Retele wireless

1

Cuprins:

Introducere..................................................................................................................................3

1. Introducere. Retele wireless....................................................................................................4

1.1. Definitia retelelor wireless...............................................................................................4

1.2. Evolutia retelelor wireless................................................................................................4

1.2.1. Telefonia mobila timpurie.........................................................................................4

1.1.2. Telefonul celular – tehnologie de tip analog.............................................................4

1.1.3. Telefonul celular – tehnologie digitala......................................................................4

1.1.3. Cordless Phones (Telefoane fara fir).........................................................................4

1.1.5 Sisteme de date wireless.............................................................................................4

1.1.6. Legaturile wireless fixe – fixed wireless links..........................................................4

1.1.7. Sisteme de comunicare prin satelit............................................................................4

1.1.8. A treia generatie a sistemelor celulare.......................................................................4

2. Wireless Personal Area Network (WPAN).............................................................................4

2.1. Introducere. Personal Area Network (PAN) vs Body Area Network (BAN)..................4

2.2. Standarde de conectivitate................................................................................................4

2.3. Arhitectura retelei.............................................................................................................4

3. Wireless Local Area Network (WLAN).................................................................................4

3.1. Definitia WLAN. Standarde de conectivitate..................................................................4

3.2. Arhitectura retelei.............................................................................................................4

4. Wireless Wide Area Network (WWAN)................................................................................4

4.1. Standarde de conectivitate................................................................................................4

4.2. Arhitectura retelei.............................................................................................................4

4.2.1 Arhitectura sistemului GSM.......................................................................................4

4.2.2 Arhitectura sistemelor nord americane.......................................................................4

5. Retele de sateliti......................................................................................................................4

2

Introducere

Deși datează de aproape un secol, transmisia wireless a cunoscut o importanță şi o răspândire deosebită în ultimii 20-30 de ani. În prezent, domeniul comunicaţiilor wireless este unul dintre segmentele cu cea mai rapidă creştere din industria telecomunicaţiilor. Sistemele de comunicaţie wireless, ca celularul, telefoanele satelit, precum şi retelele wireless locale (WLAN-wireless local area networks) au dobandit o largă întrebuințare și au devenit esențiale în viața de zi cu zi a oamenilor. Această popularitate a rețelelor wireless se datorează avantajelor pe care acestea le au, fata de sistemele bazate pe cablu (wireline). Cele mai importante avantaje sunt mobilitatea și costul redus.

Primul capitol intitulat, “Introducere. Rețele wireless”, prezintă evoluția rețelelor wireless, din timpul pionerilo, ca Samuel Morse și Guglielmo Marconi, până la complexele sisteme de rețele wireless din zilele noastre.

În următoarele capitole sunt reprezentate tipurile de rețele wireless, după cum urmează: rețele wireless personale, rețele wireless locale, rețele wireless intinse și rețele de sateliți.

Cel de-al doilea capitol, “Rețele wireless personale”, se deschide prin reaizarea unei comparații intre rețele body și rețele personale, și continuuă prin prezentarea standardelor de conectivitate (802.15, IrDA si HomeRF) și reprezentarea schematică a arhitecturii rețelei.

Cel de-al treilea capitol, “Rețele wireless locale” prezintă, de asemenea standardele de conectivitate (802.11, HIPERLAN) și arhitectura rețelei.

Capitolul patru, “Wireless Wide Area Network”, se deschide cu un scurt istoric, iar apoi sunt prezentate standardele (GSM, IS-41, IS-95, IS-136, ITM-2000, CDMA2000, WCDMA) și topologiile acestora.

Capitolul cinci, “Rețele de sateliți”, incepe prin a descrie cele trei orbite de sateliți, pentru a continua apoi cu prezentarea componentelor unui sistem satelit.

3

1. Introducere. Rețele wireless

1.1. Elemente generale privind rețelele wireless

Retelele wireless sunt acelea in care transmisia de voce si de date se realizeaza prin intermediul undelor radio.

Comparativ cu mediul de transmisie al unui sistem wired, mediul unui sistem wireless este nesigur, are o a lățime de bandă mică, dar suporta mobilitatea. In cadrul mediului cablat semnalele sunt transmise fizic prin diferite fire, dar toate transmisiunile wireless se realizeaza prin același mediu-aerul. Prin urmare, frecvența de operare și legalitatea accesului la banda sunt cele care diferențiaza diverse alternative pentru rețelele wireless. Acestea opereaza în jurul frecvențelor de 1GHz (celular), 2GHz (WLANS), 5 GHz (WLAN), 28-60GHz și IR. Aceste benzi sunt fie cu licență, așa cum este banda utilizată de sistemele celulare, sau fără licență, așa cum sunt benzile ISM. Conexiunea wireless este folosită în situația în care instalarea cablurilor este anevoioasă sau este necesară mobilitatea computerelor. Adăugarea în timp de noi echipamente în rețea se face cu mare usurința, fără a fi necesare lucrări de reamenajare a incăperii (instalări cabluri și mascarea lor).

Caracteristicile conexiunii wireless:- funcționeaza în banda 2,4GHz (802.11b si 802.11g), iar 802.11a in banda 5GHz;- utilizeaza tehnica spectrului împrăștiat;- pentru emisia radio nu este necesară aprobarea din partea forurilor abilitate.

Rețelele wireless pot opera în doua moduri: Ad-hoc și Infrastructure.

Fig.1 Modul Ad-hoc asigură conexiunea wireless directă între două calculatoare (dotate cu

plăci de rețea wireless), fără comunicare cu rețeaua cablată. Funcționarea în acest mod permite doar transferul fișierelor între calculatoare. O reţea Ad-hoc permite fiecărui echipament să comunice direct unul cu altul. Nu există un Access Point care să controleze comunicaţia între echipamente. Reţelele Ad-hoc sunt capabile să comunice doar cu alte echipamente, nu sunt capabile să comunice cu niciun echipament în modul infrastructură sau orice echipament conectat la o reţea pe cablu. În plus, securitatea în modul Ad-hoc este mai puţin sofisticată în comparaţie cu modul de reţea infrastructură.

Modul de reţea Infrastructură necesită utilizarea unui Access Point. Echipamentul Access Point controlează comunicaţia Wireless şi oferă câteva avantaje importante faţă de reţeaua Ad-hoc. De exemplu, o reţea bazată pe Infrastructură are un nivel mai înalt de securitate, viteze de transmitere a datelor mai rapide şi integrare cu o reţea pe fir.

 

4

1.2. Evoluția rețelelor wireless

Transmisia wireless datează încă de la începuturile omenirii. Chiar și în timpurile străvechi, oamenii foloseau sisteme primitive de comunicație, care pot fi catalogate ca fiind wireless: semnalele de fum, oglinzile, steagurile, focurile, etc.. Este demonstrat faptul că, grecii antici foloseau un sistem de comunicație ce consta într-o succesiune de stații de observare situate în vârful dealurilor, fiecare stație fiind în aria de vizibilitate a stațiilor vecine. Acest sistem funcționa astfel: în momentul în care o stație primea un mesaj de la stația vecină, aceasta repeta mesajul, astfel încât sa fie transmis stației urmatoare. In acest mod mesajele se derulau intre perechi de stații aflate la mare distanță una de alta. Astfel de sisteme au fost, de asemenea, insușite și de alte civilizații.

Cu toate acestea, este mult mai logic să considerăm că originea rețelelor wireless coincide cu prima transmisie radio. Acest lucru a avut loc in 1895, la câțiva ani după inventarea telefonului. In acest an Guglielmo Marconi a realizat prima transmisie wireless, între Insula Wight și un remorcher aflat la 18 mile depărtare. Șase ani mai târziu, Marconi a transmis cu succes un semnal radio peste Oceanul Atlantic, de la Cornwall la Newfounland, iar in 1902 a fost stabilită comunicarea bidirecționala, de la un capăt al oceanului la altul. Odata cu trecerea anilor transmisia prin unde radio a continuat să evolueze, iar în 1915 a luat naștere telefonia bazată pe unde radio, cand se realizau convorbiri intre nave. Deşi datează de aproape un secol, transmisia wireless a cunoscut o importanţă şi o răspândire deosebită în ultimii 20-30 de ani. În prezent, domeniul comunicaţiilor wireless este unul dintre segmentele cu cea mai rapidă creştere din industria telecomunicaţiilor. Sistemele de comunicaţie wireless, ca celularul, telefoanele satelit, precum şi retelele wireless locale (WLAN-wireless local area networks) au au dobandit o larga intrebuintare si au devenit esentiale in viata de zi cu zi a oamenilor. Aceasta popularitate a retelelor wireless se datoreaza avantajelor pe care acestea le au, fata de sistemele bazate pe cablu (wireline). Cele mai importante avantaje sunt mobilitatea si costul redus.

1.2.1. Telefonia mobilă timpurie

În 1946, primul sistem public de telefonie mobilă, cunoscut ca Mobile Telephone System (MTS), a fost introdus in 25 de orașe din Statele Unite ale Americii. Datorită limitării tehnologice, aparatele de emisie recepție ale MTS-ului, erau foarte mari și puteau fi transportate doar cu ajutorul vehiculelor. MTS era un sistem analog, ce prelucra informația, transmisa oral, ca o undă continuă. Această undă era folosită pentru a modula/demodula transportatorul RF. Sistemul era semi-duplex, asta însemnând că, la un moment dat, utilizatorul putea fie să vorbeasca, fie să asculte. Pentru a schimba intre cele doua faze, utilizatorul trebuia să apese un buton specific.

MTS utiliza o Stație de Bază (BS) cu un singur transmițător de mare putere care acoperea întreaga arie de operare a sistemului. Daca era necesar o extensie la o zona din apropiere, trebuia sa se instaleze o noua BS pentru acea zona. Cu toate acestea, intrucat cele două BS-uri utilizau aceleași frecvențe, era necesar situarea acestora la o distanță considerabilă una de alta, astfel încât să nu cauzeze interferență. Din pricina puterii limitate, unitățile mobile nu transmiteau direct BS-urilor ci sit-urilor mobile împrăștiate pe toată zona de operare a sistemului. Aceste sit-uri de recepție erau conectate la BS-uri și retransmiteau mesajele la ele. Asfel, pentru a putea transmite un mesaj de la un telefon fix la un terminal MTS, apelantul trebuia sa formeze un numar special pentru a se conecta la un operator MTS. Apelantul informa operatorul asupra numărului, apoi acesta căuta un canal nefolosit, in scopul conectării apelantului la terminalul mobil. Când un apelant mobil dorea să telefoneze, se căuta

5

un canal neutilizat (dacă exista) prin care un operator MTS era notificat sa transmita mesajul la un telefon fix specificat. Toate acestea, în cadrul MTS-ului, se realizau manual.

