenos podataka sa jednog mesta na drugo, ne koristeći pritom fizičku vezu. Radio talasi se obično smatraju radio nosiocima, jer oni jednostavno obavljaju funkciju prenosa energije ka udaljenim prijemnicima. WLAN je zasnovan na IEEE 802.11 standardu (IEEE - The Institute of Electrical and Electronic Engineers). Postoje tri fizička sloja za WLAN: dva obuhvataju radio prenos direktnom sekvencom i frekvencijskim skakanjem, tj. prenos se vrši tehnologijom radio frekvencija, a u trećem sloju je zastupljeno infracrveno emitovanje. WLAN uglavnom rade na opsegu frekvencija oko 2.4 Ghz za koji nije potrebna licenca i imaju brzinu protoka do 2 Mb/s. Standard 802.11b iz 1999. godine predviđa komunikaciju samo sistemom proširenog spektar sa direktnom sekvencom i ima brzinu protoka do 11 Mb/s. Sredinom 2002. godine standard 802.11a treba da podrži rad na 5 GHz i protok do 54 Mb/s. U poglavlju 2. su razmatrane određene tehnike 802.11b i 802.11a standarda bežičnih mreža i prednosti koje proizilaze iz njihovog korišćenja. Opisana je nadogradnja 802.11b standarda koja omogućava povećanje postojeće brzine protoka od 11 Mb/s na transmisiju od 22 Mb/s. Predstavljeni su podsloj kontrole pristupa medijumu, njegova predložena nadogradnja privremenim adresama, detalji novih metoda fizičkog sloja OSI modela, uključujući opis kodovanja i procene odgovarajućih performansi. Objašnjena je i uloga i ograničenja komunikacije putem sistema sa proširenim spektrom u bežičnom eternetu. Poglavlje 3. odnosi se na ograničenja postojećeg 802.11a standarda za lokalne kućne mreže. Predstavljen je 5 GHz -4-
  • 5. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN objedinjeni protokol (5-UP™ – 5 GHz Unified Protocol), predložena ekstenzija za postojeće 5 GHz WLAN standarde koji podržava brzinu protoka podataka i iznad 54 Mb/s, a dozvoljava i različitim uređajima male snage i brzine da prenose različite tipove podataka između sebe u okviru iste objedinjene bežične mreže. Protokol 5-UP će nadograditi standard 802.11 tako da se kućnim mrežama omogući da dostignu svoje krajnje potencijale u smislu brzine komunikacije – povećanje sa 125 kb/s na 54 Mb/s. U poglavlju 4. opisan je sistem koji efikasno kombinuje bežični LAN pristup sa široko implementiranom GSM/GPRS roaming infrastrukturom na TDMA osnovi. Predstavljeno rešenje omogućava mobilnim operatorima da efikasno uđu na rastuće tržište sistema sa širokopojasnim pristupom i da iskoriste njihovu postojeću koncepciju upravljanja pretplatničkim servisima i roaming ugovorima. U poglavlju 5. razmatrano je povezivanje IS-856 CDMA standarda sa 802.11b sistemima radi širokopojasnog internet pristupa za korisnike i provajdere servisa. Lokalne bežične Regionalne Gradske Personalne LAN-LAN mreže bežične mreže bežične mreže bežične mreže veza WLAN WWAN WMAN WPAN zgrada Pokrivena rastojanje nacionalni (rastojanje do gradski region nekoliko metara oblast između zgrada region 500m) Nadogradnja ili Nadogradnja Funkcija Alternativa za Nadogradnja Alternativa alternativa za postojeće žičanu LAN postojeće LAN fiksnoj vezi žičanu LAN žičane LAN Korisnička Ne Ne Da Da Ne taksa Tipičan protok 1-11 MB/s 2-100 MB/s 1-32 KB/s 10-100 KB/s 0.1-4 MB/s Tabela 1.1. Razlika između WLAN i ostalih bežičnih tehnologija -5-
  • 6. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 2.Bežični eternet: IEEE 802.11b standard 2.1. Uvod u bežični eternet Početkom 1999. godine komitet IEEE je ratifikovao novi standard 802.11b. Osnovno obeležje novog standarda je pomeranje protoka direktne sekvence fizičkog sloja transmisije sa 1-2 Mb/s na preko 10 MB/s. Ovaj standard je uspostavio dve nove forme kodovanja koje obezbeđuju protok od 5.5 MB/s i 11 Mb/s. Sledeći korak je standard 802.11g koji će podrazumevati protok od preko 20 Mb/s. Standardizacija bežičnih mreža datira još od osamdesetih godina 20. veka, međutim tek u oktobru 1997. godine IEEE objavila prvi standard 802.11. On je definisao uobičajene mehanizme kontrolnog pristupa medijima (MAC – Media Access Control) i metode višestrukog fizičkog pristupa (multiple PHYs – Physical access). PHYs je uključio dve metode radio- prenosa za propusni opseg od 2400 - 2483.5 MHz: frekvencijsko skakanje (FH – Freqency Hopping) i prenos sistemima sa direktnom sekvencom (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum). U oba slučaja brzina protoka je bila do 1 i 2 Mb/s. Novi pomak je ostvaren sa IEEE 802.11a PHY za opseg oko 5GHz. Ovaj standard je uključio kodovanu šemu višestrukih nosioca poznatu kao ortogonalno multipleksiranje sa frekvencijskom raspodelom kanala (detaljnije objašnjeno u poglavlju 3.2.). Sledeća verzija standarda 802.11b bazirana samo na DSSS je donela i veći protok, 5.5 Mb/s i 11 Mb/s, ali i dve nove forme kodovanja: obavezni kodni mod poznat kao komplementarno kodovanje (CCK – Complementary Code Keying) i opciono paketno binarno konvoluciono kodovanje (PBCC – Packet Binary Convolutional Coding). Ovo je i najuspešniji IEEE-ov standard do sada – milioni uređaja usaglašeni sa njim su danas u upotrebi. Najnovija verzije IEEE-ovog standarda 802.11 su rezultat nadogradnje MAC podsloja - 802.11e (kvalitet servisa, QoS) i 802.11i (sigurnost) - i ekstenzije u smislu povećanja protoka kod 802.11g. Trenutna aktivnost je usmerena na definisanju unazad-kompatibilne ekstenzije postojećih 802.11b mreža tako da se poveća brzina protoka iznad 20 Mb/s, kao i celokupnih performansi bežičnog eterneta. Pored IEEE-ovog 802 komiteta, druga važna organizacija koja radi na adapciji tehnologije bežičnog eterneta je Alijansa kompatibilnosti bežičnog eterneta (WECA – Wireless Ethernet Compatibility Alliance). U ovom poglavlju će biti opisani ovi postojeći standardi i ekstenzije razvijene od strane Texas Instruments korporacije, tzv. Alantro tehnologije čiji sistemi imaju protok od 22 Mb/s u istom okruženju kao i osnovni 11 Mb/s sistem 802.11b standarda, što je šematski prikazano na slici 2.1.1. -6-
  • 7. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Slika 2.1.1. Performanse bežičnog eterneta 2.2. Opis bežičnog eterneta 2.2.1. Kontrola pristupa medijumu, sigurnost i struktura paketa IEEE-ov 802.11 standard bežičnih mreža, koji se obično odnosi na bežični eternet, je deo familije IEEE-ovih lokalnih i regionalnih mrežnih standarda, među kojima je 802.3 (eternet) najpoznatiji primer. IEEE-ov 802.11 standard se odnosi na fizički sloj i sloj podataka (DLL - Data Link Layer) u ISO/OSI osnovnom referentnom modelu. IEEE 802.11 deli fizički sloj na dva podsloja, kontrolu logičkog linka (LLC – Logical Link Control) i kontrolu pristupa medijumu (MAC – Medium Access Control). LLC podsloj Sloj veze (DLL) MAC podsloj FSSS PHY DSSS PHY IR PHY Fizički sloj (PHY) Slika 2.2.1.1. Fizički sloj i sloj veze OSI sistema Povezivanje i konstrukcija nadograđenih uzajamnih veza (interkonekcija) IEEE 802.11 standarda bežičnih LAN i IEEE 802 standarda žičanih LAN je relativno uniformno. Na taj način svi tipični servisi ponuđeni u žičanoj LAN, kao što su zajedničko korišćenje fajlova, e-mail transfer, internet browsing itd., raspoloživi su i kod bežičnih stanica. -7-
  • 8. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 2.2.2. OSI model Referentni model uzajamnih veza otvorenih sistema (OSI - Open Systems Interconnection) opisuje kako se informacije iz softverske aplikacije u jednom uređaju kreću kroz medijum mreže do softverske aplikacije u drugom uređaju. Referentni model OSI je konceptualni model sastavljen od sedam slojeva, od kojih svaki odredjuje posebne funkcije mreže. Model je razvila Medjunarodna organizacija za standardizaciju (ISO - International Organisation for Standardisation) 1984. godine i on se sada smatra glavnim arhitekturalnim modelom. Model OSI deli zadatke u vezi sa informacijom koja se kreće izmedju umreženih uređaja (računara) u sedam manjih, lakše upravljivih grupa zadataka. Zadatak ili grupa zadataka se zatin dodeljuje svakom od sedam slojeva OSI. Svaki sloj je zaseban, tako da zadaci dodeljeni svakom sloju mogu da se implementiraju nezavisno. To omogućava da rešenja koja nudi jedan sloj ne ugrožavaju druge slojeve. Sedam slojeva referentnog modela OSI se dele u dve kategorije: viši i niži slojevi. Viši slojevi modela OSI se bave pitanjima aplikacije i obično su implementirani samo u softveru. Najviši sloj, aplikacija, najbliži je krajnjem korisniku. I korisnici i procesi aplikacionog sloja medjusobno utiču sa softverskim aplikacijama koje sadrže komponentu za komunikacije. Termin viši sloj se ponekad koristi da bi se odnosio na bilo koji sloj iznad nekog drugog sloja u modelu OSI. Niži slojevi modela OSI se bave pitanjima prenosa podataka. Fizički sloj i sloj linka podataka su implementirani u hardveru i softveru. Drugi niži slojevi su obično implementirani samo u softveru. Najniži, fizički sloj, najbliži je fizičkom medijumu mreže (na primer, kablovima mreže) i zadužen je za stvarno smeštanje informacija na medijum. 7 Aplikacioni sloj Aplikacioni programi koji koriste mrežu 6 Prezentacioni sloj Standardizuje podatke predstavljene aplikacijama 5 Sloj sesije Upravlja sesijama izmedju aplikacija 4 Transportni sloj Obezbedjuje otkrivanje i ispravku greške 3 Mrežni sloj Upravlja povezivanjima mreže 2 Sloj linka podataka Ovezbedjuje isporuku podataka preko fizičke veze 1 Fizički sloj Definiše fizički mrežni medijum Tabela 2.2.2.1. Slojevi ISO/OSI sitema 2.2.3. Topologija bežičnog eterneta Osnova IEEE-ove 802.11 arhitekture je koncept bežičnih LAN ćelija ili bazna servisna stanica (BSS – Basic Service Set). 802.11 MAC protokol podržava dve formacije dva određena tipa BSS. Prvi je takozvani “ad hok” BSS. Sam naziv nagoveštava da je u pitanju koncept koji se obično kreira i održava po potrebi, bez prethodnih administrativnih podešavanja za specifične -8-
  • 9. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN potrebe (npr. prenos fajlova sa jednog računara na drugi). Drugi tip BSS-a je infrastrukturni koncept koji se mnogo češće koristi u praksi, a podržava uzajamne veze bežičnih i fiksnih mreža. U okviru svakog infrastrukturnog BSS se nalazi tačka pristupa ili čvor (AP – Access Point), tj. centralna saobraćajna relejna stanica koja je obično stacionarna i radi na fiksnom kanalu. Ona se postavlja tako da BSS kojoj pripada u nekoj meri i preklapa i susedne ćelije u cilju održavanja kontinualnog prenosa za mobilne stanice. Komercijalni pristupni čvorovi sadrže ugrađene eternet portale, pa su to u suštini bežične veze za eternet mostove. Krajnje stanice, tzv. klijenti, u BSS infrastrukturi uspostavljaju veze izmedju MAC sloja veze i pristupnih čvorova. Oni samo i komuniciraju direktno ka i od selektovanog čvora pristupa. Klijenti koriste 802.11 arhitekturu pretrage, autentifikaciju (potvrdu verodostojnosti) i pridružene procese da bi se priključili na jednu BSS infrastrukturu i tako se povezali sa bežičnim LAN sisitemom. Pretraga omogućava klijentima da otkriju postojeće ćelije u svom okruženju. Pristupni čvorovi periodično šalju signalne frejmove koji, između ostalog, koriste klijenti da otkriju položaj BSS-ova. Pre priključenja BSS-u, klijent mora svojom potvrdom verodostojnosti (autentifikacijom) da potvrdi svoju kreditibilnost za taj prosces. 2.2.4. Protokol za kontrolu pristupa MAC IEEE-ov 802.11 MAC je sličan žičanom eternetu tako što oba koriste mehanizam “oslušni pre emitovanja” u kontroli pristupa zajedničkih medijuma. Ipak, bežični medijumi predstavljaju svojevrsni izazov kakvog nema u žičanim LAN sistemima, a njima se bavi protokol 802.11 MAC. Bežični medijumi su podložni interferenciji i samim tim manje pouzdani, osetljivi su na moguća neželjenja preslušavanja. Kod bežičnih mreža se javlja problem “skrivenih” korisnika: korisnik koji šalje podatke drugom korisniku može biti ometan od strane trećeg korisnika koji se nalazi u oblasti prijemnika, ali van oblasti predajnika. Konačno, korisnici bežičnih medijuma se ne mogu osloniti na praćenje zauzetosti medijuma tokom prenosa. Kod problema “skrivenih” stanica dešava se da stanice 1 i 2 komuniciraju sa tačkom pristupa (slika 2.2.4.1.), dok je njihova međusobna komunikacija onemogućena zbog prevelike udaljenosti ili fizičke prepreke. U takvoj situaciji dolazi do kolizije kada stanica 1 utvrdi da je kanal slobodan i uđe u transmisiju iako stanica 2 emituje, što stanica 1 ne može da čuje. -9-
  • 10. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Slika 2.2.4.1. Problem “skrivene” stanice i VCS algoritam Rešenje ovog problema standard 802.11 predviđa uvođenjem opcionog RTS/CTS (Request To Send / Clear To Send) protokola koji se još naziva VCS (Virtual Carrier Sense) protokol. Stanica koja želi da emituje prvo šalje RTS paket i čeka da tačka pristupa odgovori sa CTS. Pošto sve stanice u mreži mogu da čuju tačku pristupa, CTS paketom se odlaže njihovo eventualno emitovanje i na taj način omogućuje stanici koja je pokrenula VCS proceduru da emituje svoj okvir i primi ACK paket bez mogućnosti kolizije. Ovaj algoritam uvodi dodatnu redudansu u komunikaciju, pa se koristi kao opcija, tipično pri slanju dugačkih paketa. Protokol 802.11 MAC je dizajniran tako da pruži robustnu, sigurnu komunikaciju putem bežičnih medijuma. Osnovni pristupni mehanizam je prepoznavanje nosioca sa višestrukim pristupom i izbegavanje sudara (kolizije) na liniji (CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), sa skraćenim binarnim eksponencijalnim back-off algoritmom za izbegavanje kolizije. Višestruki mehanizmi MAC sloja doprinose izbegavanju kolizije i efikasnom korišćenju bežičnih medijuma. 802.11 MAC je veoma sličan 802.3 MAC sloju u žičanim LAN mrežama. U 802.3 eternet LAN mreži koristi se CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access / Collision Detection) protokol koji definiše mehanizam po kojem eternet stanice pristupaju kablovskom medijumu i detektuje koliziju do koje dolazi kada dve ili više stanica pokušaju sa transmisijom podataka. U 802.11 WLAN mreži detekcija kolizije nije moguća zbog problema “blizu/daleko” – da bi se detektovala kolizija, stanica mora biti u mogućnosti da predaje i prima u isto vreme. Međutim, radio sistem koji koristi isti frekvencijski opseg za predaju i prijem, nije to u stanju. CSMA/CA protokol koristi eksplicitne pakete potvrde (ACK – ACKnowledge). Pakete potvrde šalje prijemna stanica kako bi potvrdila da je paket sa podacima stigao nepromenjen. U eternet mreži funkciju potvrde ispravno prenesenih paketa obezbeđuju slojevi iznad MAC sloja. U 802.11 mreži funkcije potvrđivanja i retransmisije izgubljenih okvira preneseni su na MAC sloj, rezultujući tako bržim odgovorom prijemne stanice. CSMA/CA se zasniva na metodi “osluškivanje-pre-emitovanja”. Za utvrđivanje statusa kanala koristi se CCA (Clear Channel Assessment) algoritam, a za izbegavanje kolizije back-off algoritam. 2.2.5. CCA i Back-off algoritam Funkcija raspodeljene koordinacije DCF (poglavlje 3.7.) je obezbeđena zajedničkim funkcionisanjem MAC sloja i fizičkog sloja. Fizički sloj sempluje energiju na prenosnom medijumu i koristeći CCA algoritam određuju da li je kanal slobodan. Ovo se postiže merenjem RF energije na anteni, odnosno snage primljenog signala. Ovako mereni signal je poznat kao RSSI postupak. Ako je snaga primljenog signala ispod određenog nivoa kanal se proglašava slobodnim i MAC sloju se prosleđuje status kanala slobodnog za transmisiju. Ako je izmerena RF energija iznad zadatog nivoa, transmisija se privremeno zabranjuje u skladu sa pravilima protokola. Standard obezbeđuje još jedan način izvođenja CCA algoritma koji se može primenjivati samostalno ili zajedno sa RSSI merenjem. Osluškivanjem i detekcijom frekvencije nosioca može se odrediti da li je kanal na raspolaganju. Ova tehnika je selektivnija u smislu da prepoznaje signal predajnika istog 802.11 tipa. Koji će se metod koristiti zavisiće od nivoa interferencije u radnom okruženju. -10-
  • 11. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN CSMA/CA protokol definiše određene vremenske okvire pomoću kojih određuje status medijuma. Vreme između dva okvira naziva se među-okvirno vreme (IFS – Inter Frame Space). Standard definiše četiri različita tipa IFS sa tri nivoa prioriteta za pristup kanalu. Što je IFS kraće prioritet je viši. • SIFS (short IFS) prethodi ACK i CTS paketima. • PIFS (PCF IFS) koristi stanica koja želi da pristupi medijumu koristeći PCF kontrolu. • DIFS (DCF IFS) koristi stanica koja želi da pristupi medijumu koristeći DCF kontrolu. • EIFS (Extended IFS) koristi se pri DCF kontroli kada fizički sloj ukaže na lošu proveru ispravnosti okvira (FCS – Frame Check Sequence). Važi relacija SIFS < PIFS < DIFS < EIFS. Algoritam (pri DCF kontroli) funkcioniše na sledeći način. Stanica koja želi da emituje okvir sa podacima prvo osluškuje medijum i ukoliko nađe da je slobodan najmanje DIFS (oko 50µs) vremena, počinje sa prenosom. Ako je paket primljen ispravan (CRC) odredišna stanica šalje ACK paket nakon SIFS (oko 10µs) vremena, uspešno okončavajući prenos okvira. Kratko vreme do odgovora osigurava da prijemna stanica može odmah da preuzme kontrolu, umesto da se nadmeće sa ostalim stanicama za medijum. Zato se kaže da SIFS, odnosno ACK ima najveći prioritet. Ukoliko predajna stanica ne detektuje ACK, pretpostavlja se da je došlo do kolizije pa je potrebno retransmitovati paket. U retransmisiju se ulazi nakon back-off vremena. Ovo vreme se koristi i u slučaju kada stanica koja želi da emituje okvir utvrdi da je kanal zauzet. Naime, nakon što je kanal DIFS vremena slobodan, nastupa vremenski prozor u kojem se stanice nadmeću za pristup (CW – Contention Window). Pri zauzetom kanalu svaka stanica koja želi pristup računa svoje slučajno back-off vreme nakon kojeg će ponovo pokušati da utvrdi neaktivan status kanala. Back-off se računa na sledeći način: backoff = INT (CW ∙ random()) x time_slot, gde je random funkcija koja daje slučajan broj iz opsega (0,1), a CW je veličina prozora za nadmetanje, odnosno koeficijent vremena čekanja. Ova vrednost se menja od CWmin do CWmax. Pri prvom pokušaju izlaska na kanal CW= CWmin, a nakon svakog bezuspešnog pristupa ovaj koeficijent se udvostručuje. Ako vreme dostigne vrednost Cwmax, tu se zadržava. INT je funkcija koja svoj argument zaokružuje na celobrojnu vrednost, a time_slot je fiksna jednica vremena. Slika 2.2.5.1. CSMA/CA Back-off algoritam -11-
