Bezdrátové a mobilní sítě

Click here to load reader

  • date post

    09-Feb-2017
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Bezdrátové a mobilní sítě

  • Bezdrtov amobiln stPoslednch 15 let vtelefonnm svt znamenalo pravdpodobn zlat vk mobil-nch telefon. Poet uivatel mobilnch telefon na celm svt se zvil ze 34 milion vroce 1993 na tm 5,5 miliardy uivatel vroce 2011. Poet uivatel mobiln telefonie dnes pevyuje poet drtovch telefonnch linek. Vhody mo-bilnch telefon zn kad snadn pstup ke globln telefonn sti prostednic-tvm snadno penosnho lehkho zazen, ato kdekoli akdykoli. Dnes, spcho-dem notebook, kapesnch pota achytrch telefon adky jejich schopnosti poskytovat kdekoliv akdykoliv snadn pstup ke globlnmu Internetu, je mo-n, e je za dvemi podobn exploze. Tentokrt se bude tkat pouvn bezdrto-vch internetovch zazen.

    KAPITOLA 6

    6.1 vod

    6.2 Charakteristiky bezdrtovch linek ast

    6.2.1 Protokol CDMA

    6.3 WiFi: Bezdrtov st LAN 802.11

    6.3.1 Architektura 802.116.3.2 Protokol MAC 802.116.3.3 Rmec IEEE 802.116.3.4 Mobilita v rmci stejn IP

    podst

    6.3.5 Pokroil funkce 802.116.3.6 Osobn st (Personal Area

    Networks): Bluetooth a ZigBee

    6.4 Mobiln pstup kInternetu6.4.1 Pehled architektury mobilnch

    st6.4.2 Mobiln datov st 3G:

    Rozen Internetu na mobiln pedplatitele

    6.4.3 K stm 4G: LTE

    6.5 Sprva mobility: Principy6.5.1 Adresovn6.5.2 Smrovn do mobilnho uzlu

    6.6 Mobiln IP

    6.7 Sprva mobility vmobilnch stch

    6.7.1 Smrovn hovor na mobiln uivatele

    6.7.2 Pedvn zen v stch GSM

    6.8 Bezdrtov st amobilita: Dopad na protokoly vy vrstvy

    6.9 Shrnut

    K2081_sazba.indd 401K2081_sazba.indd 401 2.5.2014 13:19:222.5.2014 13:19:22

  • 402 Kapitola 6 Bezdrtov amobiln st

    Bez ohledu na budouc rozvoj bezdrtovch internetovch zazen je ji nyn jasn, e bezdrtov st ajejich sluby souvisejc smobilitou jsou zde. Zhlediska potaovch st jsou vzvy, kterm el tyto st, zejmna vlinkov asov vrstv, natolik odlin od tradinch pevnch potaovch st, e jsme se rozhodli vnovat studiu bezdrtovch amobilnch st samostatnou kapitolu (tedy tuto kapitolu).

    Tuto kapitolu zahjme pojednnm omobilnch uivatelch, bezdrtovch spojench astch ajejich vztahu kvtm (obvykle kabelovm) stm, ke kterm se pipojuj. Rozdlme problmy na ty, kter vyplvaj zbezdrtov povahy komunikanch linek vtchto stch, ana ty, kter vyplva j zmobility, kterou tyto bezdrtov linky umouj. Zdraznnm tohoto dleitho rozdlu mezi bezdrtovost amobilitou zskme monost lpe izolovat, identifi kovat azvldnout klov pojmy vjednotlivch oblastech. Mjte na pamti, e existuje mnoho sovch prosted sbezdrtovmi sovmi uzly, nejen mobily (nap. bezdrtov domc nebo kancelsk st se stacionrnmi stani-cemi avelkmi displeji). Dle existuj omezen formy mobility, kter nevyaduj bezdrtov spojen (nap. pracovnk, kter pouv domc pipojen notebooku, vypne notebook, jede do prce apipoj notebook kfi remn kabelov sti). Velkou st vzruujcch sovch prosted tvo samozejm ta, ve kterch uivatel vyuvaj jak bezdrtov, tak mobiln scn. Napklad kdy se uivatel mo-bilnho telefonu (teba na zadnm sedadle auta) bav rozhovorem Voice-over-IP apitom udruje vcensobn TCP spojen, zatmco se auto t po dlnici rychlost 160 kilometr za hodinu. Prv zde, vprseku bezdrtovosti amobility, najdeme nejzajmavj technick problmy!