Limitele majore ale acestui sistem erau operarea manuală și faptul că un număr mic de canale era disponibil: în cele mai multe cazuri sistemul punea la dispozitie trei canale, adica doar trei apeluri puteau fi făcute simultan.

In 1960 a fost pusă în funcțiune o nouă versiune a MTS, numită Sistemul Imbunătățit de Telefonie Mobilă (IMTS –Improved Mobile Telephone System). Acest sistem se baza pe un duplex complet, apelul era realizat automat, elimina necesitatea intermediarului și utiliza 23 de canale.

1.1.2. Telefonul celular – tehnologie de tip analog

Intrucât MTS folosea în mod ineficient spectrul, acest sistem avea o capacitate redusă. Asfel, din pricina acestei capacități reduse, precum și din cauza interferenței provocate de BS-uri, acest sistem a devenit impracticabil. O soluție la aceste probleme a fost gasită, în anii 1950 – 1960, de către cercetătorii din laboratoarele AT&T Bell. Astfel a aparut conceptul „celular”, care cațiva ani mai târziu a provocat o adevărată revoluție in domeniul telefoniei mobile. Interesant de notat este că această revoluție a luat prin surprindere multă lume, chiar si pe cei de la AT&T. Ei estimaseră că, pâna la sfarșitul secolului, vor exista doar un milion de utilizatori ai acestei tehnologii, in timp ce realitatea s-a dovedit alta: in prezent exista peste 100 de milioane de clienți doar in SUA.

Inițial propus în 1947 de R.H. Ring, conceptul „celular” înlocuiește vechile BS-uri, ce aveau o acoperire mare, cu un număr de stații de mica acoperire. Aria de acoperire a fiecăreia dintre aceste BS-uri este numită „celulă”. Asfel, aria de operare a sistemului era divizată intr-un set de celule adiacente, care nu se suprapuneau. Spectrul disponibil era imparțit în canale, și fiecare celulă utiliza propriul ei set de canale. Celulele vecine utilizau seturi de canale diferite, pentru a evita interferența, dar același set de canale putea fi utilizat de mai multe celule aflate la o distanță considerabilă unele de altele. Acest concept este cunoscut ca „reutilizarea frecvenței” și permite ca un anumit canal să fie utilizat de către mai multe celule, astfel crescând eficiența utilizării spectrului. Fiecare BS este conectata prin fire la un dispozitiv cunoscut sub numele de Mobile Switching Center (MSC). MSC-urile sunt interconectate prin fire, fie direct unul de altul, fie prin intermediul unui nivel secundar de MSC-uri, care la rândul lor pot fi interconectate prin intermediul unor MSC-uri de ordinul trei, ș.a.m.d.

1.1.3. Telefonul celular – tehnologie digitală

Tehnologia transmisiunilor digitale a fost pentru prima oară implementată în reţeaua publică in 1962 in SUA. La acea dată centralele telefonice erau analogice, iar transmisiunile digitale, utilizând metoda PCM (Pulse Code Modulation), au fost utilizate pentru evitarea realizării de noi cabluri de cupru şi utilizarea extensivă a celor existente.

Metoda PCM constă în transformarea semnalelor analogice din banda vocală in semnale digitale de 64 kbit/s şi multiplexarea lor intr-un semnal de viteză de 2048 Mbit/s denumit E1de către UIT. Metoda de multiplexare utilizată este cea cu diviziune in timp (Time Division Multiplexing).

Tehnologia digitală a continuat să se dezvolte şi a cuprins domeniul comutaţiei digitale. Prima centrală digitală a fost produsă în 1975, de Northern Telecom. Centralele digitale pentru telefonia publică s-au dezvoltate ca o consecinţă a apariţiei sistemelor PCM, tot pe baza tehnologiei de multiplexare TDM, care comută canale de 64 kbit/s. Ca urmare,

6

sistemele E1 şi-au extins utilizarea şi in bucla de abonat, nu numai la conexiunile intre centrale.

Cererile crescute, in telefonia clasică, au avut ca rezultat, în domeniul transmisiunilor la distanţă, creşterea capacităţii de transmisiuni, o creştere obţinută prin trepte de multiplexare definite in ierarhia digitală plesiocronă PDH.

1.1.3. Cordless Phones (Telefoane fără fir)

Telefoanele fără fir au apărut pentru prima dată în 1970 și de atunci au cunoscut o creștere semnificativă. Initial au fost concepute pentru a crea mobilitate in interiorul unor zone de acoperire mică, precum birourile sau locuințele. Telefonele fără fir sunt alcătuite dintr-un receptor portabil, care comunică cu o BS conectată la Public Switched Telephone Network (PSTN). Astfel, telefoanele fără fir aveau drept țintă înlocuirea cablului specific telefoanelor convenționale cu o legătură wireless.

Primele tipuri de astfel de telefoane se bazau pe tehnologia de tip analog. Asfel, apelul era de calitate redusă întrucat receptoarele erau supuse interferenței. Această situație s-a schimbat odata cu introducerea primei generatii de telefoane fără fir, digitale, ce ofereau aceeași calitate, în ceea ce privește mesajul oral, ca a celor cu fir.

Deși prima generație a acestor telefoane a cunoscut un real succces, acesteia îi lipsea un număr de trăsături, cum ar fi abilitatea unui receptor de a fi utilizat in afara locuintei sau a unui birou. Această caracteristică a fost însușita de cea de-a doua generație de telefoane fără fir, digitale. Acestea sunt cunoscute si ca sisteme telepoint și permit utilizatorilor sa le foloseasca in locuri cum ar fi gări, străzi aglomerate etc. Avantajul telepoint-ului asupra telefonului celular constă în faptul ca BS-urile celui din urmă nu puteau acoperi anumite zone, cum ar fi stațiile de metrou. Dacă un număr de BS-uri de tip telepoint erau situate in astfel de locuri, un telefon fără fir din aria de acoperire se putea inregistra la un furnizor telepoint si astfel se putea face apel. Cu toate acestea, noul sistem avea și el problemele sale. O asfel de problemă era faptul că un utilizator al acestui telefon putea doar sa realizeze apeluri, nu sa si primească. De asemenea, folosirea unei alte BS-uri (adica ieșirea din aria de acoperire a primei) nu era posibilă, iar utilizatorii trebuiau să rămână in aria de acoperire a aceleșsi BS-uri pana la terminarea convorbirii. Aceste sisteme s-au desfășurat in Marea Britanie, unde au cunoscut un eșec comercial. Totuși, la mijlocul anilor 90’, aceste sisteme au cunoscut succesul în țările asiatice datorită faptului că puteau fi folosite și pentru alte servicii (cum ar fi apelarea in Japonia). Chiar și astfel, din cauza ascensiunii rapide a telefoanelor celulare, acest sistem este astăzi într-un declin continuu.

Evoluția telefoanelor fără fir, de tehnologie digitală, s-a concretizat în sistemul DECT. Acesta este un telefon fără fir standard, specific Europei, care permitea mobilitatea. Astfel, o cladire era echipata cu multiple BS-uri de tip DECT care erau conectate la PBX (Private Brach Exchange). Intr-un astfel de mediu, un utilizator care avea la el un telefon DECT se putea deplasa dintr-o zonă de acoperire in alta, fără a se produce perturbații. Din acest punct de vedere, DECT poate fi considerat un sistem celular. DECT, care până în prezent s-a raspândit doar in Europa, suportă, de asemenea, și serviciile telepoint. Un sistem asemănător DECT se folosește și în Japonia, acesta fiind cunoscut sub numele de PHP (Personal Handy-phone System). Acesta suporta și el migrația între două BS-uri .

7

1.1.5 Sisteme de date wireless

Familia de telefonie celulară este, în primul rând orientată spre transmiterea orală a mesajului. Intrucât sistemele de date wireless sunt folosite pentru transmiterea de date, ele au fost digitale încă de la inceput. Sistemele sunt caracterizate prin transmisie “bursty”: terminalele rămân în așteptare, atâta timp cât nu există un pachet de transmis. Primul sistem de acest tip a fost dezvoltat în anul 1971, la Universitatea din Hawaii, in cadrul proiectului ALOHANET. Scopul proiectului constă în furnizarea unei comunicații bi-directionale intre calculatoarele situate pe patru insule și un calculator central aflat pe insula Oahu, fără a utiliza liniile telefonice. ALOHA folosea o topologie în formă de stea, calculatorul central funcționând ca un hub. Oricare două calculatoare puteau comunica intre ele, folosind hub-ul drept intermediar. Deși eficiența acestei rețele era redusă, avantajul său consta in simplitatea ei. De precizat ca, deși mobilitatea nu se număra printre caracteristicile proiectului, ALOHA a reprezentat baza tuturor sistemelor de astăzi.

1.1.5.1 Wide Area Data Systems – Sisteme de date de mare acoperire (WWAN)

Aceste sisteme permiteau oferirea de servicii, precum mesagerie, e-mail și afisaj, la o viteză redusă. În continuare sunt prezentate câteva dintre aceste sisteme (P. Nicopolitidis, pag 7-10):

Sisteme de afișaj – acestea sunt sisteme “one-way ”, bazate pe tehnologia “celulei”, ce aveau o viteză de transmitere a mesajului foarte redusă. Primul sistem de acest tip transmitea un singur bit de informație, cu scopul de a notifica utilizatorii că cineva vrea să îi contacteze. Cu timpul, afișarea mesajelor s-a perfecționat, putându-se transmite mesaje de mici dimensiuni, cum ar fi numărul de telefon al persoanei care realiza apelul sau mesaje text reduse. In SUA, au apărut, de asemenea si pagere “two- way”. In acest caz, dispozitivele mobile au inceput sa crească în mărime și greutate, și durata bateriei se diminua, întrucât era necesară implementarea unui transmitator suficient de puternic încât să atingă BS-uri depărtate.

