This paper presents a system that provides wireless access to an ATM network, using wireless LAN cards available in the market, combining the CIF technology with some extensions that make it able to operate in a wireless
environment. After an introduction to the problems concerning the use of CIF with wireless LANs, an overview
of the proposed system architecture is given. Afterwards,
some of the adopted mechanisms concerning quality of
service are described, namely, dynamic frame length
adjustment and rate control.
1. Comutador de ATM
Terminal de ATM
Terminal de ATM
Terminal de ATM
Terminal móvel de
ATM sem fios
Terminal móvel de
ATM sem fios
Terminal móvel de
ATM sem fios
Estação de base
Rede de ATM
ATM via rádio
Licenciatura em Engenharia
Informática e de Computadores
Trabalho Final de Curso
UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
2. ATM
Espinha dorsal da RDIS de banda larga
Vantagens
Tráfego com requisitos distintos
Qualidade de serviço
Controlo de fluxo
Comutação de células
3. CIF
Transporte de células em tramas
Várias células numa trama
Um único cabeçalho para várias células
Utilização de placas de rede convencionais
para ligação a uma rede ATM
Vantagens
Redução de custos na evolução para ATM
Melhoria da eficiência do ATM (menor número
de cabeçalhos)
Cabeçalho de
Ethernet
Tipo de trama=
Tipo CIF(0x8821)
Cabeçalho
de CIF
Célula
1
Célula
2
… Célula
n
Cabeçalho
de CIF
Célula
1
…
4. Redes locais sem fios
Motivações
Equipamento portátil mais pequeno e barato
Aumento da mobilidade dos utilizadores
Instalação de redes facilitada devido à ausência
de cabos
Exemplo
Wavelan
5. Oterminalmove-se
Rede fixa
Célula 1
Célula 2
Redes locais sem fios:
arquitectura celular
Permite o acesso a uma rede fixa
Estações de base
(cobrem células)
Terminais móveis
(deslocam-se entre
as células)
6. ATM sem fios
Motivações
Extensão das redes ATM a um ambiente sem
fios
Redes sem fios com tecnologia ATM permitirão
qualidade de serviço
Terminais móveis com acesso às vantagens do
ATM
Encontra-se em normalização (Fórum ATM
+ ETSI)
7. ATM via rádio com CIF
Utilização de tecnologias consolidadas
ATM
CIF
WaveLAN
NDIS
Baseado em equipamento disponível no
mercado
Aplicação imediata
Norma de ATM sem fios ainda não está disponível
9. NDIS com ATM
NDIS
suporta
ATM
Controladores de rede de ATM
Gestor de chamadas
Cliente de LANE
Controladores de
protocolo
ARP
TCP/IP
IP
sobre
ATM
Transporte
nulo
Plano de dados sem ligação
Plano de
dados
orientado à
ligação
Plano de
dados
orientado à
ligação
Ciente
Gestor de
chamadas
N
D
I
S
Winsock 2
Aplicações
Modo
utilizador
Modo
núcleo
10. ATM via rádio: problemas da
abordagem CIF
CIF é insuficiente para um meio partilhado
É necessário provê-lo de funcionalidades
adicionais.
São necessários
Repartição justa da largura de banda disponível
Garantia de qualidade de serviço
Protocolo de associação entre terminais móveis
e estações de base
11. ATM via rádio: problemas a
solucionar
Transmissão da informação
Eficiência elevada e Atrasos reduzidos
Garantia da qualidade de serviço
Controlo de ritmo e Escalonamento das
transmissões
Comutação de células na estação de base
Controlo de admissão de chamadas (CAC)
Análise da sinalização
Controlo de congestão
12. ATM via rádio: problemas a
solucionar (cont.)
Integridade das mensagens
Células de um circuito virtual não podem ser
confundidas com as de outro
Atenção especial à sinalização e outros
circuitos virtuais pré-definidos
Associação entre os terminais móveis e uma
estação de base
13. Componentes do trabalho
Aplicações sobre ATM
nativo
Winsock2 c/ ATM
NDIS
Controlador
NDIS intermédio
para ATM VIA
RÁDIO
Controlador NDIS da placa
Wavelan
Placa Wavelan
Controlador de pacotes da
placa Wavelan
Placa Wavelan Placa ATM PC-BAT
NIC_INTF (controlador da
placa PC-BAT)
Programa da
estação de base
ATM VIA RÁDIO
Tramas via rádio
Comutador ATM
ATM
Terminal móvel Estação de base
PC
com
W
indows
NT
PC
com
M
S-Dos
CIFvia rádio
14. Ligação entre comutador e
terminais móveis
Multiplexador virtual
Terminal Móvel
[MAC=A]
Terminal Móvel
[MAC=B]
UNI p/VPI=0
UNI p/VPI=1
Comutação
de células
VPI=0
VPI=1
MAC=A
MAC=B
VPI=0/VCI=5
VPI=0/VCI=48
VPI=0/VCI=48
VPI=0/VCI=5
VPI=0/VCI=48
VPI=1/VCI=48 VPI=1/VCI=5
VPI=0/VCI=5
Comutador ATM
[comprefixo=P]
NSAP=P-A
NSAP=P-B
Estaçãodebase
NSAP=P-B
NSAP=P-A
15. Ligação entre comutador e
terminais móveis (cont.)
