PANとモバイルインターネット - soi.wide.ad.jp · l Dynamic configurability - Ad hoc...
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PANとモバイルインターネット
森 川 博 之
東京大学新領域創成科学研究科[email protected]
2003.6.13
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Wide Area
Local Area
Personal AreaLAN:
collection of secure “hot spot” connections,
providing broadband access to the Internet
PAN:collection of secure
connections between devices in a
“very” local area
BT/Wi-Fiswitching
WAN:everywhere outside of the hotspots, where
wireless Internet connection are
providedWi-Fi/3Gswitching
Bluetooth< 800 Kb/s – < 30 ft, 10 m
Mobile Broadband InternetWi-Fi (IEEE 802.11b)
> 10 Mb/s – > 300 ft, 100 m
GPRS, 3G – UMTS< 400 Kb/s – xx Mls, Kms
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IEEE802.15
l Wireless Personal Area Network (WPAN)
– 1998.3: 802.11 Study Group
– 1999.3: 802.15 WPAN Working Group
– http://grouper.ieee.org/groups/802/15/
RFID WPAN WLANs
Low performance,low cost
High performance,higher cost
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Bluetooth
l Short-range (10 m) wireless data transmission technology - Personal Area Networks
l Low-cost ($5), modest performance (721 Kbps), low power consumption for data and voice
l Dynamic configurability - Ad hoc networking/roaming
l By 2003, Bluetooth market could be worth $5 billion
l Major industry backing of Bluetooth SIG
– Ericsson, Nokia, IBM, Intel, Toshiba, Motorola, Xilinx, 3Com
Why not use Wireless LANs?- power- cost
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Bluetooth in the Home
PDACell Phone
Cordless PhoneBase Station
xDSLAccess Point
InkjetPrinter
Scanner
Home Audio System
ComputerDigital Camera
MP3Player
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Bluetooth on the Road
Car Audio System
Pay Phone& Access Point
Hotel Phone& Access Point
Headset
MP3Player
PDACell Phone
Laptop
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Radio
l Low Cost– Single chip radio (minimize external components)– Today’s technology– Time division duplex
l Low Power– Standby modes : Snif, hold, park– Low voltage RF
l Robust Operation– Fast frequency hopping : 1600 hops/sec– Strong interference protection
– Fast ARQ– Robust access code– Forward header correction
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Piconet
l Inquiry
– To get device address
– No master and slaves at this point
l Paging
– For synchronizationMasterActive SlaveParked SlaveStandby
ConnectedPagingInquiry
Typical
Max
5.12 s
15.36 s
0.64 s
7.38 s
5
9
In the Beginning
l Initially Bluetooth devices only know about themselves
– Everyone passively monitors in Standby mode
– No devices are synchronized
D
A
E
B
C
F
KJ
H G
I
MN
L
PO
Q
10
Inquiry - Discovers What Other Devices within Range -
D
A
10 meters
H MN
L
PO
Q
B
C
F
KJ
G
I
E
H
6
11
D
E
F H G
I
KJ
Paging- Paging creates a Master/Slave link called a Piconet -
C
MN
L
PO
Q
BBAA
10 meters
12
D
Piconet - Successive Pages can attach up to 7 Active Slaves to a Piconet at one time -
H
B
C
MN
L
PO
Q
E
FG
I
J
F
JI
E
G
KK
A
10 meters
7
13
NH
K
F
I
E
A
G
J
C
Scatternets- Bluetooth devices can participate in multiple Piconets
simultaneously creating a topologies called Scatternets -
D
M
OP
Q
B
L
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Physical Link Types
l Synchronous Connection Oriented (SCO) Link
– Slot reservation at fixed intervals
– No ARQ, No CRC
– FEC (optional)
– 64 Kbps