Mobitex- acesta este un “packet-switched system”1, dezvoltat de Ericsson pentru aplicațiile telemetrice. Acest sistem oferă o foarte buna acoperire, in multe regiuni ale lumii, și are o viteza de 8kbps. In cadrul Mobitex-ului, acoperirea este furnizată de BS-uri situate pe stâlpi, acoperișuri, etc., metodă ce în prezent se află la baza arhitecturii retelelor. In 1998, au fost construite niște sisteme, pentru piața din SUA, care ofereau un acces limitat la internet, prin intermediul Mobitex.

Ardis – acesta este un “circuit-switched system”2 și a fost dezvoltat de Motorala și IBM. Exista doua tipuri de astfel de sisteme, cunoscute și sub numele de DataTAC: Mobile Data Communications 4800 (MDC4800) cu o viteză de 4,8 kbps și Radio Data Link Access Protocol (RD-LAP), cu o viteză de 19, 2 kbps, menținând în același timp compatibilitatea cu MDC4800. La fel ca și Mobitex, acoperirea este furnizată de BS-uri situate pe stâlpi, acoperișuri, ce sunt conectate la o rețea centrală.

Multicellular Data Network (MCDN) – un sistem dezvoltat de Metricom, cunoscut și sub numele de Ricochet. MCDN a fost proiectat pentru a permite accesul la internet și, în consecință, oferă viteze mai mari, comparativ cu sistemele precedente (până la 76 kbps). Acoperirea era realizată printr-un sistem dens de celule cu o rază de până la 500

1 Packet-switched system – in cadrul acestui sistem mesajele se divid in pachete, iar apoi se transmite fiecare pachet, individual.2 Circuit-switched system – inn cadrul acestui sistem se stabileste o anume cale (sau circuit) pe toata durata transmisiei. Aceste sisteme sunt ideale pentru transmiterea informatiei in timp real.

8

m. Celulele BS sunt situate aproape de nivelul străzii, pe stâlpi. MCDN se caracterizeaza prin faptul ca este inefiecienta in cazul apelurilor orale, intrucat are loc o intarziere a mesajului de la 0,2 la 10s. De asemenea, intrucat MCDN foloseste spectrul din zona de 900 MHs, devine imposibila adoptarea sa de catre tarile in care aceasta banda este deja folosita (de exemplu, in Europa, de catre GSM), iar mutarea MCDN pe banda de 2.4 GHz, libera in Europa, ar duce la crearea unor cellule si mai mici, ce va atrage o crestere semnificativa apretului, ca urmare a necesitatii instalarii mai multor BS-uri.

1.1.5.2. Wireless Local Area Networks (WLAN)

WLAN-urile sunt folosite pentru a furniza transferul rapid de date în cadrul unei zone relativ redusă, precum o clădire sau un campus. Importanța acestor retele a început la mijlocul anilor 80’, și a fost declanșată de decizia, Comisiei Federale de Comunicații a Statelor Unite (FCC), de a autoriza folosirea fără licență a benzilor ISM (rezervate pentru utilizări industriale, științifice și medicale). Aceste benzi erau insa supuse interferentei, astfel FCC impune o limită asupra puterii dispozitivelor ce foloseau benzile ISM. Odată cu luarea acestei decizii WLAN-urile au cunoscut o dezvoltare continuă.

Prima incercare de a creea un standard, a fost făcută la sfârșitul anilor 80’, concretizându-se în IEEE Working Group 802,4 si, astfel, a luat naștere metoda Token-passing bus. Grupul a decis insa, ca aceasta metoda este ineficientă în controlarea unei rețele wireless și a sugerat descoperirea unei alternative. Astfel, Comitetul Executiv al Proiectului IEE 802 a realizat Working Group 802,11. Primul standard 802,11 permitea o viteză de transfer a datelor de 2 Mbps, folosind fie transmisia cu spectru împrăștiat, folosind benzile ISM, fie transmisia prin infrarosu. In septembrie 1999 au fost aprobate standardele 802,11b și 802,11a. Primul standard, 802,11b, marește performanța benzii de 2,4GHz, ajungând la o viteză de până la 11 Mbps. Cel de-al doilea, 802,11a, folosește banda de 5GHz, având o viteză de 20 până la 54 Mbps. Toate aceste variante folosesc același tip de protocol, și anume MAC (Medium Accesss Control), cunoscut si ca DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC).

1.1.6. Legaturile wireless fixe – fixed wireless links

Spre deosebire de celelalte rețele wireless prezentate mai sus, așa cum le spune și numele, acestor sisteme le lipsește mobilitatea. Aceste sisteme, folosite pentru a produce viteze ridicate in “bucla locală”3, sunt de două tipuri: point-to-point sau point-to-multipoint. In primul caz, compania care oferă serviciul folosește o antenă de emisie-recepție pentru fiecare utilizator, în timp ce în cadrul sistemului point-to-multipoint, o antenă de emisie-receptie este folosită pentru a forma legături cu mai mulți utilizatori. Companiile care oferă servicii point-to-multipoint plasează mai multe antene intr-o zonă, acestea formând o structură celulară, aceasta fiind insă diferită de sistemele celulare convenționale, întrucat celulele nu se suprapun, aceeași frecvența fiind refolosita pentru fiecare celulă.

Cele mai cunoscute sisteme de acest tip sunt următoarele: ISM-band systems – sisteme ce folosesc banda ISM de 2,4 GHz. Transmisia este

realizată folosind tehnologia spectrului împrăștiat, în consecință multe dintre aceste sisteme funcționează folosind standardul IEEE 11 Mbps 802,11b, care folosește acest tip de spectru. Sistemele ISM-band sunt organizate in celule cu o rază de până la

3 Local loop sau last mile – legatura ce conecteaza utilizatorul de o retea backbone, precum internetul.

9

8km.Capacitata maximă de care dispune fiecare celulă este de 11Mbps, însă în cea mai mare parte a timpului aceasta variază intre 2-6Mbps

MMDS - Multipoint Multichanel Distribution System utilizeaza spectrul folosit la inceput de catre televiziunea de tip analog. Acest spectru se situează pe banda cuprinsă intre 2,1 si 2,7 GHz. Aceste sisteme sunt organizate în celule pana la 45 Km. Aceste valori ridicate sunt posibile intrucat în cadrul benzilor cu licență este permisă o mai mare putere. Capacitatea maximă a unei celule MMDS este de 36 Mbps și este împărțită între utilizatorii acesteia.

LMDS - Local Multipoint Distribution System utilizează frecvențe mai inalte (in jur de 30 GHz) și, în consecință, celule mai mici (1-2 km) decât MMDS. Oferă o capacitate maximă de 155 Mbps.

1.1.7. Sisteme de comunicații prin satelit

Era satelitului a început în anul 1957, odată cu lansarea satelitului Sputnik de către Uniunea Sovietică, însă capacitățile de comunicare oferite de acesta erau foarte limitate. Primul satelit folosit realmente pentru comunicare a fost AT&T Telstar 1, care a fost lansat de catre NASA în 1962, urmat imediat în 1963 de succesorul său, Telstar 2. De la era Telstar până în prezent, comunicațiile prin satelit au cunoscut o continuuă dezvoltare, oferind in zilele noastre informații, afișaj, voce, difuzare TV, acces Internet, precum și alte servicii

Orbitele sateliților se impart in trei categorii. Pornind de la cea mai apropiată de Pământ spre cea mai depărtată, acestea sunt: LEO (Low Earth Orbit), MEO (Medium Earth Orbit) and GEO (Geosynchronous Earth Orbit) aflate la distanțe de 100-1000Km, 5000-15000Km, respectiv 36000Km. Există, de asemenea sateliți care folosesc orbite eliptice, acestea incercând să combine caracteristica sistemelor LEO (ce reduc întârzierea) cu cea a sistemelor GEO (stabilitatea).

1.1.8. A treia generație a sistemelor celulare

Deși sistemele 2G au cunoscut un real success și s-au bucurat de acceptabilitate pe piață, acestea sunt limitate în ceea ce priveste cantitatea de date transmisă. Cu toate că acest lucru nu este un factor limitator în ceea ce privește calitatea sunetului (a vocii), sistemele 2G devin practic inutile în fața cerințelor, în continuuă creștere, furnizate de aplicațiile de date viitore. Pentru a demonstra ineficiența acestor sisteme ă consideram un simplu transfer al unei prezentatii de 2 MB. Un asemenea transfer ar dura probabil până la 28 de minute, folosind transmisia de date 9,6Kbps GSM. Este de înțeles că, în aceste condiții, aplicațiile viitoare nu s-ar putea realiza cu prezentele sisteme 2G.

În scopul realizării în mod eficient a acestor aplicații, în 1992, Uniunea Internaționala de Telecomunicații (ITU) a demarat conceperea celei de-a Treia Generatie a sistemelor celulare. Produsul efortului depus de ITU s-a concretizat in următoarele standarde 3G:

EDGE, un sistem TDMA care a evoluat din GSM și IS-136 și suportă o viteză de 473Kbps;

cdma2000, descendent IS-95 și suportă o viteză de până la 2Mbps; WCDMA, un sistem CDMA ce introduce o nouă cale, de 5Mhz, capabil sa ofere o

viteză de până la 2 Mbps.In ceea ce privește viitorul rețelelor wireless, se previzionează ca evoluția se va

îndrepta spre un sistem integrat, care va consta într-un simplu transfer de pachete în cadrul unei platforme wireless. Acesta este scopul Generației a Patra care are drep țintă piața anului 2010.