  • 12. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 2.2.6. Sigurnost Bežični LAN sistemi su predmet mogućeg izbegavanja kontrole i nadzora. Zbog toga 802.11 specifikuje jedan opcioni sigurnosni sistem MAC podsloja poznat kao privatnost ekvivalentna žičanoj (WEP – Wired Equivalent Privacy). Sam naziv ukazuje da je u pitanjumehanizam koji bi trebao da obezbedi zaštitu kod bežičnog eterneta sličnu onoj kakva postoji kod žičanog eterneta. Osnovni (default) metoda potvrde je otvoreni sistem potvrde (open system authentication), koji je veoma jednostavan i izvodi se u dva koraka. Stanica se identifikuje drugoj stanici tako što šalje upravljački paket potvrde koji sadrži njen identitet. Prijemna stanica zatim odgovara sa paketom koji sadrži informaciju da li je prepoznala identitet predajne stanice. WEP je uveo metodu potvrde sa zajedničkim ključem (shared key authentication), kod koje svaka stanica prima tajni zajednički ključ putem sigurnog kanala nezavisnog od 802.11 mreže. Stanice potvrđuju svoj identitet prepoznavanjem tajnog ključa. Ova tehnika potvrde verodostojnosti zahteva implementaciju kriptovanja korišćenjem RC4 PRNG algoritma sa 40-bitnim zajedničkim ključem. Kriptuju se samo korisni podaci, a ne i zaglavlja okvira. Mogu se upotrebiti i ključevi jedinstveni za par komunikacionih uređaja i jedinstveni po pitanju pravca prenosa. 2.2.7. Format 802.11 MAC okvira Polja MAC okvira (frejma): • FC – Frame Control sadrži verziju protokola i tip okvira (upravljački, kontrolni ili za podatke). Format FC polja: o Verzija protokola (b0, b1): verzija IEEE 802.11 standarda. o Tip & podtip: objašnjeno u tabeli 2.2.7.1. o To DS: bit setovan kada je okvir poslat ka distribucionom sistemu. o From DS: bit setovan kada je okvir primljen od distribucionog sistema. o More Fragment: bit setovan kada ima još fragmenata koji pripadaju istom okviru. o Retry: indikator da je u pitanju retransmisija. o Kontrola napajanja (Pw Mgt): indikator ulaska u mod kontrole napajanja nakon transmisije ovog okvira. o More Data: indikator da postoji još paketa baferisanih za ovu stanicu. o WEP: indikator da su podaci kriptovani WEP algoritmom. o Order: indikator da je okvir poslat u klasi servisa za naručivanje. • Duration/ID – vrednost dužine se koristi za proračun vektora mrežne alokacije (NAV – Network Allocation Vector), a ID stanice za tip poll poruke za kontrolu napajanja. Za infrastrukturne mreže, identifikacija BSS (BSSID) je adresa sloja linka pristupnog čvora. • Adresna polja (1-4) – sadrže do 4 adrese: izvora, odredišta, prethodnog predajnika, sledećeg prijemnika. -12-
  • 13. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN • SC – Sequence Control je kontrola redosleda koja se sastoji od rednog broja fragmenat i rednog broja okvira. Koristi se radi očuvanja redosleda paketa prilikom fragmentacije i izbegavanja prijema duplih okvira. • Telo okvira (frame body) – korisni podaci koji se prenose. • CRC – sadrži 3-bitnu CRC proveru ispravnosti okvira. Slika 2.2.7.1. Format MAC okvira Tip (b3 b2) Opis tipa Podtip (b7 b6 b5b4) Opis podtipa 00 Management 0000 Association Request 00 Management 0001 Association Response 00 Management 0010 Reassociation Request 00 Management 0011 Reassociation Response 00 Management 0100 Probe Request 00 Management 0101 Probe Response 00 Management 0110-0111 Reserved 00 Management 1000 Beacon 00 Management 1001 ATIM 00 Management 1010 Disassociation 00 Management 1100 Deauthentication 01 Control 0000-0001 Reserved 01 Control 1010 PS-Poll 01 Control 1011 RTS 01 Control 1100 CTS 01 Control 1101 ACK 01 Control 1110 CF End 01 Control 1111 CF End + CF-ACK 10 Data 0000 Data 10 Data 0001 Data + CF-ACK 10 Data 0010 Data + CF-Poll 10 Data 0011 Data + CF-ACK + CF-Poll 10 Data 0100 Null Function (no data) 10 Data 0101 CF-ACK (no data) 10 Data 0110 CF-Poll (no data) 10 Data 0111 CF-ACK + CF-Poll (no data) 10 Data 1000-1111 Reserved 10 Data 0000-1111 Reserved Tabela 2.2.7.1. Tip i podtip FC polja -13-
  • 14. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 2.3. Privremena MAC adresa 2.3.1. Uvod Postojeće bežične stanice koriste globalne jedinstvene fiksne MAC adrese. MAC adresa je vidljiva u svim WLAN paketima, kao i u Calling-Station-Id RADIUS protokolu, ako tačka pristupa koristi RADIUS za komunikaciju sa back-end autentifikacionim serverom. Kako su WLAN uređaji tipično personalni, to omogućava bežičnim posmatračima, provajderu lokalne radio mreže i RADIUS roaming mreži da prikupe istoriju i profil podataka bežičnih korisnika. To ozbiljno narušava privatnost, posebno u javnim pristupnim mrežama. U ovom poglavlju je predloženo korišćenje privremenih MAC adresa umesto fiksnih (statičkih) kao rešenje za pomenuti problem. Vrše se minimalne izmene u IEEE 802.11 protokolu, dodavanjem novih funkcija u fazi skeniranja i pridruživanja i zahtevom za proveru BSSID prilikom primanja okvira podataka. Ovo rešenje je predloženo IEEE komitetu sredinom marta 2002. godine od strane grupe stručnjaka Nokia korporacije, rađeno je konkretno za infrastrukturu RSN mreža (RSN – Robust Security Networks), ali se isti princip može primeniti i na iBSS i IEEE 802.11 mreže. 2.3.2. Dobijanje privremene MAC adrese U situaciji kada stanica želi da iskoristi privremenu MAC adresu za anonimnost, procedura je sledeća: 1) Stanica selektuje slučajnu MAC adresu iz adresnog prostora adresa ispitivanja (PAS – Probe Adress Space), korišćenjem dobrog stohastičkog sorsa. 2) Stanica šalje zahtev ispitivanja (probe request) ka tački pristupa. 3) Tačka pristupa šalje odgovor ispitivanja (probe response) sa prefiksom adrese proširenog servisnog skupa ESS (poglavlje 5.3.) koji nosi informaciju da li tačka pristupa podržava privremene adrese. 4) Stanica šalje signal ACK MAC sloja ka tački pristupa. U ovoj tački prenosa, stanica zna koja mreža podržava korišćenje privremenih adresa. Stanica ne šalje zahtev za pridruženjem (association request) sa privremenom MAC adresom ka tački pristupa koja ne pokaže podršku za privremen adrese u svom odgovoru ispitivanja. Na osnovu informacije iz prefiksa adrese ESS se konstruiše validna adresa za korišćenje u određenom ESS. Prefiks ESS adrese se koristi i za razlikovanje između više ESS koji dele isti distribucioni sistem. Distribucioni sistem je okosnica bežične LAN mreže i može ga sačinjavati kako žična tako i bežična LAN mreža. Distribucioni sistem određuju da li paketi primljeni od -14-
  • 15. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN priključene BSS mreže trebaju biti usmereni ka odredištu u istom BSS skupu, prosleđeni drugoj pristupnoj tački, ili poslati kroz distribucioni sistem van ESS mreže. 5) Stanica selektuje novu MAC adresu korišćenjem pefiksa adrese ESS i dobar stohastički izvor. 6) Stanica šalje autentifikacioni zahtev. 7) Tačka pristupa šalje signal ACK sloja MAC korišćenjem nove adrese. 8) Ako tačka pristupa detektuje da je adresa slobodna, tada odgovor pridruživanja (association response) indicira uspešan prenos. U obrnutom slučaju, ako tačka pristupa detektuje adresu koja se već koristi, onda se ne šalje odgovor pridruživanja i stanica mora da selektuje novu adresu pre isteka timeout vremena, tj. vraća se na korak 5). 9) Primanje odgovora ispitivanja ukazuje stanici da je upravo selektovana MAC adresa prošla jedinstvenu proveru i da je validna za upotrebu. Procedura izbora MAC adrese je paralelna sa procesom pridruživanja. Ako tačka pristupa detektuje da je adresa već u upotrebi u ESS, onda ne nastavlja sa procedurom pridruživanja. Ako je adresa slobodna i time validna, procedura pridruživanja se sprovodi na uobičajen način. 2.3.3. Prijem okvira Jedinstvena provera koju sprovodi tačka pristupa je garancija da je privremena MAC adresa jedinstvena na lokalnom nivou. Iste adrese se mogu ponovo koristiti u WLAN mrežama koje se preklapaju, uz uslov da su distribucioni sistemi različiti. Zbog toga bežična stanica koja koristi privremenu MAC adresu mora prilikom prijema okvira podataka da verifikuje i odredišnu MAC adresu i BSSID. Ako BSSID nije korektan, onda se paket ignoriše, jer najverovatnije pripada nekom drugom klijentu neke druge WLAN mreže. Selekcija jedinstvenog prefiksa ESS adrese u okviru lokalnog bežičnog medijuma takođe sprečava koliziju. 2.3.4. Adresni prostor za privremene adrese Predloženo je da se lokalno obrađene MAC adrese koriste kao privremene. Promenljivi deo privremene adrese je podeljen na dva dela: prefiks ESS adrese i slučajni deo. Vrednost bita 1 u oktetu 0 (I/G bit) IEEE MAC adrese odlučuje između “unicast” i “multicast” tipa adrese, drugi bit je za lokalnu ili univerzalno obrađenu adresu (U/L bit). Ostali biti okteta 0 su nule, i oni se mogu iskoristiti za buduće ekstenzije. Slika 2.3.4.1. Privremena MAC adresa -15-
  • 16. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Podskup lokalno obrađenih “unicast” adresa je rezervisan za ispitivanje pre zahtevane potvrde od tačke pristupa o jedinstvenosti selektovane privremene adrese. Stanica će upotrebiti neku adresu iz adresnog prostora adrese ispitivanja kada pretražuje mreže pre nego što stekne validnu privremenu adresu uspešnog pridruživanja (asocijacije). Posle primanja validne privremene adrese, stanica je može koristiti za ispitivanje kao i adresu iz prostora adresa ispitivanja. Ipak, stanica može da primi okvire i na validnu privremenu adresu, ako ispitivanje ne vrši sa njom, već sa adresom iz prostora adresa ispitivanja. Predloženo je da prefiks ESS adrese budu sve jedinici (tj. decimalno 255) kao oznaka adresnog prostora adrese ispitivanja. Stanica bira adresu ispitivanja slučajnim izborom, a može da izabere različitu adresu za svaki novi zahtev ispitivanja. Adresni prostora adrese ispitivanja se koristi samo za inicijalno otkrivanje mreža, pa je kolizija malo verovatna. Da bi privremene adrese bile ispravne potrebno je da su jedinstvene u okviru distribucionog sistema koji može deliti više ESS. Konfigurisanjem različitih prefiksa ESS adrese za svaki ESS taj zahtev za jedinstvenošću se može lako ispoštovati. Zahtev za jedinstvenom proverom u okviru ESS je daleko jednostavnije od zahteva za proverom razmaka nekoliko ESS. Prefiks ESS adrese je koristan u slučajevima gde bežični medijum dele mreže koje administrira više organizacija, tj. gde nije izvodljiva jedinstvena provera privremenih adresa u svim lokalnim mrežama. Prefiksi se mogu ručno podesiti na jedinstvenu vrednost tokom faze instalacije mreže nakon uvida u prefikse koje koriste već postojeće mreže. Svaki ESS je konfigurisan sa (lokalnim) jedinstvenim prefiksom ESS adrese, koji se koristi u svim privremenim adresama u okviru ESS. Tačka pristupa dobija osnovnu (default) vrednost od SSID (basic Service Set Identification), koja se koristi osim ako nije ručno određena. ESS se ne sme konfigurisati sa prefiksom adresnog prostora adrese ispitivanja. 2.3.5. Dužina trajanja privremene adrese Privremena adresa se dodeljuje stanici tokom prve asocijacije. Asocijacija je uspešna samo ako adresa nije već u upotrebi u tom ESS. Privremena adresa je deo “konteksta” koji se kreira za stanicu i adresa je slobodna kada se kontekst izbriše, npr. prilikom zaštićene disasocijacije ili prestanka važenja. Kada se privremena adresa dodeli terminalu, ista adresa se ne može koristiti ni u jednoj regularnoj asocijaciji sve dok se kontekst ne izbriše iz ESS: zaštićene re-asocijacije (brzi hand-over) se mogu izvršiti jer imaju dokaz da je roaming stanica ista kao ona početno pridružena. Dakle, čak se i početna stanica može samo da bude u procesu re-asocijacije, ne i nove asocijacije, sa tom dodeljenom MAC adresom. Obrazloženje leži u prevenciji nasilnog odizumanja MAC adrese, čiji mehanizam ovde neće biti razmatran. Ako stanica želi da ostvari novu potpunu asocijaciju sa datom privremenom adresom, ona mora da izabere novu privremenu MAC adresu. U tom slučaju stanica neće primiti okvire podataka usmerene na staru MAC adresu, pa to prekida svaku aktivnu sesiju gornjih slojeva. -16-
  • 17. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 2.3.6. Provera jedinstvenosti MAC adrese Nakon što primi zahtev za asocijacijom od stanice, tačka pristupa vrši proveru (verifikaciju) da li je MAC adresa već u upotrebi u ESS. Procedura je sledeća: 1. Stanica šalje zahtev za asocijacijom tački pristupa 2. Tačka pristupa proverava da li prefiks ESS adrese u ponuđenoj privremenoj MAC adresi odgovara prefiksu ESS adrese iz zahteva ispitivanja. Ako prefiks nije korektan, tačka pristupa odbacuje zahtev za asocijacijom. 3. Tačka pristupa proverava da li je adresa u upotrebi u kontekstu stanice. Postupak se nastavlja samo ako pridružena stanica ne koristi adresu. 4. Tačka pristupa proverava da li MAC adresa koristi bežična stanica pridružena drugoj tački pristupa u lokalnom ESS. 2.4. Fizički sloj: kodovanje i modulacija 2.4.1. Preambula fizičkog sloja IEEE-ov 802.11 standard definiše preambulu fizičkog sloja, koja se prenosi pre okvira bežičnog eterneta, predstavljenog na slici 2.4.1. Preambula fizičkog sloja se sastoji iz preambule i zaglavlja koje ima 3 polja: signalno polje (SIGNAL), servisno polje (SERVICE) i dužina (LENGTH). Ova tri polja su zaštićena sa 16-bitnom cikličnom redudantnom šifrom (CRC – Cyclic Redudancy Check) koja se koristi da se detektuje eventualna greška pri prenosu zaglavlja. Slika 2.4.1. Preambula fizičkog sloja -17-
  • 18. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Standard direktne sekvence sistema sa proširenim spektrom DSSS (1 i 2 Mb/s) definiše preambulu fizičkog sloja dužine 192ms, koja se koduje sa 1Mb/s kodovanjem opisanom u 2.4.2. poglavlju. Standard 802.11b je uveo dodatnu “kratku preambulu” koja je duplo kraća, dakle 96ms. Kratka preambula koristi kratku 1Mb/s kodovanu preambulu iza koje sledi 2 Mb/s kodovano zaglavlje. 2.4.2. Uvod u sisteme sa proširenim spektrom U WLAN mrežama dominantna komunikacija je zasnovana na sistemima sa proširenim spektrom. U ovim sistemima se korišćenjem pseudoslučajne sekvence visoke frekvencije (PSS) prilikom prenosa poruke znatno proširuje frekvencijski opseg signala koji se prenosi (predmodulisanog), a njegova snaga se po jedinici frekvencije smanjuje. Na taj način se dobija signal niskog nivoa koji zauzima veliki opseg učestanosti (generalna odlika signala šuma). Ovo je urađeno zbog velikog broja interferencija koje postoje u radio kanalu, koje sada mogu biti i mnogo višeg nivoa od korisnog signala. Međutim na prijemu se primenjuje ista pseudoslučajna sekvenca na superponirani signal, tako da se korisni signal pojačava i frekvencijski sužava, a kod interferencije se dobija obrnuti efekat – biće oslabljena i šireg frekvencijskog opsega. Sada je moguće izvršiti ekstrakciju korisnog signala, a dobijeno je veliko procesno pojačanje sistema. U WLAN mrežama se koriste dve tehnike proširenog spektra: sistem proširenog spektra sa frekvencijskim skakanjem (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum) i sistem proširenog spektra sa direktnom sekvencom (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum). Obe tehnike koriste tzv. ISM opseg (ISM - Industrial, Scientific and Medicine) koji čine tri opsega frekvencija: 902 - 928 MHz, 2.400 - 2.483,5 MHz i 5.728 - 5.750 MHz. Trenutno se najčešće koristi opseg na 2.4 GHz, ali postoji tendencija ka korišćenju opsega na 5.8 GHz. Ovaj frekvencijski opseg ne zahteva posedovanje posebne dozvole za korišćenje, ali je maksimalna izračena snaga (EIRP) ograničena na 100 mW u Evropi, 1000 mW u SAD i 10 mW u Japanu. DSSS direktno sprovodi opisanu ideju proširenog spektra. Korisni signal se prvo moduliše nekom faznom digitalnom modulacijom (PSK – Phase Shift Keying), množi se pseudoslučajnom sekvencom velikog protoka, a zatim se konvertuje u ISM opseg na 2.4 GHz. Nakon množenja modulišućeg digitalnog signala sa povorkom bita znatno većeg protoka, frekvencijski opseg se višestruko proširuje. U prijemniku se izdvajanje korisnog signala dobija sa množenjem sa istom PS povorkom bita. Procesno pojačanje ovakvog sistema je jednako odnosu protoka čipova PS sekvence i protoka simbola predmodulisanog signala. Dakle primenom “bržih” sekvenci povećava se otpornost sistema na interferencije, ali i njegova osetljivost na gubitak sinhronizacije. 802.11 DSSS sistem koristi dva tipa modulacije ulaznog signala: BPSK koja daje protok od 1 Mb/s i QPSK koja daje protok od 2 Mb/s. Kao PS se koriste Barkerova 11-bitna sekvenca 1011101000. Dakle, za vreme trajanja 1 bita PSK signala formiraju se 11 čipova direktne sekvence, što za ulazni protok od 1Msimbol/s (za oba tipa modulacije) daje protok sekvence od 11 Mčip/s. Procesno pojačanje je znači 10log Vc[chp/s] / Vb[simbol/s] = 10.4 dB. Propusni opseg jednog kanala dobija se kao dvostruka vrednost brzine sekvence i iznosi 22 Mhz, pa sledi -18-
  • 19. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN da u opsegu 2400 – 2483.5 Mhz postoje najviše tri nepreklapajuća kanala. Znači signali na prijemu čije je kašnjenje u odnosu na željeni signal veće od 2Tc (Tc – trajanje čipa) tretiraju se kao interferirajući signali i ne uzimaju se u obzir pri estimaciji signala. Format DS PHY-PDU paketa se sastoji od: • 128 bitna preambula se koristi za detekciju signala i sinhronizaciju prijemnika. • SFD - Start of Frame Delimiter predstavlja početak delimitera okvira • SIGNAL sadrži brzinu prenosa koja se koristi. • SERVICE je rezervisano za buduću upotrebu i trenutno sadrži vrednost 00. • LENGTH sadrži vrednost broja bajtova u informacionom delu okvira (M-PDU). 128 bita 16 bita 8 bita 8 bita 16 bita 16 bita preambula SFD SIGNAL SERVICE LENGTH CRC MAC podaci PLCP preambula PLCP zaglavlje M-PDU P-PDU Slika 2.4.2.1. Format DS PHY-PDU paketa U sistemu sa frekvencijskim skakanjem predajnik emituje signal na uskim kanalima oko centralne frekvencije skačući sa kanala na kanal po određenoj pseudoslučajno sekvenci. Dakle, široki frekvencijski opseg raspodeljen je na manje kanale koje predajnik koristi za emitovanje modulisanog signala, pri čemu se na datom kanalu zadržava samo jedan slot vremena, a zatim predaju nastavlja na sledećem kanalu određenom PS sekvencom. Replika ove sekvence se koristi u lokalnom oscilatoru prijemnika za demodulaciju prijemnog signala. U 802.11 FHSS sistemu se obično koriste 79 kanala širine 1MHz u opsegu 2404 – 2483 MHz. Svakih 20 do 400 ms sistem skače na novi kanal. Pošto se u toku jednog vremenskog slota prenosi više od jednog bita, u pitanju je sporo frekvencijsko skakanje (sporo frekvencijsko skakanje za prenos samo jednog bita). Standard dozvoljava korišćenje do 78 različitih sekvenci podeljenih u 3 grupe po 26 ortogonalnih sekvenci, sa minimalnim rastojanjem od 6 MHz između uzastopnih skokova.Ortogonalnost sekvenci podrazumeva da neće biti međukanalne interferencije sekvenci iz iste grupe, pa je na jednom prostoru moguće imati do 26 FHSS sistema. Znači, za razliku od DSSS sistema, FHSS sistem emituje signal u datom trenutku, u samo određenom delu frekvencijskog opsega. Pre širenja spektra vrši se modulacija signala koja određuje brzinu prenosa: dvo-nivoska FSK sa Gausovim oblikom impulsa (2-GFSK) daje brzinu 1 Mb/s, a 4-GFSK daje 2 Mb/s i to su protoci koje koristi 802.11 FHSS standard. Inače, maksimalne brzine koje se mogu postići frekvencijskim skakanjem su ograničene na 3Mb/s, što se postiže sa 8-GFSK. -19-