l Asynchronous Connection-less (ACL) Link
– Polling access method
– ARQ, CRC
– FEC (optional)
– Symmetric data rate 108 - 433 Kbps
– Asymmetric data rate up to 723 Kbps
8
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Piconet channel
m
s1
s2
625 λsec
f1 f2 f3
1600 hops/sec
f4 f5
FH/TDD
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SCO/ACL Mixed Link Example
m
s1
S2
SCO SCO SCOACL ACL ACLACL ACL ACL
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Technology Positioning
Performance
Range
3G – UMTS< 400 Kb/sxx Mls/Kms
Considered> 100 Mb/s< 30 ft/10 m
100 Mb/s
10 Mb/s
IEEE 802.11a
Wi-Fi (802.11b)> 10 Mb/s
> 300 ft/100 m
1 Mb/s
10 m 100 m 1,000 m
BT 2.0
Bluetooth< 800 Kb/s
< 30 ft/10 m
Price/Performance/Range Trajectories
$100
$1,000
$10
IEEE 802.15W-1394
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モバイルインターネット
10
19Forbes Magazine July 7th, 1997
Internet
CellPhone
PC
TV
Radio
Microwave
VCR
Airplane
Telephone
Car
Electricity
Technology Adoption
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Challenges
l ネットワークレイヤ:Mobile-IP, IP cellular, horizontal/vertical handoff support...
l トランスポートレイヤ:wireless TCP, wireless HTTP,,,,
l QoS: wireless QoS, wireless scheduling
l Resource/Service Discovery: scalable and wide-area service discovery/location protocol, interface
l Disconnected operations: session manager, mobile database,,,,
l OS:EPOC,,,,
l Software radio
l Killer applications!!!
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InternetDial
Hotel
HomeConferences
Meeting Rooms
ISP Accessthrough the
Internet
Cellular or Mobile
Commuting
Seamless Connectivity
LANs andVLANs
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Network Layer
l 従来のアプリケーションはパケットを固定ネットワークアドレスに送信
l アドレスがネットワーク,さらには位置を表現
l 端末がネットワーク間を移動する際には,「ローカルアドレス」 を動的に変更する処理が必要
l 位置管理,位置トラッキングが必要
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Network Layer Mobility
l Address Translation Agent
– f (home address) (forwarding address)
l Forwarding Agent
– g (forwarding address) (home address)
l Location Directory
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Sockets
TCP/UDP
Mobile IP
Link Layer
Physical Layer
Internet
HomeAgent
Home Network
Visited Network
ForeignAgent
Mobile Host
Correspondent Host
Route Optimization
Mobile IP
Tunneling
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Mobile IP
FA
FAFA MN
MN 10.31.1.1
10.31.2.1 HAMN
MN
MN realizes it has moved to a network with a New FA
MN Registers withthis New FA
When the MN Moves it Re-Registers via its New FA
Mobility Binding TableMN CoA1.1.1.3 10.31.1.11.1.1.7 10.31.2.11.1.1.8 10.31.2.11.1.1.5 10.31.3.1
10.31.3.1
1.1.1.7
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Transport Layer
l エンド-エンドのフロー制御や混雑制御
– 有線リンク: 主として混雑によるパケットロス
– 無線リンク: 主として高誤り率とハンドオフによるパケットロス
l 従来のトランスポートプロトコル(TCP等)は有線ネットワークを想定して設計
– ACKやタイマを用いて検出するパケットロスが混雑の指針
– パケットロスが生じると、ウインドウサイズを小さくして再送タイマをリセットする
FH FHRouter
Loss =/=Congestion
Loss = Congestion
MH
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TCP Congestion Control
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40 50
Slow StartExponential Growth
Congestion Avoidance PhaseLinear Growth
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(a)
Wired NetworkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
End-to-End Error Control
End-to-End Error Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
(b)
(c)
Error Control
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チャレンジ(端末)