10

2. Wireless Personal Area Network (WPAN)

2.1. Introducere. Personal Area Network (PAN) vs Body Area Network (BAN)

O rețea body este puternic corelată cu computerele portabile. Astfel, componentele unui computer portabil sunt distribuite pe suprafața corpului uman (microfoane, căști, etc.) iar BAN asigură conectivitatea între aceste dispositive. Astfel, principalele trăsături ale acestei rețele sunt:

a) abilitatea de a interconecta dispozitive eterogene, ce variază de la dispozitve complexe (ex. un telefon mobil) până la părți ale unui dispozitiv (microfon, display etc.);

b) autoconfigurare – adăugarea sau eliminarea unui dispozitiv de la rețea ar trebui să fie transparentă utilizatorului;

c) integrarea serviciilor – transferul izocron de date audio sau video trebuie să coexiste cu traficul de date Internet;

d) abilitatea de a se interconecta cu alte rețele BAN (pentru a schimba date cu alte persoane) sau rețele PAN (pentru a accesa Internetul).Prima rețea BAN a fost prototipul dezvoltat de T.G. Zimmerman, aceasta folosind

corpul uman drept canal de comunicație. Asfel, Zimmerman a demonstrat că datele pot fi transferate prin piele, printr-o simplă strângere de mână.

O Rețea Wireless Personală (WPAN) este o reţea fără fir, de mică dimensiune (low-range), care acoperă o suprafaţă de doar cațiva zeci de metri. Acest tip de reţea este folosit în general pentru conectarea dispozitivelor periferice (cum ar fi imprimante , telefoane mobile și electrocasnice) sau un asistent personal ( PDA ), la un calculator , sau doar două computere din apropiere, fără a utiliza conexiunea prin cablu. 

Asfel, în timp ce o rețea BAN se concentrează în realizarea interconectării dispozitivelor portabile ale un persoane, PAN este o rețea ce se desfășoară în mediul în care o anumită persoană iși desfășoară activitatea.

Fig.2

Prima rețea personală a fost BodyLAN, aceasta fiind rezultatul proiectului DARPA (mijlocul anilor 90’). BodyLAN era o rețea de putere și dimensiune mică, necostisitoare, cu o lațime modestă a benzii, ce putea conecta diverse dispozitive aflate pe o rază de cinci metri. Fiind motivat de proiectul BodyLAN, un grup WPAN și-a inceput activitatea in iunie 1997, ca parte a standardizarii IEEE 802.11. In mai 1998 grupul de studiu a cerut alăturarea

11

WATM, Bluetooth, HomeRF, BRAN (HIPERLAN), IrDA, IETF (Internet Standardization) și WLANA (o alianță de marketing a companiilor WLAN din SUA).

Rețeaua WPAN utilizează banda ISM de 2.4 GHz, întinderea spectrului având rolul de a elimina interferența și de a utiliza întreaga lațime a benzii.

Tehnologia WPAN creează mari oportunități pentru aplicații ce vor schimba radical viața de zi cu zi. Se previzionează că o astfel de rețea nu va fi implementată doar în dispozitive cum ar fi telefoanele celulare, PDA-uri s.a, cat și în fiecare dispozitiv digital.

2.2. Standarde de conectivitate

Grupul 802.15 WPAN se concentrează pe dezvoltarea standardelor de rețele wireless de mică acoperire folosit pentru dispositive de calcul precum PC-uri, PDA-uri, celulare, imprimante, microfoane etc. Grupul WPAN intenționează să publice standarde care să permită acestor dispositive să coexiste și să interopereze unul cu altul, în cadrul unei frecvențe acceptată pe plan internațional.

Primul asfel de standard este IEEE 802.15.1 sau Bluetooth, după regele viking Harald Blataand (poreclit si Bluetooth), ce a unit Norvegia și Danemarca. Acesta renumit ca fiind foarte comunicativ, remediind conflictele cu ușurință (cunoscut in istorie prin faptul că a introdus Creștinismul în Scandinavia, pentru a îmbunătății relațiile cu Europa) – dar nu s-ar fi gândit niciodată că o mie de ani mai târziu, o tehnologie performantă îi va purta numele!

Bluetooth a fost lansat de Ericsson in 1994, care oferă un debit maxim de 1 Mbps pe o rază maximă de aproximativ treizeci de metri. Bluetooth, de asemenea, cunoscut sub numele de IEEE 802.15.1, are avantajul de a fi foarte eficient energetic, ceea ce îl face potrivit pentru utilizarea în dispozitive mici. Bluetooth-ul creează o cale prin care se poate face schimb de informații între aparate precum telefoane mobile, laptop-uri, calculatoare personale, imprimante, camere digitale și console video printr-o frecvență radio sigură și de rază mică. Aparatele bluetooth comunică între ele atunci când acestea se află în aceeași rază de acțiune. Ele folosesc un sistem de comunicații radio așa că nu este nevoie să fie aliniate față în față pentru a transmite, pot fi chiar în camere diferite dacă transmisia este suficient de puternică.

Standardul Blutooth cunoaște mai multe versiuni: 1.0 si 1.0B, 1.1, 1.2 si 2.0Versiunile 1.0 si 1.0B au avut multe probleme care au făcut producătorii să întâmpine

mari dificultăți în a face produsele lor funcționale.Versiunea 1.1 elimină dificultățiile întâmpinate în versiunile anterioare au fost

remediate.Versiunea 1.2 este îmbunătațită prin:

- Adaptive Frequency Hopping (AFH), ce crește rezistența la interferența radio;- creșterea vitezei de transmisie;- eSCO (extended Synchronous Connections), ce imbunătățește calitatea vocii prin retransmiterea pachetelor corupte;- RSSI (Received Signal Strength Indicator);- Controller Interface (HCI) support for 3-wire UART- HCI access to timing information pentru aplicațiile Bluetooth.

Versiunea 2.0 este compatibila versiunile anterioare și are drept îmbunătățiri:- Non-hopping narrowband channel(s) : aceste canale sunt mai rapide dar au fost criticate,întrucat au adus prejudicii mecanismului de securitate al versiunilor anterioare;- Broadcast/ multicast support ;- Enhanced Data Rate (EDR) of 2.1 Mbit /s.- Built-in quality of service ;- Distributed media-access control protocols 

12

- Faster response times ;- Halved power consumption.

Un alt standard WAPN este IEEE 802.15.4, de asemenea cunoscut și sub numele de ZigBEE. Conceptul a apărut in 1998, în momentul in care multi utilizatori au observat ca BlueTooth nu este compatibil cu multe aplicații, iar în mai 2003 standardul 802.15.4 a fost finisat.

Tehnologia ZigBee  poate fi utilizată pentru a conecta dispozitive fără fir la un cost redus şi cu un consum foarte mic de energie, ceea ce îl face deosebit de potrivit pentru a fi integrat direct în aparate electronice mici (cum ar fi aparatele electrocasnice, stereo, şi jucării). ZigBee, care opereaza pe banda de frecventa de 2,4 GHz şi pe 16 canale, poate atinge viteze de transfer de până la 250 Kbps, cu o rază maximă de aproximativ 100 de metri.

ZigBee definește un set de protocoale de comunicație la nivel înalt, ce utilizează emițătoare radio de dimensiuni mici, cu un consum energetic redus, bazate pe standardul 802.15.4 ce definește rețelele WPAN (Wireless Personal Area Networks) precum conectarea caștilor la mobil prin unde radio la distanță scurtă. Tehnologia promovată de acest tip de rețele este mai simplă și prezintă costuri mai reduse decât în cazul rețelelor Bluetooth.Numele tehnologiei susține organizatia EDN : zig-zag waggle dance honeybees. Acest tip de retele a fost proiectat și etichetat aplicațiilor ce necesită o viteză de transmisie a datelor redusă, o gestiune optimizată a consumului de energie pentru asigurarea longevității maxime a surselor si a securitatii retelei de lucru. Versiunea ZigBee 1.0 a fost ratificată la 14 decembrie 2004.  Operând în benzile radio de 868 MHz (Europa), 915 MHz (SUA) şi 2,4 GHz în majoritatea ţărilor, un circuit radio ZigBee produs în serie foarte mare costă în 2005 circa 1,10 dolari SUA, iar preţul unui microcontroler dedicat este în prezent mai mic de 3 dolari  Tehnologia Zigbee este utilizată deja in aplicații foarte mari, interesante, deși nu sunt publice: securitate, sisteme de control, sisteme de monitorizare, aplicații militare sau industriale. Este o tehnolgie simplă și eficientă din punct de vedere economic. Este chiar mai ieftină decat tehnologia Wi-Fi, care este tot mai accesibilă. Există și numeroase aplicații în care cele doua tehnologii conlucrează. O reţea ZigBee poate fi utilizată într-o gamă largă de domenii, de la controlul industrial, reţelele cu senzori integraţi, achiziţia de date medicale şi sistemele anti-incendiu şi anti-efracţie până la automatizările din clădiri şi casele inteligente. Functioneaza în banda de frecvența 2.4 GHz, considerată resursă naturală și nu implică costuri de utilizare In prezent exista doua versiuni standardizate ZigBee si ZigBeePro. Aceasta din urmă aparuta în 2007 oferă mai multe avantaje precum multicasting, rutare M to 1, si o securitate mai buna prin Symmetric-Key Key Exchange (SKKE) Standardul de bază pentru rețele wireless este 802 stabilit de IEEE. Standardul 802.15 caracterizează WPAN (Wireless Personal Area Network), rețele ce leagă dispozitive ca telefonul mobil, PDA (Personal Digital Assistant), console de jocuri, etc. Din 802.15 se desprinde 802.15.4, care se referă la tehnologia ZigBee. ZigBee ofera funcționalitate de nivel înalt în ceea ce privește structura rețelei, rutarea mesajelor si securitatea. Această funcționalitate este oferită de nivelul software. Nivelul fizic /legătura de date este bazat pe standardul IEEE 802.15.4  Acest standard fundamentează principiile de bază ale ZigBee:- Consum de energie foarte redus;- Folosirea de benzi radio fara licenta;- Instalarea usoara;- Cost redus.ZigBee adaugă capabilități pentru :- Topologii de rețele mai flexibile;- Rutare de mesaje inteligentă;- Măsuri de securitate îmbunătățite;

13

In comparație cu Bluetooth, care suportă o viteza a datelor de până la 1Mbps, ZigBEE are o viteză de doar 250 Kbps. Astfel, in 2005, a fost inaugurat un nou standard, cunoscut sub numele de WiMedia, acesta este unul din cele doua propuneri competitive 802.15.3. Una dintre ele se bazează pe „întinderea automata” (DS-direct spread) UWB, iar cealaltă pe MB-OFDM (multiband orthogonal frequency-division multiplexing). Varianta 802.15.3a a fost desfiintata, dupa ce niciuna dintre cele doua nu a primit vot majoritar, iar cea de-a doua s-a alaturat grupului WiMedia. Un standard WiMedia este USB wireless (WUSB).