  • 20. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Format FH PHY-PDU paketa sastoji se od: • 80-bitna preambula služi za detekciju signala i sihronizaciju prijemnika. • SFD - Start of Frame Delimiter predstavlja početak delimitera okvira • LENGTH sadrži vrednosti broja bajtova u informacionom delu okvira M-PDU • PSF - Payload Signalling Field pokazuje brzinu koja se koristi i koja sadrži neke bite rezervisane za buduću upotrebu 80 bita 16 bita 12 bita 4 bita 16 bita preambula SFD LENGTH PSF CRC PLCP preambula PLCP zaglavlje MAC podaci M-PDU P-PDU Slika 2.4.2.2. Format FH PHY-PDU paketa 2.4.3. Barkerovo kodovanje DSSS modulacija male brzine protoka je osnova za one veće brzine, tj. njena metoda kodovanja i modulacije se koristi za generisanje preambula svih brzina i kodnih kombinacija. Sistem male brzine protoka ima DSSS signal sa brzinom generisanja čipova pseudo slučajne sekvence (PSS) od 11 MHz i brzinu toka podataka od 1 MB/s kod binarne fazne modulacije (BPSK - Binary Phase Shift Keying) i 2 MB/s kod kvaterarne fazne modulacije (QPSK - Quaternary Phase Shift Keying). Osnovni način prenosa podataka brzinom od 1 ili 2 Mb/s je uvođenje 11-bitnog Barkerovog koda (sekvence) B11 = [-1, +1, -1, -1, +1, -1, -1, -1, +1, +1, +1]. Efekat Barkerove sekvence je da se širi spektar propusnog opsega signala u odnosu 11:1 i da se u istom odnosu redukuje maksimum snage signala i smanjuje se uskopojasna interferencija, a da pri tome ukupna snaga ostaje nepromenjena. Ovaj kod daje željenu osobinu da je autokorelaciona funkcija minimalna (0 ili -1) osim na početku (gde je 11). Ovo znači da će modulisani signal zauzimati isti spektar kao i nekodirani signal PSS i da će odgovarajući filtar u prijemniku, sinhronizovan sa Barkerovom sekvencom, dati procesno pojačanje (11 MHz) / (1 Mb/s) = 11 = 10.41 dB. Barkerov kod predstavlja linearan kod nad skupom celih brojeva po modulu 4, Z4={0,1,2,3}. Kodne reči u slučaju toka podataka od 2 Mb/s se generišu zbirom pomoćnog vektora (pokrivanja) C=[2, 0, 2, 2, 0, 2, 2, 2, 0, 0, 0] i proizvoda Z4 nad generišućom matricom G=[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]. Predajni signal se generiše sa QPSK modulacijom, tj. Z4 se translira u QPSK simbole. Barkerov kod za 2 MB/s je invarijantan u slučaju rotacije za 90°, tj. rotacija vektora kodne reči za 90° je opet kodna reč. Ovo sledi iz činjenice da dodavanje 1 po modulu 4 znaku poruke m ∈ Z4 znači da se vektoru C dodaju jedinični vektori vrednosti 1 (po modulu 4), a to u QPSK modulaciji rezultira rotacijom za 90° (u smeru kazaljke na satu). Ova -20-
  • 21. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN invarijantnost rotacije je iskorišćena u standardu za metodu diferencijalnog dekodiranja koja se sastoji iz pre-kodiranja u predajniku i diferencijalnog dekodovanja u prijemniku. U slučaju brzine protoka podataka od 1Mb/s koristi se generišuća matrica G=[2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2] nad binarnom porukom Z2={0,1}, a proizvod je BPSK modulisan signal. Ovakav kod je invarijantan u odnosu na rotaciju za 180°. Minimalno kvadratno rastojanje kod QPSK je 2Es (Es je oznaka za prosečnu energiju). Obe transmisione metode (1Mb/s i 2Mb/s) pokazuju energetsko poboljšanje po pitanju minimalnog kvadratnog rastojanja - 22 E s u slučaju 2Mb/s što rezultuje energetskim dobitkom od 10.41dB. Međutim sa aspekta kodovanja, nema dobitka, jer je minimalno kvadratno rastojanje normalizovano sa brzinom protoka podataka isto kao kod QPSK. Odnos asimptotskog dobitka kodovanja (ACG – Asymptote Coding Gain) kodovanog i nekodovanog sistema se definiše kao odnos minimalnih rastojanja tih sistema normalizovanih brzinom protoka podataka i srednje energije signala. U slučaju 2 Mb/s, minimalno rastojanje je 22 puta energija signala i brzina protoka je 2/11 (b/simbol). Za nekodovanu QPSK minimalno rastojanje je 2 puta energija signala i brzina protoka je 2 (b/simbol). U ovom slučaju ACG iznosi 0 dB. Slično, za slučaj 1 Mb/s, dobija se energetski dobitak od 22 = 13.42 dB (sa QPSK), ali dobitak kodovanja je 0 dB. 2.4.4. Kodovanje u standardu za prenos sa velikom brzinom protoka Tehnika modulacije u standardu 802.11b koja omogućuje brzine od 5.5 Mb/s i 11 Mb/s zove se modulacija komplementarnog kodovanja (CCK - Complementary Code Keying). U osnovi radi se o tehnci proširenog spektra sa direktnom sekvencom koja i dalje koristi QPSK. Osnovna razlika je u izboru koda pseudosličajne sekvence. CCK se zasniva na polifaznim komplementarnim kodovima koji imaju velika Euklidova rastojanja, te su otporni na multi- propagacijski feding. Signal se prenosi protokom od 1.375 Msimbola/s, pri čemu se iz skupa od 64 kodne reči na osnovu 6 ulaznih bita odabira jedna 8-bitna kodna reč u slučaju 11 Mb/s tj. 4- bitna reč u slučaju 5.5 Mb/s, a još 2 bita se koriste za QPSK modulaciju. Na taj način se prenosi 8 bita po jednom simbolu za 11 MB/s, odnosno 4 bita po simbolu za 5.5 Mb/s (tabela 2.4.4.1.). Brzina Domet u Dužina koda Modulacija Protok simbola Bit/Simbol protoka zatvorenom otvorenom 1 Mb/s 11 (Barker) BPSK 1Msim/s 1 50m 550m 2 Mb/s 11 (Barker) QPSK 1 Msim/s 2 40m 400m 5.5 Mb/s 8 (CCK) QPSK 1.375 Msim/s 4 35m 270m 11 Mb/s 8(CCK) QPSK 1.375 Msim/s 8 25m 160m Tabela 2.4.4.1. Komparativne karakteristike 802.11 DSSS tehnika CDMA sistemi sa proširenim spektrom se zasnivaju na ortogonalnosti. Zbog toga CCK nalaze primenu u mnogim CDMA sistemima. Umesto 2-faznog komplementarnog koda, kao što su Wolšovi (Walsh) kodovi, IEEE 802.11b standard bežičnih LAN specificira polifazne CCK za veze velike brzine protoka podataka, do 11 Mb/s. Ulazna reč je {d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7}, pri -21-
  • 22. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN čemu d0 dolazi prva. CCK modulacija prvo kodira bite podataka po fazama u parovima. Par (d 0, d1) se kodira različito u zavisnosti od prethodne reči. Pomeraj faze je definisan u tabeli . Ostali parovi (di, di*1) se kodiraju po fazama definisanim u tabeli (2.4.4.2.). Dibit šema (d0, d1) (d0 Jednaki simboli Različiti simboli prvi u vremenu) Promena faze (+jω) Promena faze (+jω) 00 0 π 01 π/2 3π/2 11 π 0 10 3π/2 π/2 Tabela 2.4.4.2. DQPSK kodovanje Par bita (d i , d i +1 ) ( di Faza prvi u vremenu) 00 0 01 π/2 10 π 11 3π/2 Tabela 2.4.4.3. QPSK kodovanje Rezultat modulacije je kodna reč: c = {c0, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7} Faze datih elemenata su: φ0 = ϕ 0 + ϕ1 + ϕ 2 + ϕ 3 φ1 = ϕ 0 + ϕ2 + ϕ3 φ2 = ϕ 0 + ϕ1 + ϕ3 φ3 = ϕ 0 + ϕ3 + π φ4 = ϕ 0 + ϕ1 + ϕ 2 φ5 = ϕ 0 + ϕ2 φ6 = ϕ 0 + ϕ1 +π φ7 = ϕ 0 Ovih osam jednačina se može transformisati u matričnu predstavu: -22-
  • 23. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN  φ 0  1 1 1 1 0        φ1  1 0 1 1 0  φ  1 1 0 1  ϕ 0   0   2        φ 3  1 0 0 1  ϕ1   π  φ  =  × +  4  1 1 1 0  ϕ 2   0        φ 5  1 0 1 0  ϕ 3   0           φ 6  1 1 0 0  π   φ  1 0 0 0 0  7     Dato kodovanje se može posmatrati kao prošireno (8,3) kodovanje korekcije greške. Ipak, račun se sprovodi u polju Galoa GF(4). Kodne reči CCK su određene sa 4 faze izvedene iz bita podataka. Prema tome, postoji 256 kodnih reči. Znači, CCK kod je generalizovani Barkerov kod. Za CCK-11 kod je (n=8, k=4) lineran kod nad Z 4. Kod protoka od 11 Mb/s, 8 bita (4 Z4 simbola) se koduje sa k x n = 4 x 8 CCK-11 generišućom matricom G sabranoj sa vektorom pokrivanja dužine 8 [0, 0, 0, 2, 0, 0, 2, 0]. Nakon primene QPSK dobija se vektor signala. Kod protoka od 5.5 Mb/s, 4 bita informacije se koduje sa k x n = 3 x 8 CCK-5.5 generišućom matricom G sa vektorom pokrivanja [1, 0, 1, 2, 1, 0, 3, 0]. CCK kod je rotaciono invarijantan, jer je prvi red generišuće matrice G jedinični vektor. To znači da će višestruka rotacija za 90° u prijemniku uticati samo na prvi simbol vektora poruke. Ovo je iskorišćeno u standardu da se diferencijalno koduje/dekoduje prvi simbol, korišćenjem istih metoda kao u slučaju prenosa sa malom brzinom protoka. Asimptotski dobitak kodovanja za CCK je 3 dB (ACG = 2) nad nekodovanom QPSK. Međutim, u praksi je taj dobitak oko 2 dB (slika 2.4.4.1.). Smanjenje dobitka kodovanja u odnosu na asimptotsku vrednost je posledica broja “najbližih suseda” na minimalnom rastojanju, što je predstavljeno u tabeli 2.4.4.2. U njoj se vidi da na minimalnom rastojanju koda (8 E s za CCK-11 i 16Es za CCC-5.5/6.875) postoji 24/14/30 kodnih reči. Ovaj veliki broj najbližih suseda (u poređenju sa samo 2 najbliža suseda u 2 Mb/s Barkerovom kodovanju) u praksi redukuje dobitak kodovanja za oko 1 dB. Treba napomenuti da je moguć i 6.875 Mb/s CCK kod, sa istim minimalnim rastojanjem od 16Es, korišćenjem generišuće matrice 4 x 8, ali taj kod nije deo standarda. Wt/2Es 0 4 6 8 10 12 16 Broj (CCK-11): 1 24 16 174 16 24 1 Broj (CCK-5.5): 1 14 1 Broj (CCK-6.875): 1 30 1 Tabela 2.4.4.2. CCK težinski faktor Standard IEEE 802.11b definiše i opciono kodovanje i modulaciju visokih performansi za slučaj 11 i 5.5 Mb/s transmisije. Ovaj opcioni metod se zove paketsko binarno konvoluciono -23-
  • 24. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN kodovanje (PBCC - Packet Binary Convolutional Coding) i kombinuje BCC sa tehnikom skremblovanja simbola (slika 2.4.4.1.). Ova struktura se koristi i za kodovanje pri 22 Mb/s prenosu. Slika 2.4.4.1. PBCC kodovanje BPSK (5.5 Mb/s) S=0 S=1 QPSK (11 Mb/s) S=0 S=1 8PSK (22 Mb/s) S=0 S=1 Slika 2.4.4.3. Modulacija u koderu 802.11b PBCC metoda (11 Mb/s i 5.5 Mb/s) koristi matricu 1 x 2 nad Z 2 (u oktalnoj notaciji G = [46, 175] ), slika 2.4.4.2. Sledeći korak u koderu je QPSK modulacija kod 11 Mb/s -24-
  • 25. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN prenosa, tj. BPSK modulacija kod 5 Mb/s prenosa. Na kraju se vrši skremblovanje simbola korišćenjem periodične binarne sekvenca dužine 256 bita. Kada je binarna vrednost s=0 u skrembleru, QPSK/BPSK izlazni simbol se šalje direktno, a u slučaju s=1 se izlazni modulisani simbol rotira za 90° (slika 2.4.4.3). Slika 2.4.4.2. PBCC 11 i 5.5 Mb/s U slučaju 22 Mb/s prenosa, koristi se generišuća matrica 2 x 3 nad Z 2 (u oktalnoj notaciji G = [21, 2, 12; 10, 25, 12]), slika 2.4.4.4. Ovo BCC kodovanje se kombinuje sa 8-PSK modulacijom da bi se dobio kodovan, 8-nivoski modulisani signal (slika 2.4.4.5.). Pronađeno je kompjuterskim proračunima, korišćenjem graničnih vrednosti rastojanja, prikazanim u tabeli 2.4.4.3. Težinski faktor u tabeli daje donju granicu udaljenosti između tačaka u konstalaciji signala. Korišćenje ove težinske funkcije za poređenje akumuliranih udaljenosti nad parom sekvenci je osnova za kompjuterski proračun. Granica predviđa slobodnu udaljenost koda dfree = 352, ali precenjuje rast u najbližem susedu. U tabeli 2.4.4.4. se vidi da prosečan broj najbližeg suseda raste u blizini slobodne udaljenosti koda. Slika 2.4.4.4. PBCC 22 Mb/s -25-
  • 26. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Slika 2.4.4.5. Modulacija u slučaju 22 Mb/s prenosa Wt/2Es 3.56 3.74 3.98 4.14 4.32 4.55 ... 99.Wt/2Es 352 370 394 410 428 450 ... Broj 2 47 1 53 437 12 ... Tabela 2.4.4.3. PBCC-22 granični težinski faktor Wt/2Es 3.56 3.58 3.60 3.72 3.74 3.76 3.78 3.98 4.00 4.02 4.14 4.16 99.Wt/2E 352 354 356 358 370 372 374 394 396 398 410 412 s . . . . 1.47 3.01 1.52 . . 1.29 Pros. broj .5 2.786 0913 2783 2667 0927 9 7 8 2497 2503 3 Wt/2Es 4.18 4.20 4.32 4.34 4.36 4.55 4.57 4.59 4.61 4.63 … 99.Wt/2E 414 416 428 430 432 450 452 454 456 458 … s 2.79 1.32 3.84 7.78 3.93 0.28 1.89 3.27 1.84 . Pros. broj … 6 7 3 6 3 2 4 6 8 2693 Tabela 2.4.4.4. PBCC-22 prosečan težinski faktor 2.5. Grafički prikaz performansi modela Performanse različitih kombinacija modela i modulacija su prikazane na slici 2.5.1. Izmerena brzina bita greške (BER – Bit Error Rate) je funkcija odnosa energije primljenog signala i šuma Es/N0. Na slici 2.5.2. je prikazana brzina paketa greške (PER – Packet Error Rate), za pakete od 1000 bajtova (8000 bita), opet kao funkcija odnosa energije primljenog signala i šuma. Na slici 2.5.3. je prikazana PER kao funkcija odnosa energije po bitu i šuma Eb/ N0. Ove krive su korisne za proračunavanje i upoređivanje praktičnog dobitka kodovanja -26-
  • 27. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN sistema. Konačno, na slici 2.5.4. je prikazana PER kao funkcija odnosa energije primljenog signala i šuma (Es/N0) za 22 Mb/s sistem sa “multipath” prijemnikom. To je sistem modelovan metodom koju je razvio IEEE 802.11 komitet i indeksira “multipath” faktorom koji se zove zakašnjeno širenje. Povećanje tog faktora je uslovljeno okruženjem sa izraženijim “multipath” efektom. Slika 2.5.1. BER u funkciji Es/N0 -27-
  • 28. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Slika 2.5.2. PER u funkciji Es/N0 Slika 2.5.3. PER u funkciji Eb/N0 Slika 2.5.4. PER u funkciji Es/N0 za 22 Mb/s sistem 2.6. Prenos sistemima sa proširenim spektrom Već je napomenuto da se u bežičnim komunikacijama i ostalim sistemima sa zajedničkim medijumima, korisna informacija često koduje korišćenjem metoda proširenog spektra. Spektralna efikasnost digitalnog prenosnog sistema se definiše kao odnos korisničke brzine protoka podataka (u b/s) i propusnog opsega (u Hz) spektralne gustine snage ansambla signala koji se prenose. U ovom poglavlju će biti predstavljena informaciono-teoretska definicija sistema sa proširenim spektrima Džima Maseja (Jim Massey). Masej je pokazao da u sistemima sa malom spektralnom efikasnošću, korišćenje metode proširenog spektra je dobar način komunikacije sa prihvatljivim gubicima Šenonovog kapaciteta, a da u sistemima sa velikom spektralnom efikasnošću, matematički precizne predstave proširenog spektra impliciraju značajne gubitke u kapacitetu. Ako spektralna efikasnost nije mnogo manja od 1, metoda proširenog spektra nije praktična. Proširenost spektra signala se žrtvuje zbog povećanja brzine protoka podataka. Međutim, fleksibilna definicija federalne komisije za komunikacije (FCC – Federal Communications Commission) omogućila je FCC da sertifikuje postojeće IEEE 802.11b 11 Mb/s sisteme sa DSSS -28-
  • 29. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN modulacijom. Ovaj praktičan pristup u regulčaciji je zasnovan na činjenici da su IEEE 802.11b signali velike brzine protoka (high-rate) jednako ometajući kao klasični, Barkerovi signali male brzine protoka (low-rate). Ovo je slučaj i sa frekvencijskim i sa vremenskim domenom signala koji se prenosi. Štaviše, IEEE 802.11 specifikuje spomenuta tri razdvojena frekvencijska opsega za bežične eternet sisteme. Ovio znači da 2 Mb/s sistemi vrše prenos od 6 Mb/s u čitavom ISM opsegu, 11 Mb/s sistemi 33 Mb/s, a 22 Mb/s sistemi utrostručavaju kapacitet na 66 Mb/s. Radio spektar je dragocen resurs, pa je zadatak FCC da obezbedi njegovo korišćenje u javne svrhe, ali da to bude i efikasno. Najvažniji zahtevi su pri tome visoke performanse prenosa podataka, ali i izbegavanje uvođenja novih signala čije spektralne karakteristike i karakteristike u vremenskom domenu nisu podržane u postojećim standardima, tj. pravilima, jer je to način da se izbegne interferencije sa proizvodima napravljenim po postojećim standardima. Veliki uspeh 802.11b standarda je ujedno priznanje i za FCC. Predviđa se da će buduće regulacije nastaviti sa povećanjem performansi po ugledu na pristup PBCC-22 modulacije, gde je brzina protoka podataka udvostručena, a da je pri tome zadržana kompatibilnost sa postojećim mrežama, korišćenjem signala sa istim karakteristikama interferencije kao i signali iz postojećeg signalnog seta. 2.6.1. Masejeva definicija proširenog spektra Masej je imao dve definicije propusnih opsega i smatrao da je indikacija širenja spektra povezana sa veličinom njihovog odnosa. Prva definicija propusnog opsega se odnosi na spektralnu zauzetost datog signala ili skupa signala. Ovaj propusni opeg je poznat kao Furijeov propusni opseg BF i odnosi se na raspon frekvencija koje signal ili signali zauzimaju. Tačna numerička vrednost Furiejovog propusnog opsega datog signala zavisi od kriterijuma merenja, kao što su pravilo 3 dB ili 95% snage propusnog opsega. Određeni kriterijum je obično potreban da bi definisao ostale značajne parametre, npr. definisanje odnosa signal/šum (SNR- Signal to Noise Ratio) i gustinu spektralne snage. Furijeov propusni opseg je direktno povezan sa Nikvistovim propusnim opsegom koji se odnosi na semplovanje signala (ili skupa signala) i od fundamentalnog je značaja u teoriji digitalnog procesiranja signala (DSP – Digital Signal Processing). Druga Masejeva definicija propusnog opsega je povezana sa fundamentalnim problemom prenosa informacije i ima smisla jedino za kolekciju ili set signala. Pod problemom prenosa informacije se uglavnom podrazumeva dizajniranje i detekcija signala. Masej je mišljenja da definicija proširenog spektra treba da se odnosi samo na pitanje dizajniranja signala, ali ne i na detekciju signala, tj. da se karakteristike proširenog spektra transmisione šeme ne smeju menjati sa promenama u prijemniku. Dizajniranje signala podrazumeva kreiranje kolekcije signala koje predajnik koristi da bi predao mnoštvo poruka. U toj problematici figurišu mnogobrojni parametri u cilju optimizacije prenosnog sistema – prenosna snaga, Furijeov propusni opseg, spektralna snaga, brzina protoka itd. Parametar brzine protoka signalnog seta se odnosi na veličinu kolekcije signala u signalnom setu. Sistem vrši prenos sa brzinom protoka od R [b/s], ako signalni set tokom vremenskog intervala T [s] definiše 2RT različitih signala. Sa takvom kolekcijom signala, k = RT bita informacije se može prenositi dodeljivanjem korespondencije između liste signala u signalnom setu i 2k mogućih vrednosti za k-bitnu poruku. -29-