l Less powerful CPUs
l Less memory (ROM and RAM)
l Restricted power consumption
l Wide range of display sizes
l Different input devices (e.g., a keypad, voice, etc)
Source: AvantGo. Inc
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チャレンジ(リンク)
l Less bandwidth than traditional networks
l More latency than traditional networks
l Less connection stability than other network technologies
l Less predictable availability
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Issues
l トランスポートプロトコル
– 無線特化型アプローチ
– インターネット調和型アプローチ
l コンテンツ記述言語
– WML : WAP
– HDML: Ezweb
– HTMLサブセット, Compact HTML
– i-mode
– J-スカイウェブ:MML
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二つのアプローチ
l 無線特化型アプローチ
– 一からプロトコルスタックを構築
– 端末の特質を積極的に利用
– i-mode, J-スカイサービス, EZweb, WAP
l インターネット調和型アプローチ
– インターネットのend2end semanticsをできる限り保持
– 無線の特質をカバーする機構を付加
– “Smarter TCP” over wireless, ex. SNOOP
– “Split-proxy” security
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(a)
Wired NetworkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
End-to-End Error Control
End-to-End Error Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
(b)
(c)
Error Control
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i-modeとは
l 携帯電話からインターネットにアクセスするためのシステム
l 携帯電話 ⇔ ゲートウエイサーバ ⇔ インターネット
– すべてのアクセスはGWサーバを経由
– 携帯電話とGWサーバとの間はパケット網
l 考慮すべき点
– 小さなディスプレイ
– 無線リンクの帯域の狭さ
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ALP(HTTP) HTTP
TLP TCP/IP
M-PGWPPMBS GRIMN IPインターネット
端末 基地局+パケット処置装置
PDC-P網とiモード・サーバの
相互接続,プロトコル変換
i モード・サーバ
PDC-P網とインターネットの
ゲートウェイ
i-Mode
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AuthenticationServers
AuthenticationServers
AccountingServers
AccountingServers
WebSites
mobilephones
•QoS router•Load balancerhttp request
User authentication
http request
http responsehttp response
Contents Caching
Access logging
SystemAdmin.Server
Active Web Gateway (AWG) Servers
Active Web Gateway (AWG) Servers
Web Gateway
Internetfirewall
mobilenetwork
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コンテンツ記述言語
l 「コンテンツ」と「プレゼンテーション」の分離
– HTML:表示構造
– XML:意味構造,SGMLの流れ
l 交渉機構を用いた「端末フォーマット」への変換
<p><b>Hiroyuki Morikawa</b><br>The University of Tokyo<br>7-3-1 Hongo Bunkyo-ku Tokyo Japan
<address><name><first-name>Hiroyuki</first-name><last-name>Morikawa<last-name></name><company>The University of Tokyo</company><address>7-3-1 Hongo Bunkyo-ku
Tokyo</address><country>Japan</country></address>
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Telecom vs. Computing
l 端末として,voice-centric, data-centric のどちらを考えるのか?
l Vertical vs. horizontal market
l Telecom: “closed” network
l Computing: “open” network
l 現時点では,voice-centric メイン
l 現時点では,Telecom が中心
voice-centricdevices
(ex. smartphone)
data-centricdevices
(ex. PDA)
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Device Convergence Scenario
Voice-enabled
PDA
Voice-enabled
PDA
Universal Device
???
Universal Device
???
PDA
Smart Phone
Bluetooth
MobilePhoneMobilePhone
40
Famous Words
l "I think there is a world market for maybe five computers.“
- Thomas Watson, chairman of IBM, 1943.
l "640K ought to be enough for anybody.“
- Bill Gates, 1981
l “32 bits should be enough address space for Internet”
- Vint Cerf, 1977
21
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Assignment8
昨今,Wireless LANが爆発的とも言える勢いで普及しているのに対し,現在のBluetoothの普及率は遠くそれには及んでいない.このようにBluetoothの普及に今ひとつ弾みがつかない理由は何であろうか.考えるところを述べよ.
締め切り:06/20/2003 (Fri) 24:00
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