Standardele IEEE 802.15, in ordinea apariției lor, sunt prezentate comparativ in tabelul de mai jos:

Standardul IEEE

Volumul de date transferat

Banda de frecvență

Aria de acoperire

Aplicații

802.15.1 Bluetooth 1Mbps 2.4-2.48GHz 10m Telefoane celulare, calculatoare, PDA-uri, imprimante, microfoane și alte dispositive digitale

802.15.3 High-rate WAPN

>20Mbps 3.1-10.6GHz 10m Transfer multimedia, radar de inaltă rezolutie, senszor wireless de rețea, sisteme de radio-locații etc.

802.15.4 Low-rate WAPN

<0,25Mbps 868MHz902-928MHz2.4-2.48GHZ

100m Aplicații in domeniile industrial, agrar, medical etc.

HomeRF (pentru Home Radio Frequency), lansat în 1998 de către HomeRF Grupul de lucru (care include producătorii Compaq, HP, Intel, Siemens, Motorola şi Microsoft, printre altele) are o capacitate maximă de 10 Mbps, cu o gamă de aproximativ 5-10 de metri fără un amplificator. 

Standardul HomeRF, în ciuda sprijinului Intel, a fost abandonat în ianuarie 2003, în mare măsură, deoarece producatorii de procesoare au început să sprijine on-bord Wi-Fi (prin intermediul tehnologiei Centrino, care a inclus un microprocesor şi un adaptor Wi-Fi pe o singură componentă).

Standardul IrDA poate fi folosit pentru a crea conexiuni fără fir peste câţiva metri, cu viteze de peste poate ajunge la cativa megabiţi pe secundă. Această tehnologie este utilizată pe scară largă în domeniul electronicii acasă (cum ar fi controale de la distanţă), dar undele de lumină pot interfera cu semnalul. IrDA (Infrared Data Association), format în 1995, are mai mult de 150 de membri.

14

2.3. Arhitectura retelei

Un dispozitiv Bluetooth, jucand rolul de “stăpân” poate să comunice cu un număr de până la 7 dispozitive, ce joacă rolul de “sclav”. Astfel, în orice moment, informația poate fi transferată între stăpân si sclav, dar stăpânul comută rapid de la sclav la sclav, dând astfel forma unui cerc. Aceste grupuri formate din 8 dispozitive (1 stapan si 7 sclavi) sunt numite piconet-uri. De asemenea, se pot conecta între ele și doua sau mai multe piconet-uri, împreună formând scatternet-ul, dispozitevele acționând ca o punte, jucând rolul de stăpân în cadrul unui piconet și rolul de sclav în celălalt.

Fig.3. Scatternet. Standardul Bluetooth

Astfel, putem spune că, in cazul standardului Bluetooth, intâlnim o topologie de tip imprăștiat. In cadrul acestei topologii un număr de rețele de mici dimensiuni permit coexistența mai multor terminale. Pentru a implementa o astfel de rețea este necesară prezența unui mediu plug and play4. Rețeaua trebuie să se autoconfigureze, furnizând un mecanism simplu de formare a unie noi retea de mici dimensiuni și o procedură de participare la una existentă. Pentru a implementa un astfel de mediu sistemul trebuie sa fie capabil sa furnizeze diferite stări (Master –“M”, Slave –“S”, Stand-By-“BS” și Parked/Hold – “P” pentru terminal) de conectare la rețea, iar terminalele să se poată asocia la mai multe retele în același timp. Asa cum am mai spus, fiecare terminal poate să joace rolul fie de stapan (M) sau sclav (S) și, după se vede in fgura 3, terminalele S pot sa faca parte din unul sau mai multe piconet-uri. Un terminal “M” poate să fie conectat simultan la 7 până la 200 de sclavi activi dintr-un piconet. Daca accesul nu este permis, un terminal poate să intre in starea “BS”, unde așteaptă până cand i se permite accesul. In acest mod terminalul iși păstreaza adresa MAC, in timp ce in starea “P” adresa MAC este eliberată. Intr-o zona este permisă funcționarea a până la 10 piconet-uri.

Standardul WiMedia este utilizat pentru a conecta diverse dispozitive, cum ar fi telefoanele mobile, imprimantele, MP3/4 –urile la un laptop, în cadrul unei mici rețele WAPN, așa cum este piconet-ul caracteristic Blootooth-ului. O rețea WAPN de standard WiMedia este prezentată in fig. 2.

4 Conceptul de Plug and Play se referă la posibilitatea unui utilizator cu putine cunostinte tehnice despre computere să instaleze sau să demonteze (permanent sau dinamic) componente hardware fără prea mult efort.

15

Fig.4 Topologie în formă de stea. Standardul WiMedia

Conexiunea intre dispozitive și laptop se realizează folosind USB wireless. Laptop-ul poate fi conectat la o retea localș printr-un punct de acces. Un telefon mobil poate fi conectat si la o BS (base station) dintr-o rețea celulară, care la rândul ei este conectată la o rețea de telefonie puplică, cunoscută sub numele de PSTN (public switched telephone network). In acest exemplu este prezentată o topologie de tip stea, dar pot exista și altele, cum ar fi topologia de tip pânză de păianjen.

3. Wireless Local Area Network (WLAN)

3.1. Definiția WLAN. Standarde de conectivitate

“O rețea wireless locală este o rețea wireless ce face posibilă comunicarea intre doi sau mai mulți utilizatori, având o viteza relativ mare, comparativ cu cea permisă de o rețea celulară”. (David Tung Chong Wong, pag. 391). Această rețea este similară Ethernet-ului, cu excepția faptului ca Ethernet-ul este cablat iar WLAN este wireless și permite mobilitatea utilizatorului.

IEEE 802.11 este primul standard WLAN și, până în prezent, singurul care are o piață asigurată. Activitatea de standadizare IEEE 802.11a luat naștere în anul 1987, ca parte a standardului IEEE 8.4 token bus. Intrucât principalul motiv de utilizare al WLAN-urilor a fost realizarea conecxiunii intre diverse echipamente, producatori precum GM au participat inca de la inceput la activitățile grupului IEEE 802.4. Standardul 802.11 a evoluat mai tarziu, apărând astfel urăatoarele standarde: 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n si 802.11s. Ultimele standarde permit transferul datelor de dimensiuni mai mari, iar 802.11s poate avea rețea de tip pânză de păianjen.

Dupa multe dezbateri, participanții la grupul IEEE 802.11au ajuns la un acord comun, și astfel au formulat un numar de cerințe ce trebuiau indeplinite de standardul 802.11:

- un singur MAC ce suportă mai multe straturi PHY;- mecanisme ce permit suprapunerea mai multor rețele, aflate în aceeași zonă;- dispozitii care să se ocupe de interferența provocată de alte benzi ISM radio;- mecanism care să rezolve problema “terminalelor ascunse”5;- opțiuni pentru a sprijini serviciile contra timp;- dispoziții care să asigure confidențialitatea și accesul controlat.

5 Problema terminalului ascuns: două terminale se pot afla fiecare în afara razei de acţiune a celuilalt terminal (ascunse) datorită prezenţei unor obstacole .

16

IEEE 802.11b poate opera cu o viteză de până la 11Mbps, în cadrul benzii fără licență de 2.4GHz, iar cel de-al doilea în banda de 5GHz, fiind insă eliminat de pe piata. IEEE 802.11b folosește spectrul imprăștiat de secvență directă (DSSS) iar 802.11a folosește OFDM-orthogonal frequency-division multiplexing. Standardul 802.11g, lansat in 2003, ce functionează in cadrul benzii de frecvență 2.4GHz și folosește OFDM, atinge o viteză de transfer de 54Mbps, deveninind astfel foarte popular.

In anul 2008, un nou grup, cunoscut sub numele de 802.11n, a lansat standardul 802.11n. Acest standard, ce foloseste o combinație a tehnicilor OFDM și MIMO (multiple-input, multiple-output) are drept țintă atingerea unei viteze de până la 600Mbps. Acest lucru este posibil prin realizarea unui protocol MAC capabil să transfere peste100Mbps. Din cauza coliziunilor produse în momentul accesului la sistem, algoritmiilor de revenire ai accesului la sistem și spațiile dintre cadre (IFSs – interfrarme spaces) rezultatul (throughput) va fi mai mic decât data fizică. Astfel, tehnicile avansate MAC trebuie să mărească throughput-ul util. Dintre aceste tehnici amintim agregarea cadrelor, protoculul de inversare a directiei, diferite modalitati de transmisie și reducerea IFS-urilor.Agregarea cadrelor constă in transmiterea unor cadre multiple într-o perioadă scurtă de timp, reducând astfel timpul de acces la canal si spatiile dintre cadre (IFSs). Protocolul de inversrea a direcției permite tranferul bidirecțional de cadre, in momentul in care este permisul accesul stației sursa la canal. Acesta imbunătățește throughput-ul prin reducerea timpului de accces al statiei de destinatie la canal. Acest tip de standard este folosit de multe aplicații: VoIP, transferul video, transferul audio, conferință video, IPTV, jocuri interacticve, fișiere de mari dimensiuni etc.

Standardul 802.11e accept până la patru categorii de acces și 8 clase de trafic. Stațiile 802.11b/a/g și stațiile 802.11n pot fi cuplate la standardul 802.11e. In cadrul standardelor anterioare trecerea de la un punct de acces la altul se realizează intr-un anumit timp. Astfel, apare grupul 802.11r, ce incearcă să remedieze această problem.

Standardul 802.11s este un standard ce permite o rețea de tip pânză de păianjen, este compatibil cu stațiile modelelor anterioare și este ușor de implementat.