  • 30. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Dimenzionalnost signalnog seta uključuje standardnu predstavu bazisa iz oblasti linearne algebre. On se odnosi na minimalan broj nezavisnih parametara potrebnih da se opiše kolekcija signala. Druga definicija propusnog opsega BS odnosi se na dimenzionalnost signalnog seta i opisuje linearnu kompleksnost određene šeme. Sistem vrši prenos sa propusnim opsegom BS [Hz] ako tokom vremenskog inbtervala T [s] dizajnirani signalni set ima bazis sa BST elemanta. Zbog očigledne veze između pojma propusnog opsega i informacione teorije, Masej je imenovao ovu drugu definiciju Šenonovim propusnim opsegom (Shannon bandwith). Treba razlikovati pojam Furijeovog propusnog opsega, Šenonovog propusnog opsega i brzine protoka podataka, iako svi oni opisuju signalni set. Npr. spektralna efikasnost sistema je odnos brzine protoka podataka i Furijeovog propusnog opsega R / BF. Još jedan važan parametar je odnos širenja, ρ = BF / BS. Prva Masejeva primedba je da Furijeov propusni opseg nikada nije BF manji od Šenonovog, tj. da je BF ≥ BS ili ρ ≥ ≥ 1. Masej je mišljenja da je odnos širenja BS logična mera stepena kojim se širi spektar telekomunikacionog sistema. Ako dati sistem ima veliku vrednost za ρ, npr. između 10 i 100, onda je u pitanju sistem sa proširenim spektrom; u obrnutom slučaju, ako je ρ blizu minimuma od 1, sistem se ne tretira tako; konačno, za vrednost npr. ρ = 4, sistem je sa proširenim spektom ili ne – ovo je prelazna, tzv. “siva” oblast. U Šenonovoj originalnoj definiciji kapaciteta kanala (sa ograničenim propusnim opsegom i aditivnim belim Gausovim šumom) iz 1948. godine, opisana je veza između kapaciteta kanala sa jedne strane i Furijeovog propusnog opsega i odnosa signal/šum sa druge. Interpretacija Šenonovog kapaciteta je da je pouzdana transmisija moguća, za dati odnos signal/šum i Furijeov propusni opseg BF, ako i samo ako protok, tj. brzina prenosa podataka nije veća od Šenonovog kapaciteta C. Ovo u praksi znači da Šenonovo ograničenje definiše krajnji protok koji se može dostići u datom okruženju signala. Na slici 2.6.1.1. su predstavljene brzine protoka u odnosu na Šenonovo ograničenje sa modifikovanim formulama. Slika 2.6.1.1. Performanse bežičnog eterneta u zavisnosti od Šenonovog ograničenja -30-
  • 31. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 2.6.2. Prošireni spektar u bežičnom eternetu Interesantna je veza Masejevog tumačenja širenja spektra i DSSS bežičnog eternet standarda i ekstenzija visokog protoka. Kada su nivoi kodovanja u pitanju, sistemi sa Barkerovim kodovanjem uvode netrivijalan odnos širenja ρ = 11 (2 Mb/s) i ρ = 22 (1 Mb/s). Svi sistemi sa velikom brzinom protoka ( > 2 Mb/s) imaju ρ = 1, sa izuzetkom PBCC-5.5 kod koga je ρ = 2. U praksi, signali bežičnog eterneta imaju oblik impulsa koji prelazi dati propusni opseg, pa je zauzeti propusni opseg veći od 11 MHz brzine protoka simbola. Važno je napomenuti da koristeći se terminom Masejevog odnosa širenja, svi sistemi velike brzine protoka imaju istu vrednost (sa izuzetkom pomenutog PBCC-5.5). Ovo sa aspekta informacione teorije znači da npr. CCK-11 i PBCC-22 signali pokazuju isti stepen širenja spektra. Na slici 2.6.1.1. su prikazani zahtevi odnosa signal/šum i brzine protoka podataka za IEEE 802.11b standard i Alantro 22 Mb/s ekstenziju. Na x-osi je odnos signal/šum definisan kao odnos energije simbola i šuma ES/N0, a na y-osi je brzina protoka podataka sistema, uz pretpostavku da je frekvencija simbola 11 MHz. Donja isprekidana kriva predstavlja Šenonovo ograničenje za ρ = 11 (odnos širenja za 2 Mb/s Barkerov sistem). Istaknute vrednosti na grafikonu opisuju različite vrednosti brzine protoka podataka i odnosa signal/šum datog sistema – zahtevani SNR je određen uz pretpostavku da je PER = 10-2 kod 1000-bajtnog paketa (8000 bita). Ova PER mera od 1% je standardna mera “robustnosti” koju IEEE 802.11 komitet koristi. Dati grafikon pokazuje da se superiorne mogućnosti kontrole greške PBCC metode kodovanja mogu iskoristiti za povećanje robustnosti sistema (tj. zahteva za boljim odnosom SNR) ili brzine protoka podataka. Takođe treba primetiti da postojeći 802.11b standard nije usklađen sa Masejevim tumačenjem proširenog spektra u pogledu Šenonove teorije. Razlog ovog neslaganja se nalazi u pragmatičnosti regulative FCC, njihove široke definicije proširenog spektra I striktnosti Masejeve teorije. Naravno, fleksibilnost koju FCC zastupa je neophodna za dalji razvoj bežičnog eterneta velike brzine protoka. -31-
  • 32. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 3. Protokol 5-UP™ za multiservisne objedinjene bežične mreže 3.1. Uvod Razvoj jevtinih, malih i sve moćnijih laptop kompjutera i ostalih mobilnih terminala je podstakao i veliki napredak u WLAN industriji prethodnih godina. Bežične LAN u poslovnim aplikacijama omogućavaju mobilnim uređajima da međusobno komuniciraju i pristupaju izvorima informacija na kontinualnoj osnovi bez sputavajućih mrežnih kablova. Potražnja za bežičnim pristupom i u kućnom okruženju takođe raste, odnosno načini komunikacije između računara i korišćenja zajedničkih resursa kao što su fajlovi, printeri i širokopojasnih internet veza. Korisnički orijentisani elektronski uređaji kao što su zabavne aplikacije i telefoni su uključeni u multiservisnoj kućnoj bežičnoj mreži (slika 3.1.1.). Analitičari procenjuju da će broj mrežnih čvorova u privatnim domovima, uključujući PC orjentisane uređaje i uređaje namenjene zabavi, dostići 70 miliona u 2004. godini. Kako se vidi sa slike 3.1.1. multiservisna kućna mreža se prilagođava različitim tipovima saobraćaja. Idealna multiservisna kućna LAN : • podržava različite tipove saobraćaja kao što su spori i brzi nesmetani asinhroni transfer podataka, telemetrijskih informacija, interaktivnog glasa i video i audio striming. • pruža dovoljan frekvencijski opseg za brzi saobraćaj kako u domu tako i u prenosu ka spolja. • dopušta da više tipova uređaja radi bez interferencije • efikasno podržava uređaje različite po snazi, brzini protoka i ceni. • efikasno alocira spektar i propusni opseg uređajima u mreži • ekonomičnost po pitanju izlaza tako da postoji samo jedan adapter za spoljnu vezu (tzv. mrežni prolaz – gateway) • pokrivenost kućne oblasti po mogućstvu samo sa jednom tačkom pristupa Poznati protokoli bežičnih mreža kao što su Bluetooth, IEEE 802.11 i HomeRF ispunjavaju neke, ali ne isve zahteve multiservisne kućne mreže. Šta više, kako su pomenuti protokoli nezavisno razvijani, diskutabilno je pitanje njihove interoperativnosti, pa čak mogu da uzrokuju i značajne međusobne interferencije kada funkcionišu u istom radio prostoru. Standard 802.11a WLAN je prvi standard koji nudi brzinu i robustnost za kućne mreže. Iako je pristup ovom propusnom opsegu za kućne mreže relativno nov, već su izrađeni i čipseti po pristupačnim cenama, kao npr. Atheros' AR500 802.11a Chipset sa CMOS Radio-on-a-Chip (ROC). Međutim, uređaji kao što su bežični telefon, PDA i neki mrežni uređaji ne zahtevaju postignutu brzinu i još neke performanse koje 802.11a nudi. U ovom poglavlju će biti predstavljeni ekstenzije ovih -32-
  • 33. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN protokola koje dozvoljavaju uređajima manje brzine protoka podataka, manje snage i niske cene da budu interoperativni sa kompleksnijim 802.11a uređajima većih brzina. Slika 3.1.1. Multiservisna bežična kućna mreža sa sistemom za širokopojasni pristup 3.2. Fizički sloj standarda 802.11 Fizički sloj protokola 802.11a je zasnovan na ortogonalnom multipleksiranju sa frekvencijskom raspodelom kanala (OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing), vrstom modulacione tehnike koja koristi višestruke nocioce da bi ublažila efekte “multipath” interferencije. OFDM prenosi podatke putem velikog broja nosilaca koji zauzimaju tačno određene frekvencije. 802.11a obezbeđuje OFDM sa 52 nocioca u 20 MHz propusnom opsegu – 48 služe za prijenos podataka, a 4 su tzv. pilot signali. Svaki nosilac zauzima po 300 kHz, a brzina neprocesiranih signala varira od 125 kb/s do 1.5 Mb/s, zavisno od vrste primenjene modulacije - BPSK, QPSK, 16-kvaterarna amplitudska modulacija 64-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) i od veličine greške koda korekcije (1/2 ili 3/4 brzine protoka). Slika 3.2.1. Fizički sloj 802.11a OFDM je jedna od najefikasnijih tehnika prenosa kada je spektar u pitanju. Umesto da podeli svaki od 52 sub-nosilaca na pojedinačne opsege, OFDM ih sve jednako pokriva (slika 3.2.1). Nepreciznost u tom postupku može dovesti do tzv. interferencije između nosilaca (ICI – -33-
  • 34. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Inter Carrier Interference), gde se podaci sa jednog nosioca ne mogu jasno razlikovati od podataka sa susednih nocilaca. OFDM rešava taj problem korišćenjem principa ortogonalnosti između nosilaca tačno određenih frekvencija. Dodatno, kodovana OFDM je otporna na degradacije kanala usled uskopojasne interferencije ili “multipath” fejdinga. Kodirana informacija se dakle prenosi preko svih nosilaca, pa ako se deo nosilaca izgubi, informacija se može rekonstruisati pomoću bita korekcije greške iz ostalih nosilaca. 3.3. MAC podsloj standarda 802.11 Pristupne metode bežičnim kanalima se dele na tri kategorije: metode izbegavanja sukoba (contention methods), metode ispitivanja (polling methods) i višestruki pristup na bazi vremenske raspodele (TDMA – Ime Division Multiple Access). 802.11a je uglavnom zasnovana na metodama otimanja, uz neke dodatne mogućnosti “polling” metoda. Sistemi sa izbegavanjem sukoba kao što je IEEE 802.11 koriste heuristične principe (npr. slučajni back-off, prisluškivanje / listen-before-talk, vremensko odlaganje interfrejmova) da bi se izbegle (ali ne i u potpunosti eliminisale) kolizije na bežičnom medijumu. IEEE 802.11 takođe upotrebljava signalnu poruku koja tačka pristupa prepoznaje i pomoću nje individualno ispituje selektovanu stanicu za slanje i primanje podataka. Vreme ispitivanja kontroliše parametar određen od strane tačke pristupa i koji je sadržan u signalnoj poruci. Sistemi sa izbegavanjem sukoba su veoma dobro prilagođeni asinhronom saobraćaju. Ovi sistemi rade naročito dobro kada je veličina transmitovane sekvence uporediva sa prirodnom veličinom paketa medijuma. Slotovani sistemi su vrlo dobro prilagođeni izohronim aplikacijama koji imaju zahtev za kontinualnim propusnim opsegom kanala, iako mogu imati posebne zahteve u poređenju sa sistemima sa preuzimanjem kada je u pitanju asinhroni saobraćaj. Sledeće što treba uzeti u obzir kod MAC podsloja je da li postoji rezervisan centralni kontrolor analogan onome u tački pristupa ili baznoj stanici. 802.11a koristi tačku pristupa, ali ima rezervnu metodu kada ne postoji centralni kontrolor, tzv. ad-hok metoda. Naravno, mreža je efikasnija kada je ipak prisutna tačka pristupa. 3.4. Ekstenzija 802.11a standarda 5 GHz 802.11a standard pruža veću brzinu protoka i kapacitet od 802.11b standarda. Da bi se osiguralo kompletno rešenje za bežične kućne mreže, 802.11a se ipak mora dopuniti. Npr. postojeći standard ne podržava različite tipove uređaja i aplikacija, ali ni objedinjenu mrežu koja obezbeđuje da jedan mrežni prolaz ili tačka pristupa opslužuju sve uređaje u kući. Bežični telefon je dobar primer – on ne zahteva brzi protok podataka, ali mora da obezbedi visok kvalitet zvuka i prenos bez grešaka. Trenutno postoje samo dva načina da se bežični telefon implementira pod standardom 5 GHz bežičnih mreža. Prvi je da telefon bude uređaj sa brzinom protoka od 54 Mb/s i da ima raspodeljeno vreme u ciklusu niskog prioriteta. Ovo je ekonomski loše rešenje, a i javlja se visok impuls snage prilikom prijema ili predaje podataka. Drugo rešenje je da se prenos vrši brzinom bliskoj prirodnoj brzini protoka bežičnog telefona, a da ostali mrežni -34-
  • 35. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN čvorovi čekaju dok se prenos završi. Ovo je naravno veoma neefikasno i srozava ukupan protok mreže. Najbolje rešenje je da bežični telefon vrši prenos po svojoj ugrađenoj brzini protoka, ali i ostali čvorovi u mreži da funkcionišu na isti način. Na žalost, ovakva operativnost nije podržana od strane nijednog postojećeg 5GHz standarda bežičnih mreža. Zato je potrebna ekstenzija standarda 802.11a koja se zasniva na OFDM modulaciji. 3.5. Fizički sloj protokola 5-UP 5-UP predlog proširuje OFDM sistem tako da podrži različite brzine protoka i upotrebljene telekomunikacione modele. On je nadogradnja postojećeg IEEE-ovog standarda kojom će se obezbediti ekonomično i efikasno komuniciranje svih uređaja, od bežičnog telefona do personalnih računara, u jednoj bežičnoj multimedijalnoj mreži, brzinom i do 54 Mb/s. 5-UP ovo postiže alociranjem nosilaca na idividualnim osnovama u okviru OFDM signala. Protokol 5- UP se najbolje može opisati ispitivanjem fizičkog sloja i sloja za kontrolu pristupa. Protokol 5-UP obezbeđuje skalabilnu komunikaciju dopuštajući različitim čvorovima veze da simultano koriste različite podskupove nosilaca OFDM signala. Ovo je praktično unapređeni sistem sa višestrukim pristupom na bazi frekvencijske podele (FDMA – Frequency Division Multiple Access). Na slici 3.5.1. je dat primer gde laptop računar, palm pilot (PDA – Personal Digital Assistant) i VoIP telefon (VoIP – Voice over IP) simultano vrše prenos ka jednoj tački pristupa (nije prikazana). Laptop računar generiše svoj OFDM signal koristeći inverznu brzu Furijeovu transformaciju (iFFT – inverse Fast Fourier Transform). Ovaj uređaj ne vrši prenos na nekim nosiocima tako što ima nule na odgovarajućim ulaznim vrednostima u iFFT. Uređaji sa malom brzinom protoka prenosa onda mogu da zauzmu te slotove izostavljene od strane laptop računara. U ovom primeru PDA koristi dva takva nosioca, a bežični telefon jedan. Slika 3.5.1. Primer 5-UP komunikacije -35-
  • 36. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Na prijemnoj strani princip je analogan opisanom. Svi nosioci se mogu simultano primiti u tački pristupa i rekonstruisati u prijemniku sa FFT. Tada tačka pristupa grupiše paralelne izlaze FFT u odvojene pakete striminga podataka. Konačno, kada tačka pristupa vrši prenos ka drugom čvoru, može da upotrebi iFTT da simultano kreira sve nosioce. Svaki od čvorova prima samo njemu namenjen podskup nosilaca, a zanemaruje ostale. Velika prednost ovog pristupa je u tome što su i analogna i digitalna kompleksnost uređaja određena u radio opsezima brojem nosilaca koji se mogu predati/primiti. U krajnjem slučaju kada bi postojao samo jedan nosilac, imali bi BPSK ili QPSK radio uređaj sa jednim nosiocem, koji bi vršio predaju 1/52 izlazne snage u istom opsegu opisanog slučaja. U tabeli 3.5.1. su predstavljene relativne vrednosti analogne i digitalne kompleksnosti uređaja potrebne da se dostigne željeni protok podataka. Brzina Broj Vrsta Tx srednja FFT Tx vrh ADC/DAC protoka nosilaca modulacije snaga veličina 125 kb/s 1 BPSK 0.8 mW ~1 4 bita - 750 kb/s 1 16 QAM 0.8 mW ~1.4 5 bita - 1.5 Mb/s 4 QPSK 3.2 mW ~4 5 bita 4 6 Mb/s 8 16-QAM 6.4 mW ~8 6 bita 8 12 Mb/s 16 16-QAM 12.8 mW ~16 7 bita 16 36 Mb/s 48 16-QAM 40 mW ~48 8 bita 64 54 Mb/s 48 64-QAM 40 mW ~48 8 bita 64 Tabela 3.5.1. Tx snaga na osnovu donjih 100 MHz U.S. UNII opsega 5-UP omogućava projektovanje uređaja širokog spektra kompleksnosti, što rezultuje velikim spektrom cene i snage uređaja koji zadovoljavaju različite zahteve u pogledu brzine protoka podataka, a funkcionišu simultano i efikasno u sistemu velike brzine protoka podataka. U tabeli 3.5.2. dati su primeri brzine protoka i aplikacija uz korišćenje različitih modulacija i broja nosilaca. Brzina protoka Aplikacija Broj nosilaca Vrsta modulacije bežični telefon, 125 kb/s 1 BPSK daljinski upravljač Audio prenos 1.5 Mb/s 2 ili 4 16-QAM ili QPSK visokog kvaliteta MPEG2 video, DVD, satelit, xDSL, 64-QAM, 16-QAM ili 12 Mb/s 12, 16 ili 32 kablovski modem, QPSK mreža podataka HDTV, budući kablovski modem, 20 Mb/s 18 ili 27 64-QAM ili 16-QAM VDSL širokopojasni modem Tabela 3.5.2. Brzine protoka različitih aplikacija sa parametrima modulacije i broja nosilaca -36-
  • 37. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 3.6. Ograničenja 5-UP fizičkog sloja Postoje određena ograničenja u razvoju OFDM sistema. Neka od ovih ograničenja posledica su bliskog smeštanja nosilaca (zbog efikasnosti) i praktičnih limitiranih mogućnosti projektovanja ekonomičnih radio prijemnika. Pitanje kontrole frekvencije, snage i vremena su jedinstveni u periodu kada višestruki čvorovi simultano vrše prenos signala. Ta kontrola nije od značaja kada usamljeni čvor vrši prenos, kao što je u slučaju kada tačka pristupa istovremeno šalje podatke svim čvorovima. U ovom drugom slučaju, nosioci signala iz tačke pristupa treba da stignu u čvorove sa savršenim rastojanjem u frekvenciji, jednakim amplitudama i savršeno usaglašenim vremenom dolaska. 3.6.1. Kontrola frekvencije Da bi tačka pristupa simultano primala višestruke signale, čvorovi moraju da šalju signali na usaglašenim frekvencijama nosilaca. U OFDM sistemu zasnovanom na IEEE 802.11 standardu nosioci su razmaknuti ~300 kHz. Netačnost od 30-tog dela miliona (ppm – parts per million) na frekvenciji od 5 GHz bi dovela do polovičnog prenosa subnosioca i u opseg susedng subnosioca, pa bi oba signala bila neupotrebljiva. U praksi, signali koji dolaze iz različitih predajnika moraju međusobno biti tačni u smislu frekvencije, sa odtupanjem od par ppm vrednosti, da bi se sačuvala dovoljna ortogonalnost (tj. razdvojenost) između nosilaca. Ovo i nije tako zahtevno s obzirom da današnji OFDM sistemi moraju da ekstraktuju frekvencijski ofset dolazećeg signala u okviru par ppm vrednosti i onda da koriguju frekvencijski ofset pre demodulacije signala u FFT demodulatoru. Razlika u 5-UP je u tome što kada se nosioci preklapaju, frekvencije razdvojenih predajnika moraju biti međusobno nedostupne (zaključane) pre prenosa, jer tada tačka pristupa može da uradi konačnu uniformnu korekciju svih nosilaca . To zaključavanje frekvencija radi pristupna tačkka tako što obustavlja sve prenose na pomenutoj frekvenciji. Kada tačka pristupa šalje signale, svi čvorovi mogu da ih prime i da ekstraktuju frekvencijski ofset tačke pristupa pomoću svoje lokalne referentne frekvencije (lokalni kristalni oscilator). Kada se odredi frekvencijski ofset, čvor prekompenzuje primljeni signal u digitalni domen da bi se primljena frekvencija usaglasila sa onom iz tačke pristupa. Frekvencija u tački pristupa generalno nije apsolutno tačna, tačnost o kojoj se govori je u principu relativna. Sve dok čvorovi zaključavaju svoje fekvencije prema ovoj referenci, razmaknutost nosilaca je ispravna. Postoje kontradiktorni zahtevi u pogledu preciznosti zaključavanja frekvencija i zahtevane kontrole snage, što je razmotreno u poglavlju 3.4.5. Kada su frekvencije veoma tačne, pojedinačne frekvencije su ortogonalne, tj. postoji veliki razmak između nosilaca. Na taj način, iako je neki nosilac mnogo veći od ostalih, ipak se svi mogu uspešno primiti. U obrnutom slučaju, nije moguće rekonstruisati sve informacije. Generalno, ±1 ppm je potrebna preciznost frekvencije, a ±3 dB tolerancija u snazi. -37-