Configuração manual do comutador
Alternativas ao método adoptado
Entidades de SSCOP na base
Metassinalização
Cria VPI=0
Cria VPI=1
Cria UNI 0
Cria UNI 1
16. Protocolo de associação entre
terminais móveis e estação de base
Faróis difundidos periodicamente pela base permitem aos
terminais saberem quando devem registar-se
Faróis permitem difundir informação sobre o nível de
carga do sistema
Terminais pedem para se registar; a estação de base
responde afirmativa ou negativamente
17. Dados armazenados pela base
VPI 0
VPI 1
VPI 2
VPI 3
VPI N-1
VPI N
...
Para cada Terminal / VPI
Estado: activo ou inactivo
Endereço MAC do terminal móvel
Temporizadores
Lista de chamadas activas
18. Análise da sinalização
A base observa e pode alterar as mensagens trocadas entre
terminais móveis e comutador
...
Q.2931
SSCF
SSCOP
AAL5
ATM
Físico
Interpreta Q.2931 e
SSCOP
AAL5
ATM
Físico
...
AAL5
ATM
Rádio
Q.2931
SSCF
SSCOP
AAL5
ATM
Rádio
Q.2931
SSCF
SSCOP
AAL5
ATM
Rádio
Comutador Estação de base
Terminal
móvel 1
Terminal
móvel n
...
Vpi=0, Vci=5 Vpi=0, Vci=5
19. Análise da sinalização: desvio da
sinalização para a base
Pretende-se aproveitar a capacidade de segmentação e
reagrupamento AAL5 da placa PC-BAT
Este objectivo
é conseguido
através de um
VCI de
sinalização
diferente do
habitual e de
um PVC
VPI=0/VCI=5/
AAU=0
VPI=0/VCI=5/
AAU=1
VPI=0/VCI=5/
AAU=0
Pacotede
sinalização
Análise da
sinalização
Pacotede
sinalização
VPI=0/VCI=102/
AAU=0
VPI=0/VCI=102/
AAU=0
Reagru-
pament
o AAL5
Segmen-
tação
AAL5
VPI=0/VCI=103/
AAU=0
Entidade de
sinalização para o
VPI=0
PVC entre
VCI=5 e
VCI=102
Do terminal móvel
Comu-
tação de
células
Estação de base
Comutador ATM
20. Análise da sinalização (cont.)
Análise das tramas do SSCOP para seleccionar somente as
de dados
Análise dos pacotes de Q.2931
Analisa somente as mensagens e os elementos de informação
relevantes
Pode ter que alterar alguns elementos de informação
Tipos Nomes
Mensagens de
estabelecimento de
ligação
CALL PROCEEDING
CONNECT
CONNECT ACKNOWLEDGE
SETUP
Mensagem de
libertação de
ligação
RELEASE
RELEASE COMPLETE
Mensagens diversas STATUS
STATUS ENQUIRY
Elemento de
informação
Call reference
ATM user traffic
descriptor
Called party number
AAL parameters
Broadband bearer
capability
Connection identifier
21. AAL5
A estação de base não realiza AAL5
Só comuta células
Os terminais móveis realizam AAL5 tanto
na emissão como na recepção de pacotes
22. Transmissão da informação via
rádio
Transmissão em tramas de CIF
É preciso escolher um tamanho para cada
trama de modo a:
Maximizar o débito
Manter os atrasos de transmissão dentro dos
limites aceitáveis
23. Transmissão da informação via
rádio (cont.)
A eficiência aumenta com o aumento do número
de células por trama
Consequentemente, o débito máximo também aumenta
Eficiência vs. Tamanho das tramas
0%
50%
100%
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
Nº de células por trama
Eficiência(%)
Ef.Mín.
Ef.Máx.
Ef.Méd.
24. Transmissão da informação via
rádio (cont.)
Os atrasos aumentam com o aumento do número
de células por trama
A teoria das filas permite estimar estes atrasos
É necessário um compromisso entre débito e
atraso
Solução: escolher o maior tamanho possível que,
em média, não comprometa os atrasos máximos
tolerados.
25. Transmissão da informação via
rádio (cont.)