Specificaţiile standardului IEEE 802.11 prevăd trei variante de implementare pentru nivelul fizic:

• folosind spectru împrăştiat cu salt de frecvenţă (FHSS),• folosind spectru împrăştiat cu secvenţă directă (DSSS) şi• folosind radiaţii în infraroşu (IR).Sistemele care au la bază FH-SS utilizează banda ISM (Industrial, Scientific and

Medical band) de 2,4GHz. In SUA sunt specificate maxim 79 de canale pentru salturi de frecvenţă. Primul canal are frecvenţa centrală de 2,402 GHz iar celelalte canale sunt distanţate cu 1 MHz. Aceasta varianta cunoaste trei seturi de secvenţe de salt cu câte 26 de secvenţe peset, facand astfel posibila coexistenţa mai multor BSS în aceeaşi zonă geografică ceea ce poate fi important pentru evitarea congestiilor şi pentru maximizarea transferului de date în BSS. Motivul pentru care sunt trei seturi diferite constă în evitarea perioadelor prelungite cu coliziuni între secvenţele de salt dintr-un set. Sistemele care folosesc DS-SS utilizeză de asemenea banda ISM de 2,4 GHz, imprăştierea fiind realizată prin împărţirea benzii disponibile în 11subcanale, fiecare cu lăţimea benzii de 11 MHz. Se foloseşte o secvenţă de împrăştiere 11 biţi/simbol şi rezultă o capacitate maximă a canalului de 1 Mb/s. In cazul unor BSS adiacente sau suprapuse trebuie asigurată o separare între frecvenţele centrale pentru BSS diferite de 30 MHz. Această condiţie conduce la posibilitatea ca numai două BSS să fie adiacente sau suprapuse fără interferenţe. Aceste sisteme necesită numai omologarea modelului de către administraţia radio a ţării unde se instalează. Au dezavantajul că au statut de utilizator secundar, cu alte cuvinte pot exista şi alţi utilizatori în aceiaşi bandă.

17

Sistemele care folosesc IR lucrează cu lungimi de undă între 850 şi 950 nm. Aceste sisteme se utilizează în interiorul clădirilor şi operează cu transmisiune nedirecţională. Staţiile pot recepţiona transmisiuni în vizibilitate directă sau reflectate. Subnivelul MAC este responsabil pentru: procedurile de alocare a canalului, adresarea unităţilor de date de protocol (PDU), formarea cadrelor, controlul erorilor, fragmentarea şi reasamblarea.

Mediul de transmisiune poate opera în două moduri:• modul concurenţial CP (contend period), când staţiile îşi dispută accesul la canal pentru fiecare pachet transmis, sau• modul neconcurenţial CFP, când utilizarea mediului este controlată de AP.IEEE 802.11 acceptă trei tipuri de cadre: de management (pentru asocierea staţiilor cu AP, sincronizare şi autentificare), de control (pentru negocieri în timpul CP respectiv pentru confirmări în timpul CP şi spre sfârşitul CFP) si de date (pentru transmisie de date şi date combinate cu interogări şi confirmări în timpul CFP).High Performance Radio Local Network (HIPERLAN) reprezinta o alternativa la

standardele 802.11 lansate de Institul de Inginerie Electrica si Electronica (IEEE). Standardul HiperLAN a fost creat de Institul European de Standarde in Telecomunicații (ETSI), având drept scop crearea unui protocol care să permită o viteza de transfer mai mare decat cea permisă de standardul 802.11. Acest protocol a fost aprobat in 1996, această versiune având o arie de acoperire de 50m., o viteză de transfer de 10 Mbps, in timp ce transferul de date video se realiza la o viteza de 2Mbps. Asfel, standardul și-a atins scopul, caracteristicile sale reprezentând o adevărată imbunătățire, in comparație cu standardul 802.11 existent la acea vreme, care permitea o viteză de transfer de doar 2Mbps.

3.2. Arhitectura rețelei

IEEE 802.11 permite existența a trei tipuri de rețele: retea infrastructurală sau unfrastructura de rețea, retea ad-hoc și rețea “pânză de păianjen”.

In cadrul rețelei infrastructurale, mai multe stații (utilizatori) sunt conectate direct la un hub sau punct de acces (AP), conectat la un sistem de distribuție. Un grup format dintr-un AP și mai multe stații mobile poartă numele de (BSS-Basic Service Set), acesta permițând accesul utilizatoriilor la o rețea cu fir, cum ar fi Internetul.. Orice tip de informație, ce trebuie transferată de la o stație la alta, ajunge intâi la punctual de acces. Stația hub controlează celelalte stații și monitorizează stația ce a transmis mesajul, reușind astfel să realizeze un acces organizat. Aceasta rețea este specifică rețelelor de telefonie, toti abonații aflați intr-o zona de transfer sunt conectați la oficiul central.

a) b) c) Fig.5 Retele wireless pentru standardul 802.11: infrastructurala (a), ad-hoc (b), panza de paianjen (c)

18

In cadrul rețelei ad-hoc, stațiile sunt conectate direct intre ele, fără a necesita existența unui AP. Această rețea se mai numește rețea peer-to-peer, iar modul său de operare este cunoscut sub numele de BSS independent (IBSS).

4. Wireless Wide Area Network (WWAN)

4.1. Standarde de conectivitate

Standardul Global System for Mobile Communications (GSM ), lansat de către ETSI in 1992 , este cel mai popular standard pentru telefoanele mobile din lume. Asociatia care il promoveaza estimeaza ca 82% din piata globala a telefoanelor mobile utilizeaza acest standard. GSM este folosit de peste 2 miliarde de oameni din 212 tari. Datorita GSM roamingul international este posibil intre operatori mobili diferiti, facilitand utilizarea telefonulului mobil in multe parti din lume. GSM se diferentiaza de predecesorii sai prin semnal si prin canalele de vorbire la calitate digitala, fiind astfel considerat parte a celei de-a doua generatii de telefonie mobila (2G).

Primul pas in intelegerea acestui standard consta in identificarea serviciilor care sunt furnizate de retea, intrucat intreaga retea este proiectata pentru a suporta aceste servicii. Sistemele celulare de tip analog au fost dezvoltate pentru o singura aplicatie: voce. In comparatie cu acestea, serviciile GSM ofera o gama larga de servicii, ce se pot grupa in trei categorii: teleservicii, servicii de portabilitate si servicii suplementare.

Teleserviciile permit comunicarea intre doi utilizatori iar serviciile oferite erau: telefonie, apeluri in cazul urgentelor, teletex, FAX, mesaje scurte si videotext (Phase 1 GSM);

Serviciile de portabilitate permit comunicarea intre AP-uri. Serviciile constau in accesul la PSTN al datelor sincrone sau asincrone. Serviciile suplimentare sunt serviciile care nu pot exista pe cont-propriu, ci doar suplementand serviciile prezentate anterior. In prima faza intalnim serviciile ce permit redirectionarea si restrictionarea apelului. Un alt serviciu este cel de punere in asteptare al apelului.

Asociatia Industriei de Telecomunicatii (TIA) este cea care a lansat standardele wireless nord-americane. Asa numitele standarde interimare (IS) dezvoltate de TIA au format baza in implementarea sistemelor celulare, pana cand au fost specificate in mod oficial ca standarde TIA. In anii 1980, in SUA, principalul serviciu celular de tip analog a fost AMPS Desi AMPS avea o interfata a aerului specifica, reteaua backbone nu era bine standardizata ducand la lipsa interoperabilitatii. Roaming-ul dincolo de granitele sistemului era foarte complicat, necesitand interventia utilizatorului. Pentru a rezolva aceste probleme TIA a lansat standardul IS-41 care specifica o interfata open-communication intre doua sisteme AMPS. Serviciile celulare de tip celular au evoluat in doua directii diferite: TDMA si standardul IS-136 si CDMA si standardul IS-95. Interoperabilitatea intre aceste doua standarde era imposibila, in interfata-aer. Se putea realiza decat prin telefoane dual-mode, care aveau implementate doua sisteme radio, coordonandu-se la serviciul wireless existent intr-o zona. In prezent infrastructura retelei backbone IS-41 a evoluat, suportand ambele standarde IS-136 si IS-95.

IS-95 este standardul celular de tip digital care folosete CDMA, atat ca metoda de acces, cat si ca interfata-aer. Aceasta tehnologie a fost dezvoltata de Qualcomm, in 1990, putandu-se gasi si in prezent sub numele de cdmaOne. De atunci, standardul a cunoscut mai multe revizuiri, cum ar fi IS-95a si IS-95b. Dintre standardele generatiei a doua, acest

19

standard este cel mai complex, intrucat prezinta avantaje neintalnite in cadrul sistemelor TDMA, cum ar fi soft-handoffs6.

Sistemele din generatia a treia (3G) sunt standardizate peste tot in lume sub emblema International Mobile Telecommunications beyond 2000 (IMT-2000), si de aceasta data evidentiindu-se doua evolutii: prima fiind evolutia de la GSM la IMT-2000 si a doua o evolutie de la standardele americane IS-136 si IS-95 la IMT-2000, in ambele cazuri interfata fiind CDMA. Prima este specificata de Proiectul de Parteneriat Generatia a Treia (3GPP), iar cea de-a doua de o alta asociatie numita 3GPP2. Standardul sustinut de cea dintai este cunoscut sub numele de WCDMA, iar cel sustinut de 3GPP2, CDMA2000.

4.2. Arhitectura rețelei

O topologie de retea specifica WWAN este cea care se bazeaza pe reutilizarea frecventei de emisie conform gruparii celulelor. Topologia este prezenta si la reteaua de telefonie mobile, retelele de comunicatii si, in ultimul rand si la retelele locale.

Aceasta topologie se foloseste atunci cand exista un numar mare de utilizatori mobili raspanditi in cadrul unei zone geografice ce nu poate fi cuprinsa in aria de acoperire a unei BS sau punct de acces. In sistemele de tip celular, zona ce ofera servicii este impartita in mai multe zone de dimensiuni mai mici, fiecare corespunzand unei celule. Toate aceste celule se grupeaza, formand un model relativ regulat, cu un nivel al semnalului bine determinat, astfel incat sa nu se realizeze o interferenta prea mare care sa corupa calitatea serviciului. Fiecare celula este o retea arhitecturala, fiecare utilizator fiind controlat de BS-ul sau punctual de acces specific celulei din care face parte. In reteaua celulara, fiecare BS sau AP sunt conectate, prin intermediul unei retea backbone, la alte elemente de retea, facand astfel posibila implentarea unui control complex asupra retelei si si a unor algoritmi de organizare. In cadrul unei retele de tip celular, orientata spre voce, BS-urile sunt cablate la BS-urile de control (BSCs) si la centrele mobile de comutare (MSCs). BSC-urile si MSC-urile urmaresc apelul si pastreaza integritatea acestuia pe toata durata sa, transferandu-l dintr-o celula in alta, dupa cum utilizatorii mobile se deplaseaza in interiorul sistemului. Concomitent, BSC-urile si MSC-urile asigura conexiunea la reteaua de telefonie publica. Astfel, se creeaza o ierarhie bine definite, in ceea ce priveste managementul retelei si al facilitatilor de control.