  • 38. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 3.6.2. Kontrola vremena U cilju efikasne obrade svih primljenih signala u istom FTT prijemniku u tački pristupa, signali moraju da stižu vremenski regulisano u okviru vremena predviđenog za “multipath” eho efekta u datom okruženju, tzv. intervalu sigurnosti (guard time). Vremenski neregularan dolazak preklopljenih OFDM signala je posledica neusaglašenih intervala sigurnosti. To vreme je u 802.11a protokolu specificirano sa 800ns u zatvorenom prostoru, a u tipičnim situacijama je ±100ns dovoljno vreme. Za kratak domet (~30m), vremenska razlika dolaska signala od strane različitih čvorova nije velika, pa preklopljeni prenosi primljenih signala sa tačke pristupa se mogu vremenski ignorisati. Za veća rastojanja, implementira se petlja kontrole vremena kojom tačka pristupa određuje čvorovima da započnu prenos pre ili kasnije. Tačka pristupa šalje tu komandu u paketima koji regulišu pakete za prenos u svim čvorovima, po principu zatvorene petlje. 3.6.3. Kontrola snage Već je rečeno da se problem frekvencijske nepreciznosti može rešiti korišćenjem principa ortogonalnosti, pri čenu nosioci sa različitih predajnika treba da stižu sa približno istom snagom. Teoretski je moguće i rekonstruisati signale koji imaju perfektno precizne (“zaključane”) frekvencije, a beskonačno veliku razliku u snazi. Međutim, u praksi svi prijemnici imaju ograničen dinamički opseg, tako da je određena kontrola snage signala ipak potrebna. Kontrola snage signala nije nova ideja u bežičnim sistemima - višestruki pristup medijumu na bazi kodne raspodele (CDMA - Code Division Multiple Access) u mobilnim sistemima koristi vrlo sofisticiranu kontrolu snage, kojom se snage signala iz različitih predajnika u prijemniku usaglase u okviru vrednosti od 1 dB. Oavkvo usaglašavanje je potrebn jer CDMA kodovi koji se koriste za različite korisnike nisu u potpunosti ortogonalni. CDMA kodovi su mnogo manje ortogonalni od OFDM nosilaca, čak i sa greškom frekvencije od ±1 ppm kod nosilaca. Kod 5-UP je dovoljna i kontrola snage u oviru ±3 dB. Precizna kontrola snage se ostvaruje korišćenjem zatvorene povratne petlje od prijemnika, tj. prijemna tačka pristupa vraća svim čvorovima informaciju da li snaga prenosa treba da se poveća ili smanji. Međutim, 5-UP ne zahteva veliku preciznost kontrole snage, pa se može upotrebiti i pricip otvorene petlje. U tom slučaju svaki čvor bazira upotrebljenu snagu signala koji se prenosi na osnovu nivoa snage koji može da primi od tačke pristupa. Na primer, ako je signal iz tačke pristupa jak, gubici sa rastojanjem su mali, pa čvor može da vrši prenos i sa malom snagom. Ako je signal iz tačke pristupa slab, snaga signala koji se prenosi mora biti velika da gubici usled rastojanja nemaju efekta. Treba primetiti da perfektno centriranje vremena i primljene snage od strane više predajnika se može postići samo na jednoj prijemnoj lokaciji u bilo kom datom vremenu. Zbog toga, kada se prenosi sa više čvorova preklapaju, sva preklapanja treba odrediti za isti prijemnik. U 5-UP sistemu ovo obezbeđuju čvorovi koji koriste podskup nosilaca i šalju sve svoje informacije tački pristupa. To je najčešća odrednica većeg dela saobraćaja mreže, s obzirom da je -38-
  • 39. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN tačka pristupa povezujući faktor u bežičnoj mreži. Poruke koje su namenjene ostalim bežičnim uređajima, tačka pristupa jednostavno prosleđuje adekvatnim uređajima. Ovakvo centralizovano rutiranje poruka je usvojeni princip u 802.11 protokolu. 3.6.4. Kontrola uskopojasnog fejdinga i interferencije Nedostatak korišćenja nezavisnih nosilaca je da uskopojasna interferencija ili fejding mogu istisnuti kompletan signal iz datog prijemnika, ako se on prenosi sa samo jednim ili nekoliko nosilaca. U tom slučaju, nijedna količina kodovanja ne može rekonstruisati izgubljeni signal. Postoje dva rešenja da se uskopojasni signal napravi robusnijim. Prvo je da se upotrebi diverziti antene. Radio uređaji se projektuju tako da imaju izbor između dve antene. Ako je željeni nosilac u fejding zoni jedne antene, statistički je malo verovatno da je isti slučaj i sa drugom antenom. Efektivan diverziti dobitak od 8 do 10 dB se obično dobija u sistemu sa dve antene. Drugi način za izbegavanje uskopojasne interferencije i fejdinga je “skakanje” na nosioce u toku prenosa. Ovo rešenje je moguće čak i kada se koristi samo Na primer, čvor može da šalje signal na nosiocu broj 1 u početku prenosa, a zatim da ga rebaci na nosilac broj 13. Paketi podataka koji su izgubljeni kada čvor koristi frekvenciju koju ometa interferencija ili fejding, bi trebali da se ponovo pošalju posle sledećeg skoka na novi nosilac. Nekoliko takvih čvorova se može opslužiti istovremeno, skakanjem na istom podskupu nosilaca po sekvencijalnoj osnovi. Sličan princip se može upotrebiti za čvorove koji koriste višestruke sub-nosioce istovremeno, skakanjem po njima u susednim blokovima ili po čitavom skupu nosilaca jednog kanala na drugi tokom vremena, kako je predstavljeno na slici 3.6.4.1. Slika 3.6.4.1. Dodeljivanje nosilaca po frejmovima Može se primeniti i inteligentniji algoritam alokacije nosilaca od prostog nasumičnog skakanja. Uskopojasni fejding i interferencija različito opterećuju čvorove u jednoj mreži u zavisnosti od njihovih položaja. Zbog toga dati sub-nosilac može da bude praktično neupotrebljiv za jedan čvor, a sasvim dovoljan za drugi čvor. Ovo upućuje na osmišljenu alokaciju sub-nosilaca, algoritmom zamene dodeljenih sub-nosilaca, sve dok svi čvorovi budu tolerantno opsluženi. -39-
  • 40. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 3.7. MAC podsloj protokola 5-UP Protokol 5-UP se može lako prilagoditi na rad sa postojećim industrijski implementiranim protokolima kao što je 802.11a. Na slici 3.7.1. je prikazan 5-UP okvir ugrađen u jedan 802.11 a sistem. Na slici redovi predstavljaju različite nosioce, a kolone predstavljaju različite vremenske slotove. Za rad 5-UP protokola neophodne su tri pretpostavke. Prva je da mora postojati način da se iznudi vreme za 5-UP preklopljenu komunikaciju. U slučaju 802.11 ovo se može postići funkcijom usmerene koordinacije (PCF – Point Coordination Function). U originalnoj definiciji 802.11 standarda uključena su dva mehanizma za kontrolu pristupa medijumu. To su funkcija raspodeljene koordinacije (DCF – Distributed Coordination Function) i PCF. DCF je mehanizam predviđen za eternet, na principu slučajnog pristupa kanalu pomoću tehnike CSMA “osluškivanja” sa slučajnim backoff-om. Ovo je najčešći mehanizam pristupa u postojećoj 802.11 tehnologiji. PCF mehanizam pristupa se zasniva na centralizovanoj kontroli prozivanja sa tačaka pristupa. U pristupnom modu, svi čvorovi su “tihi” pre nego što ih tačka pristupa prozove, a tek onda mogu da povratno pošalju paket. Dve vrste signalizacije se koriste da bi se definisalo vreme tokom kojeg je PCF pristupni mehanizam aktivan (tzv. period bez sukoba) ili DCF mehanizam. Signalizacija PCF najavljuje svim čvorovima da je započet period ispitivanja pristupa. Kada čvorovi prime ovaj signal, oni ne vrše transmisiju sve dok ne dobiju odobrenje od tačke pristupa koja je specifično adresirana za njih. Kraj PCF perioda se signalizira sa signalom kraja izbegnutog sukoba (CF-End – contention-free end beacon). U 802.11 sistemu, vreme bez sukoba je tipično periodična veličina, dozvoljavajući gotovo izohronu komunikaciju jednog dela saobraćaja. PCF signalizacija se može iskoristiti za rezervisanje vremenskog perioda tokom kojeg su svi čvorovi “tihi” i 5-UP protokol može da se nesmetano sprovodi. Jednom kada pristupna tačka prenese PCF signal, svi čvorovi moraju ostati “tihi” sve dok se od njih ne zatraži da prenesu određenu validnu poruku odobrenja. Kako se preklopljeni 5-UP saobraćaj neće pojaviti kao validna poruka odobrenja, to znači da čvorovi ostaju neaktivni tokom 5-UP perioda. Tada čvorovi omogućeni sa 5-UP se mogu adresirati 5-UP protokolom bez interferencije sa ostalim “tihim” čvorovima. Posle završenog 5-UP perioda, tačka pristupa šalje 802.11 CF-End poruku da bi reaktivirala 802.11 čvorove koji su bili deaktivirani inicijalnom PCF signalizacijom. Primanjem CF-End poruke, komunikacija se vraća ne-preklopljenoj 802.11a metodi. Na ovaj način kanali se mogu vremenski raspodeliti između klasične 802.11a operacije i 5-UP operacije. Postojeći čvorovi će operisati samo tokom 802.11a perioda, a neće prenositi ili primati nijedan validan paket tokom 5-UP perioda. Sa druge strane, novi čvorovi koji operišu samo tokom 5-UP perioda, kao što su čvorovi koji operišu samo nad podskupom nosilaca, neće prenositi i primati tokom 5-UP perioda. Konačno, implementacija podrazumeva postojanje čvorova koji mogu da obrađuju i 802.11a i 5-UP poruke u oba navedena perioda. Tačka pristupa može prilagoditi vreme PCF i CF-End signalizacije radi saobraćajnog balansa 5-UP i 802.11a čvorova. Drugi zahtev za ugradnju 5-UP protokola u 802.11a protokol je da se obezbedi da svi uređaji tačno znaju kada treba da vrše prenos u 5-UP preklopljenom domenu, a kada po 802.11 -40-
  • 41. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN metodama. Za čvorove koji razumeju samo 5-UP protokol ili mogu da koriste samo podkup nosilaca, svaki pokušaj komunikacije za vreme 5-UP perioda će biti nerazuman i prikazivaće se kao šum. Međutim, 5-UP signalizacija transmitovana na početku ovog perioda je razumljiva. Ona se transmituje individualno na svakom nosiocu, tako da je može primiti i razumeti čak i uređaj sa samo jednim nosiocem. Ova signalizacija sadrži informaciju o dužini 5-UP perioda i rasporedu sledećeg 5-UP perioda. Jednom sinhronizovani, čvorovi koji komuniciraju samo tokom 5-UP perioda su dalje neaktivni tokom 802.11a perioda. Direktna “peer-to-peer” komunikacija ili komunikacija sa tačkom pristupa je dozvoljena tokom ne-preklopljenog perioda. Međutim, tokom 5-UP preklopljenog perioda, dozvoljena je samo komunikacija ka ili od tačke pristupa. Treći osnovni zahtev je da 5-UP čvorovi budu u mogućnosti da zahtevaju određeni servis i da su snabdeveni informacijom koje nosioce, šeme skakanja i vremenske slotove treba da koriste. 5-Up signalizacija se transmituje na svakom nosiocu tako da i čvor sa samo jednim nosiocem može ispravno da interpretira ovu signalizaciju, bez obzira na koji je nosilac on podešen. Signalizacija uključuje informaciju o tome koji nosioci i vremenski slotovi su slobodni za potražnju servisa ili pridruživanja mreži. Kao što je prikazano na slici 3.7.1. postoje “uplink” slotovi (transmituju ka tački pristupa) i “downlink” slotovi (primaju od tačke pristupa). Čvor koji traži servis čeka sve dok ne dobije odgovor tokom “downlink” vremenskog slota. Odgovor uključuje nosioce i vremenske slotove koji se alocirati za saobraćaj za taj uređaj. Ako mreža operiše u režimu frekvencijskog skakanja, postojaće i indikacija šeme skakanja. Neke informacije kao što su vremenska referenca i kada period preklopljene komunikacije počinje i kada se završava, moraju se prenositi na svakom nosiocu. Sa druge strane, neke informacije kao što su koji je vremenski slot pridružen kom čvoru za dati nosilac, su jedinstvene za svaki nosilac. Informacija koja je jedinstvena za dati čvor (npr. sleep/wake informacija) treba da se prenese samo na jednom nosiocu od svih koji su pridruženi tom čvoru. Slika 3.7.1. 5-UP okvir -41-
  • 42. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 4. Arhitektura WLAN pristupne mreže za mobilne operatere 4.1. Uvod Konstantan pristup modernim kancelarijskim alatkama je jedna od najznačajnijih prednosti današnjih poslovnih ljudi koji koriste mobilnu tehnologiju. Baze podataka i informacije poslovnih korporacija su dostupne i na velikim udaljenostima, zahvaljujući internet (IP- Internet Protocol) okosnici, ali zahtevne aplikacije (npr. download-ovanje e-mail poruke sa velikim fajlom), u smislu velikog propusnog opsega, često prevazilaze transmisioni kapacitet mreža mobilne telefonije. Znači razmatra se postupak u javnim bežičnim mrežama koji bi zadovoljio potrebu komfornog on-line pristupa servisima korporacija, čak i sa aspekta zahtevnih aplikacija. WLAN radio tehnologija ima superioran propusni opseg u odnosu na tehnologiju mobilnih uređaja. Standard 802.11b ima maksimalan protok od 11 Mb/s na opsegu frekvencija oko 2.4 GHz za koji nije potrebna licenca. Maksimalan protok podataka individualnog korisnika u javnim WLAN radio mrežama je 11 Mb/s (tipična vrednost je 6.5 Mb/s), dok GPRS ručni set (GPRS – General Packet Radio Service) ima najvišu vrednost od 172 kb/s (tipična vrednost je 42 kb/s), a terminalske stanice treće generacije do 2Mb/s (tipična vrednost je 144 kb/s). Sa apekta ponuđenih performansi krajnjem korisniku, razlike su ogromne u korist WLAN sistema. Većina WLAN terminalskih stanica su laptop kompjuteri ili palm pilot (PDA) sa odvojenim WLAN mrežnim adapterima. Razvoj WLAN terminala se kreće ka sve više integrisanim uređajima – zajedno sa WLAN PDA telefonima i integrisanim PDA uređajima. Potreba poslovnih ljudi za širokopojasnim javnim pristupom podacima i ubrzani proboj WLAN terminala stvara odličnu mogućnost za mobilne operatore da prošire svoje servise i tako pokriju i WLAN pristup. Numerički je to potkrepljeno sledećim podatkom: samo u SAD postoji više od 50 miliona laptop vlasnika, od kojih je 30 miliona GSM pretplatnika. WLAN može da dopuni postojeće GPRS i GSM servise sa rešenjem za protok podataka u širokom propusnom opsegu. Ciljni objekti pristupni servisi na aerodromima, železničkim stanicama, hotelima, poslovnim prostorijama i zgradama, tj. na mestima gde korisnici laptop računara najčešće rade. Ključno pitanje je kako objedniti prednosti mobilne telefonije – veliku bazu GSM korisnika, velike infrastrukturne investicije i roaming ugovore, sa WLAN mrežama. Predložena je nova WLAN arihtektura usmerena ka mobilnoj telefoniji, nazvana operatorski WLAN sistem (OWLAN – Operator WLAN), kombinacija upravljanja GSM pretplatnika i platnog mehanizma sa tehnologijom pristupa bežičnim LAN mrežama. OWLAN pruža mogućnost IP roaming-a između različitih operatora mreža. OWLAN rešenje je na raspolaganju svim bežičnim LAN uređajima koji poseduju čitač SIM kartice i definisan signalni modul OWLAN. Prvi probni pilot sistem je napravljen 2000. godine, a prvi komercijalni sistem takvog tipa u julu 2001. godine. -42-
  • 43. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 4.2. Uvod u OWLAN sistem 4.2.1. Projektovanje Buduće mreže mobilnih operatera će biti kombinacija nekoliko radio-komunikacionih tehnologija, kao što je GSM/GPRS, treće generacije radio mreža i WLAN. Individualan korisnički identitet će se koristiti jednako u svim pristupima tim mrežama, da bi se omogućio nesmetani roaming i kontinualnost servisa. OWLAN sistem treba da održi kompatibilnost sa postojećim GSM/GPRS funkcijama roaming-a i naplate u mreži, jer to minimizuje eventualne modifikacije u opremi GSM okosnice i izmenu standardizacije. Prirodan izbor za upravljanje WLAN pretplatnicima je GSM-ov modul pretplatničke identifikacije (SIM – Subscriber Identity Module), jer je već široko implementiran i omogućava roaming postojećim GSM/GPRS mrežama. U prvoj fazi, fokus WLAN poslova je na aplikacije podataka. Zbog toga OWLAN sistemi treba da su optimizovani za inicijalni terminalni IP servis podataka, što bi smanjilo kompleksnost sistema. Tehnološka evolucija ka IP sveobuhvatnim servisima u bežičnim LAN je uslovljena raspoloživosti infrastrukture IP sveobuhvatnih servisa mobilnih operatora. Da bi se smanjila cena instalacija i kompleksnosti, OWLAN sistemi treba da iskoriste postojeće GPRS naplatne sisteme. GPRS operatori imaju određeni mehanizam za razmenu podataka o naplati između mreža operatora. Isti mehanizam će se primeniti i kod prenosa podataka o naplati kod WLAN sistema. 4.2.2. Arhitektura OWLAN sistema Arhitektura OWLAN je predstavljena na slici 4.2.2.1. Sastoji se iz javne LAN mreže i operatora mobilne mreže, koji komuniciraju putem IP mehanizma. Glavni izazov u prjektu je bio prenos standardnog signala autentifikacije GSM pretplatnika sa terminalske stanice ka operatoru mreže mobilnih uređaja koristeći okvir IP protokola. OWLAN arhitektura je praktično prvi korak ka mobilnoj operatorskoj IP mreži. OWLAN sistem sadrži 4 fizička entiteta: server za potvrdu verodostojnosti (autentifikaciju), kontrolor pristupa, tačku pristupa i mobilni terminalska stanica (krajnji uređaj). Arhitektura sistema podseća na GPRS mrežu, a uporedne razlike su predstavljene u tabeli 4.2.2.1. Značajna razlika u odnosu na GPRS arhitekturu je što se u OWLAN sistemu samo kontrolni signal prenosi do mobilnog centra. Kontoler pristupa vodi korisnički paket podataka direktno na IP okosnicu, koji se koristi za pristup javnim i privatnim servisima. Ovakva arhitektura izbegava kompleksnost GPRS-ovog roaming-a, s obzirom da nije potrebno prenositi korisnički IP saobraćaj iz mobilnog centra u kućnu korisničku mrežu. Prema tome, OWLAN pristupom smanjuje se opterećenje mobilnog centra. Princip autentifikacije pretplatnika: -43-
  • 44. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 1) WLAN terminalska stanica se pridruži određenoj WLAN tački pristupa, dobije IP adresu od kontrolora pristupa (access controller), a zatim inicijalizuje autentifikaciju na mreži tako što šalje jedinstveni autentifikacioni zahtev kontroloru pristupa. 2) Kontrolor pristupa prenosi autentifikacioni zahtev serveru autentifikacije koji ostvaruje vezu između pristupne mreže i GSM signalizacione mreže. 3) Server autentifikacije ispituje GSM registar kućne lokacije (HLR – Home Location Register) da bi dobio neophodne podatke za autentifikaciju. Slika 4.2.2.1. Arhitektura OWLAN sistema OWLAN GPRS Funkcija -44-