    Zaneme znzornnm uspodn, ve kterm budeme uvaovat obezdrtov komunikaci amo-bilit. Je to s, ve kter jsou bezdrtov (appadn mobiln) uivatel pipojeni kvt sov infra-struktue pomoc bezdrtovho spojen na hranici st. Potom voddlu 6.2 pojednme ovlastnostech tohoto bezdrtovho spojen. Voddle 6.2 tak poskytneme krtk vod do protokolu Code Division Multiple Access (CDMA), co je protokol pro pstup ke sdlenmu mdiu, kter se vbezdrtovch stch asto pouv. Voddlu 6.3 probereme do urit hloubky aspekty standardu bezdrtovch st LAN IEEE 802.11 (WiFi) na rovni linkov vrstvy. ekneme tak pr slov oBluetooth adalch bezdrtovch osobnch stch. Voddlu 6.4 uvedeme pehled opstupu mobilnch telefon kInter-netu, vetn mobilnch technologi 3G a4G, kter poskytuj hlasov avysokorychlostn pipojen kInternetu. Voddlu 6.5 obrtme pozornost kmobilit. Zamme se na problematiku umstn mobilnho uivatele, smrovn kmobilnmu uivateli ana pedvn mobilnho uivatele, kter se dynamicky pohybuje od jednoho pipojovacho bodu kjinmu. Voddlech 6.6 a6.7 budeme zkoumat, jak se tyto mobiln sluby realizuj vmobilnm IP standardu avstch GSM. Nakonec voddle 6.8 vezmeme vvahu dopad bezdrtovho spojen amobility na protokoly transportn vrstvy asovch aplikac.

    6.1 vodObrzek 6.1 znzoruje prosted, ve kterm budeme uvaovat otmatech bezdrtov datov ko-munikace amobility. Na zatku bude nae pojednn dostaten obecn, abychom pokryli irokou klu st, vetn bezdrtovch st LAN, jako jsou IEEE 802.11, ast mobilnch telefon, napklad st 3G. Podrobnj vklad okonkrtnch bezdrtovch architekturch uvedeme vpozdjch oddlech. Vbezdrtov sti meme identifi kovat nsledujc prvky:

    Bezdrtov hostitel. Stejn jako vppad kabelovch st jsou hostitel zazen koncovch systm, na kterch b aplikace. Bezdrtovm hostitelem me bt notebook, tablet, chytr telefon nebo stoln pota. Hostitel mohou bt anemus bt mobiln.

    Bezdrtov linky. Hostitel se pipojuje kzkladnov stanici (defi novno ne) nebo kji-nmu bezdrtovmu hostiteli prostednictvm bezdrtov komunikan linky. Rzn technologie bezdrtovho spojen maj rzn penosov rychlosti aumouj penet data

    K2081_sazba.indd 402K2081_sazba.indd 402 2.5.2014 13:19:232.5.2014 13:19:23

  • 4036.1 vod

    na rzn vzdlenosti. Obrzek 6.2 znzoruje dv klov charakteristiky (oblast pokryt arychlost linky) nkolika populrnch standard bezdrtovch st. (elem obrzku je pouze poskytnout pedstavu otchto vlastnostech. Nkter rychlosti linek mohou bt ni nebo vy ne uveden hodnoty, vzvislosti na vzdlenosti, stavu kanlu apotu uivatel vbezdrtov sti.) Tyto standardy probereme pozdji vprvn polovin tto kapitoly. Dalm charakteristikm bezdrtovch linek (nap. jejich bitov chybovosti apinm bitovch chyb) se budeme vnovat vbodu 6.2.

    PKLAD Z HISTORIEVEEJN PSTUP KWIFI: BUDE BRZO VE VA LAMP?Hotspot WiFi veejnch mst, kde mohou uivatel najt bezdrtov pstup standardu 802.11 je stle vce. Jsou vhotelech, na letitch akavrnch po celm svt. Vtina vysokokolskch arel nabz vudyptomn bezdr-tov pstup aje tk najt hotel, kter by neposkytoval Wi-Fi pipojen kInternetu.