Initial, standardele WLAN, concepute pentru a realiza acoperirea pe zone reduse, permiteau doar retele de tip ad-hoc sau centralizate. Mai recent, odata cu cresterea popularitatiii retelelor WLAN, a aparut necesitatea de a mari zona de acoperire a retelelor tipice create pentru corporatii prin coordonarea mai multe AP-uri, astfel incat sa se furnizeze un serviciu fiabil intr-o zona intinsa. Ca raspuns la aceasta nevoie, un numar de companii au proiectat managementul retelei si elementele de control utilizate de WLAN, astfel incat sa permita o mai mare acoperire si operatii mai bine coordinate ale unei retele de scara mare, folosind mai multe AP-uri simple.

6 Soft-handoffs – o trasatura intalnita la standardele CDMA si WCDMA ce ofera o mai buna calitate a sunetului in momentul trecerii de la o celula la alta (predarea sau handoff), comparativ cu handoff-ul specific standardelor TDMA. Se impart in trei categorii: a) softer handoff (se realizeaza intre doua sectoare ale aceleasi celula); b) soft handoff (intre doua sectoare din interiorul a doua celule diferite)si c) soft-softer handoff (predarea trebuie sa se realizeze intre doua sectoare din aceesi celula, pe de o parte, si un al treilea sector din alta celula).

20

Fig.6 Model al retelei ce se bazeaza pe reutilizarea frecventei

Retelele de tip celular sunt proiectate sa reutilizeze frecventa, astfel incat sa maximizeze capacitatea totala ce poate fi atinsa cu un set limitat de canale de frecventa alocate. O schema tipica ce ilustreaza mecanismul de reutilizare a frecventei este reprezentata in Fig 6 . In figura, celulele sunt organizate in grupuri de cate sapte, fiecare grup fiind alcatuit astfel din cate sapte celule numerotate de la A la G. In cadrul fiecarui grup sunt folosite cate sapte seturi de canale de frecventa, cate unul pentru fiecare celula. Atunci cand se atinge o anumita distanta, acelasi set de canale de frecventa se poate folosi simultan. Acest lucru este evidentiat in model prin marcarea celulelor, care folosesc simultan acelasi set, cu aceeasi litera. Celulele care folosesc aceeasi frecventa se mai numesc si celulele “co-channel”, Astfel, folosind un asemenea sistem, capacitatea sa totala poate fi, in principiu, adusa la marimea dorita, reducand in mod echilibrat aria de acoperire a fiecarei celule, in timp ce se controleaza nivelul puterii, pentru a evita interferenta dintre co-channels (interferenta cu alti utilizatori ce opereaza in alta celula ce foloseeste aceesi frecventa). Sistemele celulare existente evolueaza, transformandu-se in sisteme celulare ierarhice, unde macrocelulele au raza de cativa Kilometri pentru a putea acoperi rute de calatorie majore si zone urbane si suburbane intinse, microcelulele au raza de cativa metri, pentru a realiza acoperirea pe strazile dens populate din centrul orasului, iar pico-celulele cuprind in aria lor cateva camere dintr-o zona interioara. In cadrul industriei WAPN, retelele care opereaza cu pico-celule poarta numele de piconet. O ultima aditie la reteaua de tip ierarhic sunt megacelulele, folosite initial in cadrul retelelor de sateliti, acoperind zone cu raza de sute de kilometri.

4.2.1 Arhitectura sistemului GSM

Sistemul GSM este alcatuit din trei segmente majore: statia mobila (MS), subsistemul statiei de baza (BSS), subsistemul de retea si de comutare (NSS).

21

Fig.7 Sistemul GSM

MS preia informatia de la utilizator si o prelucreaza, conform protocoalelor de transmisie aflate in atmosfera, pentru a putea realiza transferul la BSS. Informatia este transmisa de utilizator la MS prin intermediul unui microfon sau difuzor, tastatura, afisaj pentru mesaje scurte, iar intre celelalte terminale transmisia se realizeaza prin cablu. MS are doua elemente: echipamentul mobil (ME) si Subscriber Identity Module (SIM). ME este un dispozitiv hardware, pe care clientul il poate procura de la producator sau de la diverrsi dealeri. Acesta contine toate componentele necesare implementarii protocoalelor ce asigura interactiunea cu utilizatorul, pe de o parte, cat si cu canalul de frecventa prin care ajunge la BSS. Componentele includ microfon, difuzor, tastatura si modemul radio. SIM este smart card, eliberat pe baza de abonament si variind in functie de preferintele utilizatorului. Apeluriile sunt directionate mai degraba la SIM, si nu la terminal. De asemenea, mesajele sunt si ele stocate in SIM. Intrucat cardurile SIM pastreaza informatiile personale ale utilizatorului s-a introdus o masura de securitate ce consta in introducerea unui numar PIN de patru cifre de catre utilizator.

BSS comunica cu utilizatorul prin wireless si cu infrastructura cablata prin intermediul protocoalelor wired. Cerintele pentru cele doua medii, wireless si cablat, sun diferite intrucat mediul wireless este nesigur, cu o latime limitata a benzii si trebuie sa asigure mobilitate. Drept rezultat, protocoalele folosite de cele doua medii sunt diferite. BSS este cel care asigura traducerea intre cele doua protocoale, astfel: in cazul unei conversatii, semnalul de voce al utilizatorului este convertit in semnal digital de 13kbps, cu ajutorul unui decodificator de voce, destul de reus pentru a se incadra pe canalul de frecventa din atmosfera. Aceasta conversie, de la analog la digital, are loc la nivelul MS-ului. Intrucat reteaua backbone lucreaza cu 64kbs, se realizeza conversia de la 13kbps la 64kbps, aceasta realizandu-se in cadrul BSS-ului. In cadrul BSS-ului se gasesc doua elemente: BTS si BSC. BTS este partea din cadrul MS-ului care comunica fizic cu interfata aerului. Componentele BTS-ului includ un emitator, un receptor si echipament de semnalizare pentru a comunica cu interfata aerului. BTS-ul este localizat in centrul celulelor, unde este instalata antena BSS, si pot exista de la 1 la 100 de asrfel de BTS-uri in cadrul unei singure BSS. Cel de-al doilea element arhitectural al BS-ului este BSC-ul, un mic comutator care are drept responsabilitate administrarea frecventei si realizeaza predarea semnalului intre BTS-uri

NSS este responsabil pentru functionarea retelei, furnizand comunicarea cu alte retele wireless sau cablate. NSS-ul folosit de GSM se conecteaza cu PSTN (reteaua backbone) cu ajutorul protocoalelor ISDN. NSS poate fi considerat ca fiind un comutator wireless care comunica cu alte comutatoare ale retelei backbone si, in acelasi timp, suporta functionalitatile necesare unui mediu celular mobil. NSS-ul este cel mai elaborat element din cadrul retelei GSM, avand un hardware (MSC) si patru componente software: visitor location register (VLR), home location register (HLR), equipment identification register (EIR), authentication

22

center (AUC). MSC este partea hardware a comutatorului NSS, ce comunica cu comutatoarele retelei backbone, prin intermediul protocolului SS-7 (signaling system-7), precum si cu alte MSC-uri aflate in aria de acoperire a furnizorului de servicii. De asemena, MSC furnizeaza retlei informatii cu privire la statutul terminalelor mobile. HLR este baza de date care realizeaza mangementul contului fiecarui abonat mobil. Aici se pastreaza adresa abonatului, tipul serviciului, locatia curenta, adresa de expediere, codurile de autentificare, precum si informatii de facturare. VLR este o baza de date temporara, similara cu MSC, identificand utilizatorii care viziteaza zona de acoperire a unui MSC. Intretinerea a doua baze de date face posibila apelarea si rutarea apelurilor intr-o situatie de roaming, atunci cand un MS patrunde in zona de acoperire a altor MSC-uri. AUC pastreaza algoritmi diversi utilizati in autentificarea sau criptarea abonatilor. EIR este o alta baza de date care gestioneaza identificarea echipamentului mobil in caz de furt sau defecte. Aceasta baza pastreaza identitatea internationala a echipamentului mobil (IMEI) care dezvaluie producatorul, tara de productie si tipul terminalului. informatie ce poate fi folosita pentru a raporta telefoanele furate. Implementarea EIR este optionala.

4.2.2 Arhitectura sistemelor nord americane

Arhitectura sistemelor nord americane este similara cu arhitectura standardului GSM, cu cateva deosebiri. Comitetul TR-45, ce colaboreaza cu 3GPP2, sustinator al standardului CDMA2000, ofera performanta, interoperabilitate, compatibilitate si standarde in benzile 800MHz si 1800MHz. TR-45.3 functioneaza cu tehnologia TDMA si TR-45.5 cu tehnologia CDMA. TR-46 este o adaptare a TR-45 pentru benzile PCS (1850-1990MHz), avand mici modificari si interschimband numele unor elemente. Arhitectura T3-45 este foarte similara cu cea GSM, aparand in plus cateva interfete si elemente. Elementele de noutate sunt: DMH (data message handler)-colecteaza informatiile de facturare; IWF (interworking function)- permite conectarea unui MSC la alte retele; AUX- un echipament auxiliary care se poate conecta la un MS. Centru de autentificare (AUC), specific arhitecturii GSM, este redenumit AC, iar sistemul de operare si intretinere (OMC) devine OC (Sistem de operare).

Fig. 8 Modelul propus de Comitetul TR-45

Standardul IS-41 permite o arhitectura deschisa, similara GSM, astfel incat sa permita roaming-ul intre doua sisteme americane diferite. Asa cum se poate obserava in figura de mai sus, elementele, cu ajutorul carora se transmit si se gestioneaza informatiile, sunt: MSC, VLR, HLR, AC, etc. De asemenea, protocolul de semnalare al standardului IS-41 este foarte asemanator cu SS-7, caracteristic standardului GSM. Ceea ce difera este ca standardul

23

IS-41suporta si parte de aplicatii mobile (MAP), ce consta in transportarea diverselor mesaje intre elementele central ale retelei.