Escolha dinâmica do tamanho da trama
Para cada trama
enviada é
determinado o
número de células
óptimo
t
t N
R
R N
N t t R
N t t R
N t t R
N t t R
total
trama
i
atraso total
atraso total
M atraso M total M
M atraso M total M
( )
max
( )
( )
( )
( )
1
1 1 1
2 2 2
2 1 2 1 2 1
2 2 2
26. Filas de transmissão e recepção
Terminal móv el 1
Aplicações
Células
Células
VPI=0
VCI=5
VCI=16
Células
Células
VPI=1
VCI=5
VCI=16
Células do
coumutador
VCI=5
Controlador
Segmentação
em células
Tramas
Células para o coumutador
Escalonamento
Escalonament
o
VCI=5
VCI=16
Tramas
VCI=16
Fila de recepção
de tramas
Fila de recepção de
células
Estação de base
AAL5/
AAL0
Pacotes
Pacotes
AAL5/
AAL0
Pacotes
Pacotes
Fila de células
Legenda
27. Controlo do ritmo e do atraso
máximo
É preciso evitar que a qualidade de serviço
possa ser prejudicada pela ocupação
excessiva do meio por alguma fonte
É necessário um mecanismo de regulação
das transmissões
Soluções
Modelação de tráfego
Distribuição de largura de banda
Escalonamento
28. Controlo do ritmo e do atraso
máximo: modelação de tráfego
Alcatruz furado, para limitar a largura de banda
utilizada por uma fonte num dado instante
Estimativa do ritmo a atribuir a cada chamada
Indicações explíctas de ritmo
autorizado
Troca de mensagens de pedidos
e autorizações de ritmo entre a
base e os terminais L
I
Não pode enviar
esta
Vazamento
29. Controlo do ritmo e do atraso máximo:
Distribuição de largura de banda
A largura de banda é distribuída em função
da sua disponibilidade e em função das
classes de tráfego de cada chamada
CBR
rt-VBR e nrt-VBR
UBR / ABR
30. Controlo do ritmo e do atraso máximo:
Distribuição de largura de banda (UBR/ABR)
Exemplo
Rmédio
Rubr
A B C D
B pede um aumento de
ritmo
Rmédio
Rubr
A B C D
Antes
Depois
C e D descem
para B subir
31. Controlo do ritmo e do atraso máximo:
Escalonamento
As tramas são enviadas num dos seguintes instantes
quando chega uma célula, que perfaz o número óptimo
de células por trama e existem créditos para enviar uma
tal trama
se não houver créditos, a transmissão é adiada para o instante
em que haverá créditos suficientes
quando chegam créditos para enviar uma trama cheia
pendente
quando, não estando uma trama cheia, uma célula não
pode esperar mais, sem que fique em risco o atraso
máximo permitido
são enviadas as células que os créditos permitirem
32. Controlo de admissão de chamadas
É necessário verificar
Que existe largura de banda disponível
Que a nova chamada não prejudicará as já
existentes
Cada classe de tráfego é tratada de forma
diferente
CBR
VBR
UBR
33. Controlo de congestão
Tratamento de sobrecargas anormais do sistema,
tentando minimizar as perturbações na qualidade
de serviço
PPD (descarte parcial de pacotes)
EPD (descarte antecipado de pacotes)
Para CBR e VBR, tratamento especial com dois
graus de gravidade
1- Aumento do ritmo atribuído para tentar enviar
células atrasadas
2- Descarte de células irremediavelmente atrasadas
34. Resultados
O sistema foi
desenvolvido e testado
com 3 placas rádio, uma
placa PC-BAT e um
comutador ATM
A indisponibilidade de 2
componentes da pilha de
protocolos obrigou a
limitações sobre os
testes
VCI=60
VCI=61
As células que chegam em
determinados canais pré-definidos,
são devolvidas sem nunca chegarem
aos níveis superiores
Aplicações
Controlador
Terminal Móvel
Estação de base
Comutador
VCI=60
VCI=61
Terminal Fixo Terminal Fixo
35. Resultados: O.191
Realizou-se um programa para medições de
desempenho, que cumpre a norma O.191
CER
CLR
CMR
SECBR
CDV
SN
4 octetos
TS
4 octetos
UN
37 octetos
TCPT
1 octeto
CRC-16
2 octetos
36. Resultados: CDV
CTD mínimo foi estimado em 10 ms
CDV foi estimado em 50 ms
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Densidadedeprobabilidade
Tempo (ms)
CTD
37. Resultados: SECBR
O controlador de pacotes da placa de rádio revelou-se
ineficaz para ritmos elevados
Provoca erros estranhos
Para minorar estes erros são necessários atrasos explíctos
no programa da base
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
128 192 256 320 384 448 512 576 640
Percentagem
Ritmo (KBit/s)
SECBR (provocado pelo controlador da placa de rádio)
SECBR SECBR (sem atrasar)
38. Resultados: Aplicações
Experimentaram-se várias aplicações,
utilizando TCP/IP sobre ATM
Ritmo máximo
observado
Tempo de ida e
volta médio (RTT)
FTP e HTTP 250 Kbit/s -
Videoconferência 600 Kbit/s (num
só sentido)
147 ms
0
50
100
150
200
250
32 64 128 256 512 1024
Tempo(ms)
Tamanho dos dados (octetos)
PING - Tempos médios de resposta
c/atraso s/atraso Tendência
0
100
200
300
400
500
600
700
0
50
100
150
200
250
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43
Ritmo(Kbit/s)
RTT(ms)
Tempo (s)
Videoconferência: RTT e Ritmo
RTT
Ritmo
39. Conclusão
O protótipo mostrou um desempenho aceitável
Trabalho futuro
Teste com a pilha de protocolos completa
Transferência de chamadas e mobilidade
Identificação e autenticação de terminais
Segurança
Encaminhamento através de terminais móveis, de forma
a proporcionar acesso a outros mais distantes