  • 45. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Autentifikacioni Autentifikacija korisnika, SGSN server pristup naplati Krajnja tačka IP mrežnog Kontrolor pristupa GGSN paketa, alokacija IP adrese Tačka pristupa BTS Radio pokrivenost Mobilna terminalska Mobilni telefon Krajnji korisnički uređaj stanica Tabela 4.2.2.1. 4.3. Elementi sistema Slika 4.3.1. Elementi OWLAN sistema 4.3.1. Server potvrde verodostojnosti -45-
  • 46. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Server potvrde verodostojnosti (autentifikacije) je glavna kontrolna tačka u OWLAN sistemu. Jedan entitet može da podržava nekoliko kontrolora pristupa i da pruži servise autentifikacije i naplate hiljadama roaming korisnika u različitim pristupnim zonama. Server autentifikacije komunicira sa kontrolorom pristupa koristeći RADIUS autentifikacioni protokol, koji je de fakto autentifikacioni, autorizacioni i računovođstveni protokol (AAA – Authentication, Authorization, Accounting) u IP industriji. Kada se korisnik isključi, server autentifikacije prima podatke računa i konvertuje ih u GPRS naplatni format. Server autentifikacije praktično razdvaja infrastrukturu mobilne telefonije od pristupne mreže. On je prolaz do elemenata centra mreže mobilne telefonije, tj. GSM registra lokacije i GPRS naplatne kapije. Server autentifikacije šalje standardni GSM autentifikacioni signal HLR- u koristeći SS7 signalnu mrežu koja povezuje više različitih operativnih mreža. Mreža mobilne telefonije indetifikuje korisnika koristeći GSM internacionalni identifikacioni kod mobilnih pretplatnika (IMSI – International Mobile Subscriber Identity) koji se nalazi na SIM kartici. U prototipu sustema server autentifikacije je bio implementiran korišćenjem Windows NT platforme koja je bila povezana direktno na Nokijin mobilni komutacioni centar (MSC – Mobile Switching Centre). Na slici 4.3.1. je prikazana opisana konfiguracija u kojoj MSC sadrži MAP redundantni interfejs velikih performansi i balansira signalni saobraćaj iz WLAN sistema i obične GSM signale. Ovde WLAN zahtev nikada ne može zablokirati neki GSM signal. Alternativno, server autentifikacije bi mogao da se implementira sa MAP interfejsom. Unapred definisana bit šema u HLR pretplatničkom servisu ukazuje na pretplatu WLAN servisa. Autentifikaconi server uvek proverava da li je korisnik roaming usluge pretplaćen na WLAN servis. Razmišlja se i o daljim ekstenzijama servisnog profila, kao što su npr. kvalitet klase servisa WLAN pretplatnika. Trenutni GSM standard ne definiše bit šemu WLAN servisa, pa je interpretacija pravila servisnog profila nezavisna za svakog operatera. 4.3.2. Kontrolor pristupa Kontrolor pristupa obezbeđuje internet izlaznu kapiju između radio pristupa mreži i fiksnog IP jezgra. On alocira IP adrese mobilnih terminalskih stanica i održava listu autentifikacije IP adresa terminalskih stanica. Kontrolor pristupa je u stvari saobraćajni filtar koji vrši monitoring adresa svakog dolazećeg i odlazećeg IP paketa, i pri tome odbacuje svaki paket koji dolazi sa neautentifikovane terminalske stanice. Mobilne terminalske stanice se razdvajaju korišćenjem IP adresa i jedinstvene WLAN specifične MAC adrese sloja veze. Verifikacijom MAC adresa se sprečava istovremeno korišćenje duple IP adrese od strane nekog korisnika. Takođe, kontrolor pristupa prikuplja informacije o računu u naplatne svrhe. Prototip ovakvog kontrolora je implementiran korišćenjem platforme IP rutera, preciznije NOKIA IP330 serijskim ruterom. 4.3.3.Tačka pristupa u WLAN -46-
  • 47. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Tačka pristupa pruža bežičnu eternet vezu između mobilne terminalske stanice i fiksne LAN mreže. Tačke pristupa su povezane u istu LAN sa kontrolorom pristupa. One su Wi-Fi uasglašene i podržavaju brzinu protoka od 1, 2, 5.5 i 11 Mb/s. Tipičan domet jedne Wi-Fi tačke pristupa je 50-100 m u zatvorenom prostoru. Ovaj domet se može povećati korišćenjem direkcionoih antena i mrežnim planirajem. Tačka pristupa ima zajednički radio interfejs, pa količina aktivnih terminalskih stanica utiče na efektivnu korisničku brzinu protoka. Kad ne bi bilo drugih terminalskih stanica u nekoj tački pristupa, usamljeni korisnik bi mogao da koristi kompletnu radio-vezu od 11 Mb/s. Ovo je značajna razlika u odnosu na GPRS radio pristup. 4.3.4. Mobilna terminalska stanica OWLAN servis je raspoloživ bilo kojoj terminalskoj stanici sa WLAN radio-pristupom, čitačem SIM kartice i softverskim modulom za SIM autentifikaciju. Krajnji korisnik upotrebljava WLAN karticu sa integrisanim SIM čitačem ili WLAN karticu i eksterni “pametni” čitač kartice (smart card reader). Proizvođači laptop računara najavljuju ugradnju integrisanih “pametnih” čitača kartica. OWLAN terminalska stanica detektuje roaming WLAN mrežu korišćenjem unapred definisanog mrežnog profila koji sadrži listu identifikatora roaming radio mreža. Kada ulazi u novu lokaciju, terminalska stanica upoređuje imena WLAN mreža na raspolaganju sa roaming profilom i pridružuje se odgovarajućoj bežičnoj LAN. Operatori vrše distribuciju profila putem SIM kartica ili Web serverom. 4.4. Operatorski sistem Zahtevi za održavanjem kompatibilnosti sa postojećim WLAN uređajima i jezgrom mobilne tehnologije implicitno vode ka arhitekturi sistema u kojoj se neophodne SIM specifikovane signalne poruke prenose korišćenjem IP protokola. IP pristup čini OWLAN sistem nezavisnim od WLAN standarda i omogućava primenu itog koncepta za buduće 5 GHz WLAN sisteme kao što su IEEE 802.11 i HIPERLAN/2. Funkcionalna povezanost kontrolora pristupa i servera potvrde verodostojnosti ostvaruje kompleksnost jezgra mreže na niskom nivou. Filtriranje i rutiranje IP paketa je računarski intezivan proces koji se vrši na delu pristupne mreže gde se obrađene jedinice mogu distribuirati mnogobrojnim kontrolorima pristupa. Ovo popravlja skalabilnost i robustnost sistema. Na slici 4.4.1. je prikazana arhitektura kontrolne ravni. Centralna komponenta softvera mobilnih terminalskih stanica je modul roaming kontrole, koji roaming servisima nudi korisnički interfejs sa grafičkom kontrolom. Ovaj modul komunicira sa SIM karticom. OWLAN specifičan protokol autentifikacije i računovođstva pristupne mreže (NAAP – Network Access Authentication and Accounting Protocol) obuhvata GSM autentifikacionu poruku unutar IP paketa. NAAP koristi UDP (User Datagram Protocol) -47-
  • 48. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN transportni sloj, ali uključuje i retransmisioni mehanizam koji obezbeđuje pouzdan prenos kontrolnih poruka. Ključna komponenta kontrolora pristupa je upravljački deo pristupa – Access Manager koji kontroliše IP rutiranje i sakuplja računovođstvene statistike. RADIUS protokol nosi SIM specifične autentifikacione parametre unutar posebnih oznaka proizvođača, pa se računovođstveni podaci podnose korišćenjem standardnih RADIUS računovođstvenih oznaka. Najvažniji modul autentifikacionog servera je autentifikacioni kontrolor koji upravlja RADIUS autentifikacionim porukama i komunicira sa GSM centrom. Računovođstveni modul prima i skladišti računovođstvene informacije sa pristupne mreže. Ovaj modul je u interakciji sa GPRS naplatnom kapijom korišćenjem GTP naplatnog protokola. Ne postoji jedinstven GTP interfejs, već više različitih kombinacija GTP verzija i različitih formata podataka naplate. Autentifikacioni server nudi otvoren FTP (File Transfer Protocol) interfejs koji se koristi za prenos računovođstvenih podataka direktno ka različitim naplatnim sistemima. Slika 4.4.1. OWLAN arhitektura kontrolne ravni 4.4.1. Potvrda verodostojnosti (autentifikacija) Centralni deo OWLAN sistema je potvrda verodostojnosti na SIM osnovi. Kontrolor pristupa praktično povezuje terminalsku stanicu i server potvrde verodostojnosti. Prvi korak autentifikacione sekvence je aktiviranje korisničkog terminala korišćenjem ličnog identifikacionog broja (PIN – Personal Identity Number). SIM kartica i korisnički identitet su zaštićeni PIN kodom. Kada se startuje faza potvrde verodostojnosti, softver potražuje od korisnika njegov PIN kod. Ovaj proces je ekvivalentan onom u GSM-u i predstavlja zaštitu od korišćenja ukradene SIM kartice bez znanja tačnog PIN koda. -48-
  • 49. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Faze potvrde verodostojnosti na SIM osnovi (slika 4.4.1.1.): 1) Inicijalno, terminalska stanica (MT) utvrđuje lokaciju kontrolora pristupa (AC – Access Controller) u mreži tako što šalje NAAP poruku na koju kontrolor pristupa treba da odgovori. 2) Nakon primanja IP adrese kontrolora pristupa, terminalska stanica šalje inicijalni autentifikacioni zahtev kontroloru pristupa, pri čemu je IMSI kod uključen u okviru identifikatora pristupa mreži (NAI – Network Access Identifier). NAI je deo standardnog IETF AAA okvira. Deo radnog domena NAI identifikatora pronalazi područja kućnih operatora, npr. IMSI@operator.com. 3) Kontrolor pristupa i RADIUS infrastruktura koriste deo radnog domena za prosleđivanje autentifikacionog zahteva ispravnom serveru potvrde verodostojnosti (AS – Authentication Server) 4) Server potvrde verodostojnosti traži GSM triplet iz registra HLR korišćenjem MSC veze. 5) 6) Server potvrde verodostojnosti šalje GSM RAND mobilnoj terminalskoj stanici, zajedno sa porukom autentifikacionog koda obrađenim u RAND. Poruka autentifikacionog koda vrši potvrdu verodostojnosti mobilne mreže terminalskoj stanici i omogućava međusosobnu potvrdu. 7) Terminalska stanica obrađuje poruku autentifikacionog koda i upoređuje je sa onom primljenom od strane mreže. Ako one nisu usaglašene, terminalska stanica može detektuje da je u pitanju pogrešna usluga i prekida odgovor na autentifikacioni zahtev. Ovakav mehanizam sprečava zlonamerno dobijanje RAND i SRES para IMSI koda, ali i nemoguće saznanje tajnog ključa sa SIM kartice. Procedura autentifikacije poruke koristi HMAC mehanizam koji ovde neće biti razmatran. 8) Terminalska stanica obrađuje potpisani odgovor (SRES – Signed RESponse) korišćenjem algoritma sa SIM kartice i takođe vrši obradu poruke autentifikacionog koda. 9) 10) Terminalska stanica šalje odgovor kontroloru pristupa koji se prosleđuje serveru potvrde verodostojnosti. 11) Server potvrde verodostojnosti verifikuje odgovor tako što obrađuje sličnu poruku autentifikacionog koda putem SRES. 12) Server potvrde verodostojnosti šalje rezultujući kod autentifikacije kontroloru pristupa. 13) Ako je autentifikacija uspešna, kontrolor pristupa šalje serveru potvrde verodostojnosti indikator da je uspostavljena nova (accounting) sesija. 14) 15) Kontrolor pristupa omogućava rutiranje paketa podataka terminalske stanice i šalje -49-
  • 50. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN potvrdu terminalskoj stanici. Slika 4.4.1.1. Sekvenca potvrde verodostojnosti na SIM osnovi Autentifikaciona procedura se može prekinuti iz sledećih razloga: • IMSI kod nije poznat u registru HLR • WLAN servis nije ovlašćen • operator pristupa ne podržava roaming datog IMSI koda • server potvrde verodostojnosti nije primio triplete iz HLR registra U svakom slučaju terminalska stanica ostaje nepotvrđena i kontrolor pristupa ne rutira IP saobraćaj terminalske stanice. Tokom autentifikacione sekvence server potvrde verodostojnosti šalje terminalskoj stanici i kontroloru pristupa vrednost dužine trajanja sesije (session lifetime value), koja označava koliko dugo je autentifikaciona sesija validna. Kada to vreme istekne, kontrolor pristupa prekida vezu terminala. On takođe o tome obavesti server potvrde verodostojnosti, koji -50-
  • 51. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN zatvara računovođstvenu sesiju za datu terminasku stanicul. Terminalska stanica mora da inicira re-autentifikacioni sekvencu pre nego što istekne vreme trajanja tekuće sesije, ako želi da je produži. Re-autentifikaciona procedura dozvoljava operatoru da dodeli pristup koji je validan samo određeno vreme. Ovo je koristan mehanizam za “prepaid” sisteme i bilo koje drugo okruženje gde je naplata vezana za određeno vreme pristupa. Ovo takođe dozvoljava operatoru da potvrđuje verodostojnost terminalske stanice periodično tokom aktivne sesije, baš kao i u GSM sistemu. 4.4.2. Računovođstveni i naplatni postupak Kontrolor pristupa nadgleda saobraćaj podataka i periodično šalje statistiku saobraćaja ka serveru potvrde verodostojnosti. Sledeće metode računovođstvenog postupka (accounting) su podržane: • Vremenski bazirana – pamte se vreme početka i završetka veze • Količinski bazirana – pamti se količina transferovanih podataka • Flat rate – fiksirana univerzalna vrednost Server potvrde verodostojnosti konvertuje podatke računa u standardni format GPRS podataka naplate (CDR – Charging Data Record). WLAN CDR-ovi su markirani sa WLAN- specifičnim kodom identifikacije. Server potvrde verodostojnosti verifikuje primljene podatke računa autentifikovane terminalske stanice (IMSI kod). To obezbeđuje da se naplata ne generiše za vezu koja nije ispravno potvrđena. Šta više, podaci računa su zaštićeni korišćenjem tajnog mehanizma u RADIUS protokolu. Ovaj mehanizam sprečava eventualno umetanje netačnih podataka računa u IP mrežu, s obzirom da kontrolor pristupa i server potvrde verodostojnosti, koji imaju zajednički tajni ključ, detektuju ako se podaci prepravljaju tokom prenosa. Zajednički ključ se unosi u kontrolor pristupa i server potvrde verodostojnosti tokom konfiguracije sistema. Podaci koji se prenose se takođe mogu i kriptovati sa protokolom IP zaštite (IPSEC – Internet Protocol SECurity) između kontrolora pristupa i servera potvrde verodostojnosti. Konačno, server potvrde verodostojnosti dostavlja generisane CDR-ove naplatnoj kapiji i naplatnom sistemu. Eksplicitna pravila u skladu sa kojima se eventualna veza naplaćuje su definisana u back-end procesu naplatnog sistema operatora. 4.4.3. Roaming za strane WLAN mreže -51-
  • 52. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Za razliku od mnogih provajdera internet servisa, mobilni operateri imaju izgrađenu infrastrukturu i pravila za podržavanje roaming-a između različitih pristupnih mreža kao i između operatorskih mreža. Mobilni operateri imaju ugovor o razmeni autentifikacije i podataka računa između roaming i kućnog (lokalnog) operatora. Postojeći naplatni sistem operatora takođe ima mogućnost međusobne razmene informacija o računu pretplatnika. Na slici 4.4.3.1. je ilustrovano kako roaming-roaming mehanizam funkcioniše u OWLAN sistemu: Slika 4.4.3.1. WLAN roaming za stranu operatorsku mrežu 1) Prvo se roaming mobilna terminalska stanica pridružuje spoljnoj stranoj OWLAN mreži i inicijalizuje autentifikaciju tako što šalje autentifikacioni zahtev kontroloru pristupa, koji se prosleđuje serveru potvrde verodostojnosti. 2) Server potvrde verodostojnosti analizira IMSI identifikaciju i verifikuje da operatori imaju validan roaming ugovor za WLAN servise. Zatim server potvrde verodostojnosti šalje autentifikacioni upit tačnom HLR registru korišćenjem GSM SS7 mreže. 3) Odgovarajući HLR registar odgovara sa korisničkim profilom i autentifikacionim tripletima, i autentifikaciona procedura se odvija na uobičajeni način. Kada terminalska stanica prekine vezu, server potvrde verodostojnosti šalje informacije o naplati ka naplatnom sistemu stranog operatora. 4) IMSI kod ukazuje da je CDR generisan za roaming terminalsku stanicu. Naplatni sistemi operatora međusobno regularno komuniciraju i razmenjuju GSM/GPRS i WLAN-specifične informacije o naplati za roaming korisnike. Korišćenjem ovog -52-
  • 53. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN mehanizma naplatni sistemi stranih operatora prosleđuju WLAN CDR-ove ka korisničkim lokalnim operatorskim naplatnim sistemima, koji se na kraju uključuju u račun krajnjeg korisnika. 4.4.4. Bezbedan daljinski pristup za korporativne korisnike Ciljna grupa potrošača OWLAN servisa su poslovni mobilni korisnici koji koriste ekstenziju bežične LAN za pristup mreži korporacije. Da bi se garantovala privatnost poslovno važnih informacija, potrebno je da se uspostavi veza između terminalske stanice i mreže korporacije kriptovana na oba kraja. Obično se ovu radi uspostavljanjem veze servera virtuelne privatne mreže (VPN – Virtual Private Networking) na strani mreže korporacije i odgovarajućeg softvera VPN klijenta u udaljenoj terminalskoj stanici. Upotrebljivost daljinskog pristupa se može unaprediti ugradnjom VPN autentifikacionog sertifikata u SIM karticu. Na taj način je omogućena zaštita VPN ključeva i uspostavljanje VPN autentifikacije posle SIM bazirane autentifikacije pristupne mreže. U ovakvom pristupu operator nudi i VPN i pristupni servis u bliskoj kooperaciji sa informativnom upravnom službom korporacije. Nekoliko VPN klijenata podržava samo korišćenje rutabilnih IP adresa umesto privatnih IP adresa. Ovo je uobičajeno ograničenje kod servisa daljinskog pristupa, jer operator treba da alocira veliki broj rutabilnih IP adresa za roaming korisnike. Arhitektura OWLAN sistema zahteva korišćenje modernih VPN uređaja sa podrškom privatnog adresiranja, a to poboljšava skalabilnost i upotrebljivost javnih WLAN pristupnih sistema. 4.5. Skalabilnost i robustnost sistema Mobilni operatori imaju veoma visok prag tolerancije greške i elastične zahteve u pogledu mrežne infrastrukture. Da bi se udovoljilo ovim zahtevima operacije tačke pristupa, kontrolora pristupa i servera potvrde verodostojnosti moraju biti pouzdane, a sistem treba da obezbedi dovoljno redudantne karakteristike. Kritičan deo OWLAN sistema je nedostatak tolerancije autentifikacionog servera obzirom da jedan autentifikacioni server može da istovremeno uslužuje nekoliko pristupnih mreža i desetine hiljada mobilnih korisnika. Minimalna instalacija OWLAN sistema se sastoji iz dva autentifikaciona servera. Nedostatak tolerancije autentifikacionog servera je prevaziđen korišćenjem standardne RADIUS proksi infrastrukture, predstavljene na 4.5.1. slici. Kontrolor pristupa je povezan na oba proksija, jedan primarni i drugi sekundarni RADIUS proksi. Ako autentifikacioni srver ne odgovori na poruku kontrolora pristupa, kontrolor pristupa šalje poruku sekundarnom RADIUS proksiju, koji je prosleđuje sekundarnom autentifikacionom serveru. Na osnovu toga, redudantna infrastruktura IP rutiranja i RADIUS proksiji obezbeđuju neprekidnu komutaciju između autentifikacionih servera u slučaju greške. Ovakav pristup omogućava mobilnim operatorima da povećaju kapacitet sistema dodavanjem autentifikacionih servera u mreži. Implementiraju se samo proksi serveri koji su prethodno testirani na inter-operativnost. -53-