La sfarsitul anilor 80’ s-a format grupul ITU, avand drept scop studierea standardelor specific sistemelor generatiei a treia. Astfel in 1992, WARC (World Administrative Radio Conference) a desemnat spectrul de 230MHz pentru IMT-2000. In ceea ce priveste tehnologiile de transmisie radio (RTTs), exista doua propuneri competitive: W-CDMA,bazat pe propunerile UMTS Terestrial Radio Access (UTRA) FDD si TDD si propunerea CDMA2000.

Cel care a rezolvat aceasta problema a fost grupul 3GPP, realizand o armonizare intre aceste propuneri si lansand o alta. Astfel standardul propus de acest grup are urmatoarele componente:

1. trei standarde specifice interfetei-aer: doua moduri de Frequency Division Duplex (un mod secventa directa –DS- bazat peW-CDMA, la o rata de cip de 3.84 Mcps si un mod multi-carrier, bazat pe CDMA, cu o rata de cip de 3.6864 Mcps ) si un mod Time Division Duplex ce opereaza la 3.84 Mcps;

2. ofera support atat pentru GSM-MAP, cat si pentru ANSI-41, cu toate modurile air-interface;

3. handoff fara sudura intre DS si MC, precum si interoperabilitatea intre UMTS si ANSI-41

4. suport pentru operatii sincrone

Fig. 9 Modelul propus de grupul 3GPP

5. Retele de sateliti

Comunicatiile prin satelit s-au realizat pentru prima data in 1960, si isi au originea in aplicatiile militare. Inca de cand NASA a lansat primul satelit, Early Bird (primul satelit commercial de comunicatii), s-a demonstat eficacitatea comuncicatiilor prin satelit, jucand un rol important, atat in cadrul retelelor locale cat si internationale. Prin intermediul satelitilor s-a putut realiza transmisia de date in parti ale lumii inaccesebile retelelor terestre.

Comunicatia prin satelit nu inlocuieste sistemele terestre de comunicatie existente, ci este doar o extensie a retelelor wireless. Cu toate acestea, comunicarea prin satelit are urmatoarele avantaje:

acoperirea: satelitii pot cuprinde o zona geografica mult mai mare decat cea atinsa de sistemele traditionale (satelitii au aabilitatea unica de a cuprinde intreg Globul Pamantesc);

frecventa inalta a benzii: o banda KA-band (27-40GHz) poate transporta datele la oo viteza de Gbps;

24

cost redus: un sistem de comunicatii prin satelit nu este costisitor, intrucat nu apar costuri cu cablarea, iar un singur satelit acopera o zona intinsa.

comunicatii wireless: utlizatorii se pot bucura de comunicatii neintrupte, in timp ce se deplaseaza in cadrul intregii zone de acoperire;

topologie simpla: retelele de sateliti au o topologie mai simpla, ce duce la o crestere a performantei;

aplicatii Broadcast/multicast; mentenanta: un satelit obisnuit este proiectat astfel incat sa nu necesite supraveghere

(beneficiaza de o minima atentie din partea personalului); imunitate: un astfel de sistem nu ar suferi de pe urma dezastrelor, cum ar fi inundatii,

incendii etc.Satelitii existenti la ora actuala ating un numar de aproape 2000 de satelitii, grupati in

trei categorii: sateliti geostationari (GEO-Geostationary Earth Orbit), sateliti aflati pe orbita din mijloc (Middle Earth Orbit –MEO) si sateliti aflati la mica distant de Pamant (Low Earth Orbit- LEO).

Satelitii GEO se afla la o distanta de 35.786 Km, deasupra Ecuatorului. Datorita faptului ca au o mare acoperire, (trei astfel de sateliti asigura acoperirea pe intre Globul) acesti sateliti sunt folositi in comunicatiile international. Exista totusi si dezavantaje, cum ar fi : intarzierea de propagare (latenta), dintre momentul in care este transmis semnalul si momentul in care se intoarce pe pamant, este relativ mare; lipsa de acoperire in emisferele nordice si sudice; atat unitatea mobile, cat si un astfel de satelit, necesita o putere mare de transmisie.

Satelitii MEO orbiteaza in jurul Pamantului la o distanta de 5000-12000Km. Desi, aflandu-se pe o orbita mai joasa, timpul de intarziere este redus cu 60-140milisecunde/calatorie, sunt necesari 12 sateliti pentru a acoperi intreaga suprafata a Pamantului. Acesti sateliti realizeaza un echilibru intre avantajele si dezavantajele satelitilor celorlalte orbite.

Satelitii LEO orbiteaza la o distanta de 500-3000Km de Pamant, fiind nevoie de aproximativ 200 de sateliti pentru a realiza acoperirea. Sistemele LEO au o viata mai mica, de doar 5-8 ani fata de 12-15 ani, cat au sistemele GEO.

Pentru a facilita comunicatiile prin satelit si pentru a elimina interferenta dintre sisteme, standardele internationale guverneaza implementarea frecventelor utilizate de sateliti. Uniunea Internationala de Comunicatii (ITU) este responsabila pentru alocarea frecventelor serviciile satelit. Asfel, intreaga lume a fost impartita in trei regiuni: a) regiunea 1: Europa, Africa, Orientul Mijlociu, Mongolia si regiunea fostei Uniune Sovietice; b) regiunea 2: America de Nord si America de Sud si Groelanda; c) regiunea 3: restul Asiei, Australia si Pacificul de S-V.

Sistemele de sateliti permit accesul multiplu, mai multi utilizatori beneficiind in acelasi timp de serviciile oferite, fara a aparea interferente. Dintre numeroasele tipuri de tehnologii de acces multiplu enumeram: frequency division multiple access (FDMA), time division multiple access (TDMA) si code division multiple access (CDMA).

FDMA poseda abilitatea ca mai multe statii terestre sau utilizatori sa acceseze acelasi canal. Fiecarui utilizator ii este desemnat un canal de frecventa specific. Acest lucru se poate transforma intr-un dezavantaj, intrucat odata ce frecventa este desemnata utilizatorului, frecventa, atunci cand este in asteptare nu poate fi ajustata cu usurinta sau rapid la alti utilizatori.

In cadrul TDMA, fiecarui semnal provenit de la utilizator ii este alocat un interval de timp pentru fiecare transmisie periodica, de la expeditor la receptor. Pe durata intervalului intreaga frecventa este disponibila. Acest procedeu ofera prioritate utilizatorilor care au de transmis un volum mai mare de date, acestora fiindu-le allocate mai multe intervale.

25

In cadrul CDMA, utilizatorii folosesc aceeasi banda de frecventa dar folosesc semnale de spectru imprastiat cu coduri de semnal ortogonale.Aceasta tehnica mareste latimea canalului prin care trece semnalul, facandu-l astfel mai putin predispus interferentei. CDMA opereaza in trei moduri: direct sequency (DS), frequency hopping (FH) si time hopping (TH).

Fiecare comunicatie prin satelit implica transmisia informatiei de la o statie terestra la un satelit (uplink), urmata de o retransmisie a informatiei de la satelit inapoi la pamant (downlink). Prin urmare, satelitul trebuie sa cuprinda urmatoarele componente: o antena de receptie, un receptor, un emitator, o antena de emisie, un mecanism care sa conecteze uplink-ul cu downlink-ul, si o sursa de tensiune care sa puna in miscare sistemul electronic.

Fig. 10 Componentele de baza ale unei retele de satelit

1. Transmitatorii: cantitatea de putere, pe care trebuie sa o aiba transmitatorul satelitului, depinde de tipul satelitului, daca acesta este un satelit GEO sau LEO. Satelitul GEO se afla la o distanta de Pamant de 100 de ori mai mare decat satelitul LEO. Astfel , un satelit GEO ar avea nevoie de o putere de 10000 de ori mai mare decat cea a unui satelit LEO. Din fericire, pentru a reduce aceasta cantitate de putere, se pot ajusta alti parametri;

2. Antenele: design-ul unei antene reprezinta partea cea mai complicata din intregul sistem. Geometria antenei este constransa fizic de topologia si design-ul sistemului. O diferenta majora intre satelitii de tip GEO si cei de tip LEO este data de antenele lor. Intrucat toti receptorii sunt localizati in interiorul zonei de acoperire, care este relative mica, o antena poate concentra intreaga putere a satelitului in acea zona. Calea cea mai simpla de a realiza acest lucru este de a face antena mai mare, aceasta fiind principala modalitate prin care sistemele GEO compenseaza necesitatea de avea un transmitator de mare putere;

3. Sursa de energie: satelitul trebuie sa isi furnizeze singur energia de care are nevoie. Energia este adesea generate celule solare mari, ce convertesc lumina soarelui in electricitate. Intrucat exista o limita superioara in ce priveste marimea panoului solar, exista, de asemenea, o limita si pentru cantitatea de energie care poate fi generate. Satelitii sunt cu baterii, intrucat trebuie sa fie pregatiti pentru perioadele de eclipse, atunci cand pamantul se afla intre satelit si soare;

26

4. Transponderii (aparat radio destinat a răspunde unei impulsii radar) primesc semnale radio, le amplifica si le converteste la o alta frecventa necesara transmisiei. De exemplu un satelit GEO poate avea 24 de transponderi fiecare desemnat unei anumite perechi de frecvente (frecventele uplink si downlink).

27

Bibliografie

1. The Handbook of Ad-Hoc Wireless Network, Mohammad Ilyas, editura CRC Press,

2003;

2. Principles of Wireless Network, Kaveh Pahlavan, Prashant Krishnamurty, editura

Prentice Hall PTR, 2002;

3. Wireless Broadband Networks, David Tung Chong Wong, Peng-Yong Kong, Ying

Chang Liang, editura John Wiley & Sons, 2009;

4. Wireless Networks, P. Nicopolitidis, M.S. Obaidat, editura John Wiley & Sons, 2003;

5. 802.11 Wireless Networks. Security and Analysis, Alan Holt, Chi-Hu Huang, editura

Springer, 2010

28