    Bhem poslednch deseti let mnoho mst navrhlo, nasadilo aprovozuje obecn WiFi st. Vize poskytovn vu-dyptomnho WiFi pstupu jako veejn sluby (podobn jako poulin osvtlen) je pesvdiv. Pomh pe-klenout digitln propast tm, e poskytuje pstup kInternetu vem obanm apodporuje hospodsk rozvoj. Mnoho mst po celm svt, napklad Filadelfi e, Toronto, Hongkong, Minneapolis, Londn aAuckland, m vplnu poskytovat nebo ji do jist mry poskytuje vudyptomn bezdrtov pstup vrmci msta. Msto Filadelfi e si vytklo za cl zmnit se na nejvt nrodn WiFi hotspot apispt ke zlepen vzdlvn. Pekonat digitln propast, poslit rozvoj sousedstv asnit nklady na sprvu. Ambicizn program dohoda mezi mstem, neziskovm sub-jektem Wireless Philadelphia aposkytovatelem internetovch slueb Earthlink umonil vybudovat operan s hotspot 802.11b na ramenech sloup poulinch lamp ana zazench pro zen dopravy. S pokrv 80 procent msta. Zfi nannch aprovoznch dvod vroce 2008 prodalo msto s skupin soukromch investor, kter ji pozdji vroce 2010 opt prodala mstu. Dal msta, jako Minneapolis, Toronto, Hongkong aAuckland, doshla tak mench spch.

    Skutenost, e st 802.11 pracuj vbezlicennm spektru (atud je lze nasadit bez nkupu drahch prv na pou-vn spektra), se zd bt fi nann atraktivn. Pstupov body 802.11 (viz oddl 6.3) vak maj mnohem krat rozsahy ne zkladnov stanice mobiln st 3G (viz oddl 6.4). Proto vyaduj na pokryt stejn geografi ck oblasti vt poet nasazench koncovch bod. Na druhou stranu, mobiln datov st poskytujc pstup kInternetu pracuj vlicencovanm spektru. Mobiln poskytovatel plat miliardy dolar za pstupov prva ke spektru svch st, take mobiln datov st se stvaj spe byznysem ne obecnm podnikem.

    Bezdrtov linky na obrzku 6.1 propojuj bezdrtov hostitele umstn na okraji st do vt sov infrastruktury. Je teba dodat, e bezdrtov linky se nkdy vrmci st pouvaj tak kpropojen smrova, pepna adalch sovch zazen. My se vak vtto kapitole zamme na pouvn bezdrtov komunikace na okraji st. Prv zde ns ekaj nejzajmavj technick problmy azde tak probh hlavn st rozvoje.

    Zkladnov stanice. Zkladnov stanice je klovou soust infrastruktury bezdrtov st. Na rozdl od bezdrtovho hostitele abezdrtov linky nem zkladnov stanice vkabelov sti dn zejm protjek. Zkladnov stanice je zodpovdn za odesln apijmn dat (nap. paket) od bezdrtovho hostitele, kter je asociovn stouto zkladnovou stanic. Zkladnov stanice je asto odpovdn za koordinaci penos vce bezdrtovch hostitel, snimi je asociovna. Kdy kme, e bezdrtov hostitel je asociovn se zkladnovou stanic, znamen to, e (1) pota je ve vzdlenosti pro bezdrtovou komunikaci od z-kladnov stanice a(2) hostitel tuto zkladnovou stanici pouv kpenosu dat mezi sebou (hostitelem) avt st. Zkladnovmi stanicemi jsou napklad mobiln ve vmobilnch stch apstupov body vbezdrtovch stch LAN 802.11.

    K2081_sazba.indd 403K2081_sazba.indd 403 2.5.2014 13:19:232.5.2014 13:19:23

  • 404 Kapitola 6 Bezdrtov amobiln st

    Obrzek 6.1: Prvky bezdrtov st

    Obrzek 6.2: Charakteristiky linek vybranch bezdrtovch sovch norem

    Na obrzku 6.1 je zkladnov stanice pipojen kvt sti (nap. kInternetu, fi remn nebo domc sti nebo telefonn sti). To znamen, e funguje jako pepna linkov vrstvy mezi bezdrtovm hostitelem azbytkem svta, se kterm hostitel komunikuje.

    Ohostitelch asociovanch se zkladnovou stanic se asto k, e pracuj vreimu infrastruk-tury, protoe vechny tradin sov sluby (nap. piazovn adres asmrovn) poskytuje s, ke kter je hostitel pipojen prostednictvm zkladnov stanice. Vstch ad hoc nemaj bezdrtov hostitel takovou infrastrukturu, jejm prostednictvm by se pipojovali. Vzhledem ktomu, e zde takov infrastruktura neexistuje, mus sluby, jako napklad smrovn, piazovn adres, pekldn nzv DNS adal, poskytovat hostitel sami.

    Sovinfrastruktura

    Legenda:

    Bezdrtov pstupov bo