  • 54. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Rizik gubljenja podataka računa je minimalizovan njegovim periodičnim ažuriranjem autentifikacionom serveru. Operator može poboljšati robustnost sistema i instalacijom sekundarnog kontrolora pristupa koji se koristi kada je primarni zagušen ili pokvaren. Platforma kontrolora pristupa takođe nadgleda i svoju internu funkcionalnost. Ako platforma ne funkcioniše ispravno, poslaće alarmnu poruku upravljačkom sistemu mreže i/ili automatski se resetovati. Redudantnost pristupnih tačaka nije previše kritična. Ako neka tačka pristupa ne funkcioniše ispravno, isključiće svoj radio signal, pa se terminalska stanica automatski preusmerava na novu tačku pristupa. Slika 4.5.1. Korišćenje RADIUS proksija za redundantnost sistema -54-
  • 55. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 5. Povezivanje protokola bežičnih mreža 802.11 i IS-856 5.1. Uvod: razlozi za povezivanje protokola Broj uređaja za 802.11 bežične mreže kratkog dometa se danas ubrzano povećava. Sa druge strane, provajderi mreža pokušavaju da implementiraju protokol za veoma brzi bežični prenos podataka, kao što je IS-856, koji bi komplementirao postojeće bežične mreže za prenos glasa. Standard IS-856 je integrisan u protokole za CDMA (CDMA – Code Division Multiple Access) mreže. 802.11 i IS-856 protokoli imaju sličnu arhitekturu. Oba koriste sličnu tehniku modulacije za prenos podataka kroz bežične medijume, protokol za kontrolu pristupa (MAC) koji upravlja fizičkim i slojem veze u OSI sistemu, a tačke pristupa (AP) posreduju u okviru mreža. Isto je i rešenje za automatsko preuzimanje logičke podrške veze imeđu pristupnih tačaka i mobilne stanice koja prelazi iz jedne u drugu oblast pokrivenosti. Oba protokola su dobro usaglašeni i sa višim slojevima TCP/IP protokola. Razlika je u tome da je 802.11 standard predviđen za bežične lokalne mreže kratkog dometa, kod kojih je maksimalna udaljenost između stanica reda veličine 100m. Standard IS-856 takođe podržava LAN, ali se opseg komunikacije meri desetinama kilometara. Takođe postoji razlika i u tome što je IS-856 dizajniran kao integralni deo mreže mobilne komunikacije koja radi na određenim licenciranim frekvencijskim opsezima, a mreže 802.11 uređaja koriste nelicencirane frekvencije i moraju da rade uprkos činjenici da možda neki drugi uređaj u blizini koristi isti spektar radio frekvencija (u različite svrhe). Ove razlike, a pre svega razlika u opsegu rada, navode na ideju da bi ova dva bežična sistema mogli da se iskombinuju u smislu komplementarnosti. Važan faktor je i mogućnost da korisnici 802.11 uređaja tim postupkom dobiju pristup internetu putem njihovog internet provajdera (ISP – Internet Service Provider). Povezivanje protokola se može lako ostvariti zbog komplementarnosti u ključnim pitanjima. U ovom poglavlju će biti predstavljeno kako IS-856 i 802.11b upravljaju bežičnim medijumima, zatim tehnika povezivanja tih protokola i psotojeći predlozi da ISP iskoriste ove tehnike za preuzimanje 802.11 korisnika. -55-
  • 56. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 5.2. Pregled 802.11 arhitekture Danas tipična aplikacija za 802.11 protokol omogućava bežični pristup TCP/IP mreži za laptop kompjutere, ali 802.11 nije ograničen na ovaj vid aplikacija, već na osnovu njega se mogu koristiti svi uređaji koji imaju pristup komunikacionom medijumu za kratak domet. Planira se da uređaji projektovani za specifične zadatke koji ostvaruju komunikaciju sa okolnim uređajima budu deo 802.11 servisa u ad-hok mrežama. Neki od tih uređaja bi mogli da istovremeno budu deo strukturalnog okruženja interneta. Ovo je posebno važno za pojedine korisnike ili grupu korisnika koji imaju različiti skup interaktivnih uređaja . Uređaji će koristiti TCP/IP za razmenu informacija, a 802.11 definiše MAC protokole za korespondenciju sa slojem veze i fizičkim slojem OSI modela, pa je on pogodan za baznu konekciju od koje zavisi ostatak steka protokola TCP/IP. Ovaj aspekt 802.11 standarda omogućava elegantno usaglašavanje sa IS-856 mrežama. Na primer, jedna IS-856 mreža može lako da obezbedi okosnicu za povezivanje nekoliko odvojenih 802.11 mreža u jedinstven mrežni domen. Jedan od osnovnih ciljeva protokola 802.11 je bio da obezbedi podršku servisima koji su konzistentni sa servisima 802.3 mreža. To je omogućilo da specifičnosti bežičnih komunikacija budu irelevantne za više slojeve steka protokola. Sa aspekta IP sloja, bežična komunikacija sa 802.11 se ne razlikuje od komunikacije putem 802.3 linka podataka, asinhronog transfera (ATM – Asynchronous Transfer Mode) ili bilo kojeg drugog servisa linka podataka. Naravno, različiti mediji su predviđeni za različite domete, tako da korisnik ipak može da oseti razliku u performansama ovih sistema, ali bitno je da će dobro projektovane aplikacije uspešno raditi preko svih ovih medijuma. Ta kompatibilnost znatno utiče na pojednostavljenje i robusnost aplikacija, kao i na njihov brže projektovanje. 5.3. Projektovanje za različite primere Osnovna organizaciona jedinica jedne 802.11 mreže je osnovni servisni skup (BSS – Basic Service Set). BSS koja nije povezana na drugu mrežu se označava kao nezavisna BSS (iBSS – independent BSS), prikazana na slici 5.3.1. Ona koristi MAC protokole da bi ustanovila na koji način njeni korisnici koriste medijum. Ne sme biti skrivenih komunikacionih čvorova u jednoj iBSS. Svakom korisniku treba omogućiti da može da komunicira sa bilo kojim drugim korisnikom. iBSS je idealna za skup personalnih uređaja koji se kreću zajedno sa vlasnikom (npr. laptop, mobilni telefon, DVD plejer, PDA, video/audio rikorder itd.). Dakle, 802.11 meža koja bi ih povezivala bi omogućila individualnom korisniku da kominicira sa drugim na više načina. Drugi primeri bi bili satovi sa alarmom, kućne sigurnosne kamere, kontroleri prskalica za baštu, kućni sistemi za zabavu, mašine za pravljenje kafe i konačno personalni kompjuteri. Mreža koja bi povezala sve ove uređaje bi omogućila njihovim vlasnicima da ih koriste ne samo sa određene udaljenosti, već i na potpuno nov način (npr. usmeriti prskalice u vrtu na provalnike). -56-
  • 57. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Slika 5.3.1. Nezavisna BSS Kada je BSS povezana na neku mrežu putem tačke pristupa (AP – Access Point), onda je u pitanju infrastrukturna BSS. To je najčešća konfiguracija, pa se pod terminom samo BSS podrazumeva upravo infrastrukturna BSS. Generalno govoreći, korisnici BSS pored pristupnih tačaka su personalni računari. Da bi olakšali pokrivanje oblasti zgrade u okviru iste 802.11 mreže, grupa BSS, koja se zove prošireni servisni skup (ESS – Extended Service Set) definiše kako tačka pristupa preuzima vezu (handing-off) za korisnike mreže kada se stanica kreće između pristupnih tačaka (slika 5.3.3.). Tačke pristupa su povezane sa osnovnim linkom koji obezbeđuje medijum za hand-off protokol. Slika 5.3.2. ESS. 802.11 standard podržava simultana egzistenciju iBSS i BSS mreža. On razmatra načine za indeksiranje mreža i uslove za pristup mreži, tako da ne predstavljaju interferenciju jedna drugoj. Cilj je znači da računari spomenuti u primeru iBSS simultano učestvuju u privatnim 802.11 mrežama i u infrastrukturi 802.11 mreže koja podržava pristup internetu. -57-
  • 58. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Slika 5.3.3. Handing-off 5.4. Protokol MAC podsloja 802.11 standard se sastoji od nekoliko protokola MAC podsloja koji obezbeđuju niz servisa neophodnih za opisane tipove bežičnih mreža. BSS i iBSS organizuju svoju komunikaciju pomoću signalnog protokola koji sadrži informaciju labele mreže tako da 802.11 uređaji mogu da otrkiju postojeću mrežu u dometu njihovih antena. Signalni protokol uspostavlja vremenske intervale mreže kojim se određuje kada stanica pristupa medijumu Kod iBSS kada se odrede vremenski interval i mreža, stanice mogu da razmene podatke. Kod BSS postoje dve dodatne grupe servisa za upravljanje saobraćajem podataka. 5.5. Servisi distribucije i stanice Devet servisa BSS su grupisani u pet servisa distribucije i četiri servisa stanice. 5.5.1. Servisi distribucije Servisi distribucije upravljaju protokom podataka u okviru jednog BSS i vrše transfer podataka izvan tog BSS. Oni pružaju roaming mogućnost tako da bežične stanice mogu da se kreću između BSS-ova u jednom ESS. Servisi su: • asocijacija • reasocijacija • disasocijacija • distribucija • integracija -58-
  • 59. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN o Asocijacija kreira logičke veze između bežičnih stanica i tačaka pristupa. Kada se uspostavi asocijacija, tačka pristupa prosledi informacije bežičnoj stanici. Servis asocijacije se koristi kada se bežična stanica prvi put priključi BSS-u ili ako je izostala komunikacija između tačke pristupa i bežične stanice u dužem vremenskom periodu. o Reasocijacija je slična asocijaciji. Bežična stanica koristi reasocijaciju kada se kreće između tačaka pristupa. Bežična stanica koja ulazi u oblast pokrivenosti neke tačke pristupa obaveštava tu novu pristupnu tačku sa zahtevom asocijacije identifikujući prethodnu tačku pristupa koja joj je bila servis. o I bežična stanica i tačka pristupa mogu da koriste disasocijaciju. Bežična stanica šalje poruku disasocijacije kada napušta BSS. Tačka pristupa šalje poruku disasocijacije bežičnoj stanici kada prestaje da bude aktivna ili ako nema mogućnost da opslužuje bežičnu stanicu. o Tačka pristupa koristi servis distribucije da bi prosledila okvire primljene od bežične stanice u svom BSS. Okviri se mogu proslediti drugoj stanici u BSS, drugoj stanici u ESS ili ruteru za dostavu izvan WLAN mreže. o Integracija i distribucija kreiraju svojevrsni portal za ne-802.11 mreže. Integracija uzima 802.11 okvir i preuređuje ga u okvir za različit tip servisa linka podataka, kao što je na primer eternet. 5.5.2. Servisi stanice Servisi distribucije omogućavaju bežičnim stanicama i tačkama pristupa da uspostave vezu, a servisi stanice daju dozvolu za korišćenje određenog BSS-a i dostavu podataka u tom BSS-u. Servisi su: • Provera verodostojnosti (autentifikacija) • Ukidanje verodostojnosti (deautentifikacija) • Zaštita privatnosti • Isporuka podataka Provera verodostojnosti, ukidanje verodostojnosti i zaštita privatnosti su potencijalno značajni servisi, ali postoje mišljenja da postojeće definicije ovih servisa nisu dovoljne za bezbedan pristup WLAN mreži. Da bi se obezbedio integritet IP saobraćaja koji se šalje kroz 802.11 WLAN mrežu, umesto pomenutih ograničenja postoje alternativni načini kao što je IPSec. Najvažniji servis je isporuka podataka, koji treba da obezbedi pouzdanu dostavu podataka, a da pri tome minimizuje duplikate i ponavljena slanja. To je suštinski servis za kretanje podataka kroz WLAN. MAC podsloj protokola 802.11 obezbeđuje isporuku podataka, distribuciju i upravljačke servise. -59-
  • 60. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 5.6. Pregled arhitekture IS-856 pristupne mreže 802.11 MAC protokoli omogućavaju prozvodnju velikog broja različitih kratko- dometnih bežičnih mreža, od skupa ad-hok stanica do integrisanih podmreža kompleksnih internet struktura. Fleksibilnost i laka adaptacija na TCP/IP mrežu, 802.11 standard čini najpogodnijim rešenjem za personalne uređaje. CDMA protokol je prvobitno dizajniran za efikasni prenos paketa podataka glasa korisnika. Prenos glasa ima različita ograničenja u odnosu na prenos ostale vrste podataka, a glavna razlika je da se vreme kašnjena minimizira nauštrb tačnosti podataka, jer je ljudsko uvo tolerantnije na male distorzije nego na kašnjenje. Za običan prenos podataka, uglavnom je obrnuto, greška u podacima povećava retransmisiju paketa, što opet smanjuje protok mreže u celini. U CDMA mreži bazna stanica šalje podatke bežičnoj stanici putem veze napred (forward link), a bežične stanice koriste povratnu vezu (reverse link) za komunikaciju sa baznom stanicom. Standard IS-856 koristi paketsku strukturu povratne veze CDMA mreže zadržavajući kompatibilnost sa prenosom glasa. Struktura veze napred se razlikuje, ali modulacione tehnike su iste u oba slučaja, pa je takođe zadržana kompatibilnost. Ipak, upravljanje tehnikama za prenos glasa i prenos podataka se razlikuje. Poziv glasom podrazumeva samo jednu CDMA vezu tokom koje poziv počinje i završava se, dok prenos paketa podataka uključuje više CDMA, atko da se CDMA mreža koristi samo kada bežična stanica nora da razmeni podatke sa ostatkom mreže. Usamljena logička sesija mreže – browser sesija ili e-mail sesija – sastoji se od mnogobrojnih CDMA konekocija. U prototipu IS-856 sistema registracija bežičnih stanica u mreži je bila pojednostavljena, jer su sve već bile poznate. U komercijalnim sistemima, IS-856 koristi RADIUS servis autentifikacije (RADIUS – Remote Authentication Dial-In User Service) za upravljanje registracijom i konfiguracijom informacija koje trebaju pristupnoj mreži. Tehnika RADIUS servisa nije upotrebljena za registraciju mobilnih telefona u CDMA mrežama. Provajder korišćenjem RADIUS protokola sjedinjuje svoj računovođstveni i naplatni postupak obrade podataka sa ostalim sistemima naplate govornog saobraćaja. RADIUS protokol je način da se izvrši autentifikacija konekcija sa mrežom podataka i opciono da se pruži informacija uređaju o uspostavljenoj vezi. Kada korisnik bežične stanice započne sesiju sa ISP, bežična stanica i mrežni pristupni server (NAS – Network Access Server) razmenjuju seriju poruka kojima se identifikuje korisnik i dobijaju konfiguracioni parametri za PPP (Point-to-Point Protocol) sesiju između stanice i pristupne mreže. NAS može da koristi i baze podataka o autentifikacionim podacima koji su potrebni kada stanica pokušava da se poveže. 5.7. Pristupna mreža i bežične stanice Da bi se obezbedio maksimalan protok svih bežičnih stanica u mreži, IS-856 koristi asimetričnu putanju podataka, slično asimetriji između veze napred i povratne veze u CDMA sistemu. Korišćenjem ovog pristupa, dobija se veća brzina protoka u vezi napred od povratne veze. Korisnički model za bežične stanice podrazumeva da je zahtev za povratnom vezom -60-
  • 61. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN (linkom) podataka sličan zahtevu terminalskih stanica žičanih mreža. Veza napred u bežičnim stanicama ostvaruje protok i do 2.4 Mb/s, a povratna veza ima konstantan protok od 153.6 kb/s za svaku stanicu. Pristupna mreža posreduje u vezi između bežičnih stanica i interneta, korišćenjem pristupnih tačaka u svakom sektoru. To je privatna mreža, transparentna i nevidljiva sa tačke gledišta uređaja vezanih na bežičnu stanicu ili interneta. Pristupne mreže upravljaju IP prostorom za sve bežične stanice u servisnoj oblasti, a pored prenosa podataka, one imaju i funkciju nadgledanja i održavanja. Pristupna mreža i bežična stanica koriste PPP kao protokol linka podataka. PPP se prenosi putem radio kanala korišćenjem protokola radio veze (RLP – Radio Link Protocol) standarda IS-856. RLP minimizuje gubitak podataka i retransmisiju paketa u cilju pružanja zadovoljavajućeg interfejsa bežičnim stanicama, tj. stopu greške koja zadovoljava ili čak prevazilazi potrebe adekvatne PPP performanse. U prototipu, svaka bežična stanica upravlja lokalnom podmrežom. Ova podmreža je deo IP prostora dodeljenog prototipskom sistemu, a ne pristupnoj mreži. U komercijalnoj implementaciji, korišćenjem takvog pristupa, podmreža kojom upravlja bežična stanica bila bi deo ISP-ovog IP prostora. Korišćenjem protokola dinamičke konfiguracije domaćina (DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol) bežična stanica upravlja IP prostorom i prenosi TCP/IP saobraćaj između uređaja, servisa bežičnih stanica i tačke pristupa. Budući da bežična stanica upravlja PPP vezom, uređaji donjih nivoa nemaju potrebu za tim, već funkcionišu kao i u običnoj TCP/IP LAN. Bežična stanica i tačka pristupa su u kooperativi da bi odvojili uređaje od PPP sesije i dozvolili stalne TCP/IP sesije, nezavisne od CDMA veza. Ovo pomaže optimalnom korišćenju sredstava CDMA mreža na transparentan način u odnosu na korisnike. 5.8. Arhitektura pristupne mreže Na slici 5.8.1. je prikazana veza između bežične stanice (BS) i pristupne mreže, kao i interna struktura pristupne mreže. Pristupna mreža se sastoji od više podsistema, a osnovni sistemi su integracioni (konsolidacioni) ruter, kontrolor modemske grupe (MPC – Modem Pool Controller) i tačka pristupa. UDP/IP (User Datagram Protocol / Internet Protocol) se koristi u oviru pristupne mreže za povezivanje tih podsistema. Ovo je pojednostavljena arhitektura prototipa, ali veći deo istih komponenti i funkcija je potreban i za komercijalni sistem. Konsolidacioni ruter je granica između pristupne mreže i ostatka interneta. On obezbeđuje internetu informacije o rutiranju za sve bežične stanice kojima upravlja pristupna mreža. On takođe upravlja saobraćajem u pristupnoj mreži, obezbeđujući da privatni saobraćaj ostaje u okviru pristupne mreže. Rutiranje za uređaje korisnika ka internetu je izvedeno na osnovu informacija sakupljenih od strane MPC. MPC je srce pristupne mreže. On sadrži konfiguracioni server (CS – Configuration Server), overhead menadžer (OHM – Overhead Manager) i set selektorskih funkcija (SFs – Selector Functions). MPC sa OHM i Sfs upravlja bežičnim stanicma u okviru svih ćelija kojima pristupna mreža pruža servis. Glavna uloga OHM je da dodeli određenu selektorsku funkciju na korišćenje tokom sesije bežične stanice. U prototipu, OHM takođe dostavlja konfiguracione informacije koje dobija od statičke baze -61-
  • 62. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN podataka u konfiguracionom serveru. U komercijalnim sistemima, konfiguracioni server je u interakciji sa RADIUS autentifikacionim, autorizacionim i računovođstvenim (AAA protokol) serverom pri dobijanju neophodnih informacija za svoju bazu podataka. Kada pristupna mreža registruje bežičnu stanicu (putem tačke pristupa), tačka pristupa obaveštava OHM o tome. OHM određuje neku SF da upravlja vezom sa bežilnom stanicom. U komercijalnoj implementaciji, SFs mogu dobiti paramtre bežične stanice iz baze podataka konfiguracionog servera ili direktno od AAA servera. SF je kooperativan sa bežičnom stanicom u cilju održavanja PPP stanja. SF vrši enkapsulaciju PPP paketa podataka u RLP, zatim ih šalje preko UDP/IP ka tački pristupa. SF takođe ažurira konsolidacioni ruter sa tekućim informacijama rutiranja za bežičnu stanicu. Kada se bežična stanica pomera između pristupnih tačaka, tj. kada ulazi u novi sektor, SFs za svaku tačku pristupa ažurira konsolidacionom ruteru putanju te stanice. Slika 5.8.1. Pristupna mreža Tačka pristupa u IS-856 je podeljena na dve celine, lokalni ruter i modulacionu opremu, kojima povezuje pristupnu mrežu sa mrežom mobilnih uređaja. Tačka pristupa raspodeljuje svoju modulacionu opremu na veliki broj bežičnih stanica. Tokom vremena, bežične stanice servisirane od strane jedne tačke pristupa se menjaju. Lokalni ruter u okviru tačke pristupa omogućava modulacionoj opremi da se poveže na ostatak pristupne mreže, bez obzira na to kako su sredstva servisa pridružena bežičnoj stanici. Modulaciona oprema se sastoji od para modula veze napred i povratne veze (FLM/RLM – Forward Link Module / Reverse Link Module) i jednog RF adaptera. Ovo se naziva predajnikom zajedničkog modema (MPT – Modem Pool Tranceiver). Svaki FLM i RLM je u stvari jedan IP uređaj pristupne lokalne mreže . RF adapter ima ulogu da poveže FLM-ove i RLM-ove na RF sistem CDMA bazne stanice. -62-
  • 63. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN FLM prima pakete podataka upućene bežičnoj stanici. On obezbeđuje interfejs između sloja mreže i sloja prenosa podataka i vrši središnju modulaciju podataka. Nakon etape središnje frekvencije (IF – Intermediate Frequency), on predaje podatke RF adapteru za dalju distribuciju u ćeliji. RLF vrši obrnuti proces – prima IF podatke sod RF adaptera, izvrši demodulaciju, zatim formatizuje podatke u paket koje šalje ka SF (MPC). Na slici 5.8.2. je pokazano kako pristupna mreža koristi UDP protokol da bi uradila enkapsulaciju paketa koji se razmenjuju između bežične stanice i interneta. Označeni IP datagram sadrži korisničke podatke koji se kreću ka i od mobilnog čvora. Drugi sloj protokola na dijagramu pokazuje enkapsulaciju koje se koristi da bi pristupna mreža bila transparentna za internet i uređaje povezane sa bežičnom stanicom. IS-856 sistem održava PPP stanje između bežične stanice i SF. Ovo se mora postići uprkos kretanju bežične stanice između sektora, a time i između pristupnih tačaka. Pristupna mreža održava ovu informaciju korišćenjem UDP da bi “umotao” čitav paket u RLP sloju. Ako bežična stanica promeni tačku pristupa, SF ažurira svoju internu putanju novom paru FLM/RLM. Na ovaj način SF i bežična stanica održavaju PPP stanje, bez obzira na to kako se stanica kreće između sektora. Slika 5.8.2. Protokol pristupne mreže -63-
  • 64. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 5.9. Primer tipične IS-856 sesije Pri potpunoj implementaciji konfiguracioni server funkcioniše kao RADIUS klijent da bi imao informaciju o pojavi bežične stanice u polju pristupne mreže. Konfiguracioni server kešira informaciju o bežičnoj stanici da bi optimizovao upotrebu RADIUS-a. Bežična stanica traži sesiju sa mrežom nosioca tako što se najavljuje tački pristupa. U CDMA sistemima za prenos glasa, tačka pristupa zahteva SF i autentifikaciju od bežične stanice. Kada su SF i modulaciona sredstva pridruženi, a izvršena je autentifikacija bežične stanice, ta SF i BS uspostavljaju PPP kanal. SF održava to PPP stanje i u odsustvu bilo kakvog saobraćaja, dopuštajući tako CDMA sistemu da napusti CDMA vezu ne prekidajući IP sesiju bežične stanice. OHM skladišti vrednost praznog hoda, tj. vreme kada nema prenosa. Ako za to vreme nema saobraćaja u povratnoj vezi, SF će ispustiti CDMA vezu, ali će zadržati PPP stanje, sve dok se PPP sesija ne završi. Kada bežična stanica šalje nove podatke nova CDMA veza se započinje, a SF prenosi saobraćaj ka konsolidacionom ruteru. Slično je i za saobraćaj veze napred, kada nema uspostavljene CDMA veze između SF i bežične stanice, SF signalizira FLM da kreira vezu da bi poslao podatke ka bežičnoj stanici. Provajder obezbeđuje IS-856 servis instaliranjem pristupne mreže i dopisivanjem AAA baze podataka sa informacijama o bežičnim stanicama koje uslužuje pristupna mreža. U prototipu, svaka bežična stanica je sposobna da upravlja malim delom IP prostora na svoj način, dopuštajući bežičnim stanicama da kreiraju lokalnu mrežu. Sve bežične stanice u naplatnoj bazi podataka koriste susedni IP prostor – ovo pruža veliku fleksibilnost kako za korisnika tako i za operatora. Svaki korisnik može imati malu LAN pridruženu bežičnoj stanici. Budući da se broj TCP/IP uređaja stalno povećava, ovo je značajan koncept. Provajderi mogu da pruže usluge bilo kom broju ISP-ova iznajmljujući pristup bežičnoj mreži za IP prostor. Alternativno, provajder može da zameni ISP i da upravlja IP prostorom svih bežičnih stanica registrovanih na mreži. Arhitektura IS-856 mreže nije ograničena u tom pogledu. Bez obzira na to kako se IP prostor administrira, svaka bežična stanica u IS-856 mreži je sposobna da distribuira IP adrese kojima se upravlja. Kombinujući ovu osobinu sa sveprisutnim i korisnim 802.11 uređajima, IETF je demonstrirala povezivanje 802.11 protokola i IS-856 mreže. 5.10. Primer kombinovanja prototipa IS-856 mreže sa 802.11 tačkama pristupa IETF se uglavnom oslanja na internet komunikaciju prilikom razvoja protokola koji su od važnosti za nove servise koji se mogu obezbediti putem interneta. Sastanci IETF komiteta se dešavaju tri puta godišnje u takozvanoj “Terminalskoj Sobi”. To je u stvari lokalna mreža koja obezbeđuje internet pristup učesnicima i članovima koji nisu lično prisutni. Do nedavno je ta lokalna mreža imala žičani pristup do hotela u kojem se skup održavao. Poslednjih nekoliko sastanaka su doneli novinu 802.11 bežičnog pristupa za učesnike koji su pratili dešavanja posredstvom svojih bežičnih kućnih mreža. Tako je na u decembru 2000. godine na 49. IETF sastanku u San Dijegu, SAD, demonstrirano rešenje za učesnike smeštene van centralnog hotela -64-
  • 65. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN snabdevene 802.11 karticama u svojim laptop kompjuterima. Njima je obezbeđen adekvatan pristup kombinovanjem prototipa IS-856 mreže sa 802.11 pristupnim tačkama u ovim dodatnim hotelima (slika 5.10.1.). Slika 5.10.1. Primer veze hotelske mreže U svakom od tih hotela je instaliran po jedan 802.11 BSS. Tačke pristupa su povezane na prototip Qualcomm IS-856 bežične stanice putem kratke 10baseT eternet veze. Svakoj IS-856 bežičnoj stanici je dodeljen opseg IP adresa prototipske mreže. 802.11 pristupna tačka je obezbeđivala održavanje BSS, a IS-856 bežična mreža je obezbeđivala okosnicu veza ka 802.11 mrežama. To nije u suštini ESS, jer korisnici nisu imali roaming servis u okviru tih BSS i mogućnost privatnosti svoje mrežne adrese. Međutim, principski ne postoje smetnje ka nadogradnji ovog rešenja u jedan ESS. 100000 10000 1000 Brzina protoka (b/s) 100 Direktno 10 Usmereno 1 Ghoogl.-H Embasy-H Tlaflour IETF-b1 IETF-b6 IETF-b3 Hilton-H IETF-a9 OTA-H1 IETF-a7 IETF-a1 Korisnici Slika 5.10.2. Prosečna direktna i usmerena brzina protoka Tokom skupa pojedini učesnici su opremljeni sa IS-865 bežičmnim stanicama za individualnu upotrebu. Ovo je urađeno radi poređenja performansi individualnog korišćenja -65-
  • 66. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN IS-856 mreže sa zajedničkim pristupom putem 802.11b mreže povezane na internet posredstvom IS-856 mreže. Mreža 802.11b pruža brzinu protoka konkurentnu sa 10 Mb/s žičanom mrežom. Kako su korisnici 802.11 BSS imali slične performanse kao prilikom multikorisničkog korišćenja usamljene IS-856 bežične mreže, ovaj ekspermint je pokazao da IS-856 mreža pruža adekvatnu okosnicu za 802.11 ESS. Na slici 5.10.2. je prikazan uzorak prosečne brzine podataka individualno i zajednički korišćenih IS-856 bežičnih stanica tokom skupa. Uočljivo je da su direktne i usmerene brzine podataka uglavnom uporedljive. Korisnici zajednički korišćenih bežičnih stanica nisu osetili značajnu razliku u brzini protoka između 802.11b i IS-856. -66-
  • 67. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN 6. Zaključak Poznati protokoli bežičnih mreža kao što su Bluetooth, IEEE 802.11 i Home RF su u početku napravljeni za propusni opseg na 2.4 GHz, od strane organizacija koje su pri tome uzele u obzir faktore kao što su cena, kompleksnost i performanse. Međutim, različiti protokoli mogu da uzrokuju značajnu međusobnu interferenciju kada funkcionišu u istom radio prostoru, jer su neusaglašeni usled nezavisnog razvijanja i variranja pomenutih razvojnih parametara od tržišta do tržišta i od aplikacije do aplikacije. Ovaj problem se posebno ističe u okruženju kao što su rezidencijalne mreže gde se od jedne mreže traži da servisira širok spektar aplikacionih klasa. IEEE 802.11a standard je operativan u 5 GHz opsegu i nudi mnogo veće brzine od ostalih WLAN standarda, ali se ne može adekvatno upotrebiti kod objedinjenih mreža koje podržavaju multiklasne uređaje sa različitom brzinom, performansama, energijom, kompleksnošću i zahtevanom cenom. Ove različite klase uređaja su značajno važnije od kada su se LAN proširile sa servisa kancelarijski orijentisanih računarskih interkonekcija na oblast servisa za video i audio distribuciju i sistribuciju podataka kod interno povezanih uređaja u kancelarijama i korisničkim kućama. Robustni prenosi velike brzine protoka su zastupljeni na način kompatibilan onom u 802.11a standardu, ali ovde je omogućeno jevtinim interkonekcijama male brzine protoka da funkcionišu uz malu degradaciju u ukupnom mrežnom protoku. 5-UP protokol dozvoljava konstrukciju radio uređaja podešenih na zahteve performansi bilo kojih aplikacija od 125 kb/s pa nadalje. Sa 5-UP povećanjem svako čvorište u mreži (tj. interkonekcija) može da zauzme privatni, zasebni kanal, bez kolizije, izgubljenih podataka, odbijanja i čekanja da se medijum oslobodi. 5-UP ne zahteva velike bafere jer se brzina protoka gotovo poklapa sa traženom brzinom protoka podataka, pa to čini 5-UP prirodnom multimedijalnom podrškom i servisom kvaliteta (QoS –Quality of Service). 5 GHz Objedinjeni Protokol je definitivno korak napred u razvoju novog visoko-funkcionalnog standardu bežičnih LAN za kućne mreže, koji će omogućiti svim uređajima, bez obzira na njihove zahteve u pogledu propusnog opsega, da rade u istoj mreži. 5-UP će omogućiti QoS, rezervisani propusni opseg i protok od 54 Mb/s, a sve to po razumnim cenama, alokaciji propusnih opsega i korišćenju resursa energije. Porast broja korisnika roaming usluga i servisa širokopojasnog interneta je stvorila potrebu za javnim IP pristupom velike brzine protoka koji ima potrebne roaming mogućnosti. WLAN sistemi imaju širok propusni opseg, ali skromne IP roaming mogućnosti, kao i loše karakteristike globalnog upravljanja. U poglavlju 4. predstavljen je sistem koji efikasno integriše WLAN pristup sa široko implementiranom GSM/GPRS roaming infrastrukturom. Projektovana arhitektura tog sistema koristi GSM autentifikacije, SIM-upravljanje i platni mehanizam i kombinuje ih sa javnim WLAN pristupom. OWLAN sistem dozvoljava mobilnim pretplatnicima da koriste isti SIM i korisnički identitet za WLAN pristup. To daje mobilnim operatorima glavnu prednost u odnosi na ISP operatore, koji nemaju ni veliku mobilnu bazu niti pandan za roaming servis. Predložena arhitektura OWLAN sistema kombinuje mobilnu autentifikaciju sa prirodnim -67-
  • 68. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN IP pristupom. Ovo se može smatrati prvim korakom ka sveobuhvatnim IP mrežama. Predloženi sistem ne zahteva promenu postojećih elemenata mobilnih mreža, pa je napor u pogledu standardizacije minimalan, a implementacija efikasna. Referntni sistem je već komercijalno implementiran i uspešno lansiran od strane više mobilnih operatora. GSM WLAN autentifikacija na SIM osnovi i signalizacija korisničkog računa su se pokazali kao robustan i skalabilan pristup koji nudi mogućnost mobilnim operatorima da prošire svoje mobilne servise. Bežični uređaji su upućeni na jezik kojim se služi internet, a to je TCP/IP. Sa razvojem bežičnih mreža neminovno se nametnula problematika povezivanja interneta i bežični uređaja. Rešenje se vidi u povezivanju IEEE 802.11 standardu i IS-856 protokolu koji je napravila TIA/EIA (Telecommunications Industry Association / Electronics Industry Alliance). Standard 802.11 je omogućio veoma popularnu metodu za individualan bežični pristup internetu. Kvazi- ESS sagradjen sa IS-856 podlogom nudi interesantne mogućnosti za praktičnu upotrebu. Oba ta provajdera servisa i ISP se suočavaju sa sve većom potražnjom za bežičnim pristupom internetu. Postoje dva glavna pristupa u problematici povezivanja 802.11 mreža sa IS-856 okosnicom. Prvi je da provajderi servisa obezbede i ISP i infrastrukturne servise. Ova metoda je onoliko uspešna koliko provajderi budu u mogućnosti da obezbede širok spektar servisnih usluga i podrške njihovim korisnicima. Kao što je ISP već pokazao, servis i podrška bežičnog pristupa internetu koju korisnici zahtevaju će daleko prevazići jednostavnu mogućnost povezivanja. Drugi pristup je da se provajderi koncentrišu samo na izgradnji infrastrukture za prenos podataka. ISP-ovi će kupovati bežične pristupe u jednakoj meri kao što je to danas slučaj sa žičanim mrežama. Po ovoj metodi provajderi bi bili servilni prema određenim homogenizovanim grupama korisnika, servisom koji bi se sastojao od ISP-ova sličnih zahteva. ISP-ovi bi se fokusirali na specifičnu grupu korisnika, jer bi tako ponuđeni servisi i podrška bili atraktivniji činjenicom da su specijalno uredjeni za korišćenje tih korisnika. Teško je proceniti koja će pristup biti dominantniji, ali činjenica je da cena i efikasnost postavljanja IS-856, sa uporednom potražnjom korisnika za uređajima implementiranim 802.11 protokolom, navode na zaključak da će primena oba protokola biti prisutna u razvoju bežičnih mreža. -68-
  • 69. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Akronimi  5-UP™ – 5 GHz Unified Protocol  AAA – Authentication & Authorization & Accounting  AC – Access Controller  ACG – Asymptote Coding Gain  AP – Access Point  ATM – Asynchronous Transfer Mode  BER – Bit Error Rate  BPSK – Binary Phase Shift Keying  BSS – Basic Service Set  CCK – Complementary Code Keying  CDMA – Code Division Multiple Access  CDR – Charging Data Record  CRC – Cyclic Redudancy Check  CW – Contention Window  CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance  DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol  DSP – Digital Signal Processing  DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum  EIA – Electronics Industry Alliance  ESS – Extended Service Set  FCS – Frame Check Sequence  FCC – Federal Communications Commission  FDMA – Frequency Division Multiple Access  FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum  FLM – Forward Link Module  FTP – File Transfer Protocol  GPRS – General Packet Radio Service  GSM – Global System for Mobile Communications  HLR – Home Location Register  ICI – Inter Carrier Interference  IEEE – The Institute of Electrical and Electronic Engineers  IF – Intermediate Frequency  iFFT – inverse Fast Fourier Transform  IFS – Inter Frame Space  IMSI – International Mobile Subscriber Identity  IP – Internet Protocol  IPSEC – Internet Protocol SECurity  ISM – Industrial, Scientific and Medicine  ISO – International Organisation for Standardisation  ISP – Internet Service Provider -69-
  • 70. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN  LLC – Logical Link Control  MAC – Media Access Control  MPC – Modem Pool Controller  MPT – Modem Pool Tranceiver  MSC – Mobile Switching Centre  NAAP – Network Access Authentication and Accounting Protocol  NAI – Network Access Identifier  NAS – Network Access Server  OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing  OHM – Overhead Manager  OSI – Open Systems Interconnection  OWLAN – Operator WLAN  PAS – Probe Adress Space  PBCC – Packet Binary Convolutional Coding  PCF – Point Coordination Function  PDA – Personal Digital Assistant  PER – Packet Error Rate  PIN – Personal Identity Number  PPP – Point-to-Point Protocol  PSF – Payload Signalling Field  PSK – Phase Shift Keying  QoS – Quality of Service  QPSK – Quaternary Phase Shift Keying  RADIUS – Remote Authentication Dial-In User Service  RLM – Reverse Link Module  RLP – Radio Link Protocol  ROC – Radio-on-a-Chip  RTS/CTS – Request To Send / Clear To Send  SNR – Signal to Noise Ratio  SRES – Signed RESponse  SSID – basic Service Set Identification  TDMA – Time Division Multiple Access  TIA – Telecommunications Industry Association  UDP – User Datagram Protocol  VoIP – Voice over IP  VCS – Virtual Carrier Sense  VPN – Virtual Private Networking  WECA – Wireless Ethernet Compatibility Alliance  WEP – Wired Equivalent Privacy  WLAN – Wireless Local Area Network -70-
  • 71. Predložena rešenja za nadogradnju postojećih protokola WLAN Literatura 1. “High-Performance Wireless Ethernet” – Chris Heegard, John T. Coffey, Srikanth Gummadi, Peter A. Murphy, Ron Provencio, Eric J. Rossin, Sid Schrum, Matthew B. Shoemake, IEEE Communications Magazine, Novembar 2001. 2. “The 5-UP™ Protocol for Unified Multiservice Wireless Networks” – Bill McFarland, Greg Chesson, Carl Temme, Teresa Meng, IEEE Communications Magazine, Novembar 2001. 3. “Wireless LAN Acess Network Architecture for Mobile Operators” – Juha Ala-Laurila, Jouni Mikkonen, Jury Rinnemaa, IEEE Communications Magazine, Novembar 2001. 4. “ Bridging Wireless Protocols” – John W. Noerenberg, IEEE Communications Magazine, Novembar 2001. 5. “Temporary MAC Addresses for Anonymity” – Pekko Orava, Henry Haverinen, Jonathan Edney, Jukka-Pekka Honkanen, IEEE 802.11 Work group, Mart 2002. 6. “Pregled 802.11 standarda za WLAN mreže” – Saša Mandić, Radio prenos podataka – aplikaciona nota, Oktobar 2001. 7. “Wireless Local Area Networks and the 802.11 Standard” – Plamen Nedeltchev, Mart 2001. 8. “Računarske mreže” - Dr Radomir Janković, Vodič kroz PC tehnologiju 9. “Complementary Code Keying Modulation” – Jian Sun, West Virginia University -71-

×