Heterogeneous Networks. Spredt spektrum. Trådløst Ethernet. Trådløs kommunikasjon

Transkript

1 Trådløs kommunikasjon Heterogeneous Networks Low-tier atellite Regional Area High-tier Local Area 5/25/2007 INF Wide Area High Mobility Low Mobility eamless mobility across diverse overlay networks software agents for heterogeneity management IP as the common denominator? 5/25/2007 INF Trådløst Ethernet IEEE Tre overføringsmetoder predt spektrum (to typer) Diffus infrarød Avstand: 5 cm til 5 km predt spektrum kan sendes i alle retninger eller konsentreres i en bestemt retning Maksimum tillatt sendestyrke, derfor går bølgene lengst når de er rettet (vi har målt opp til 5 km.) predt spektrum prer signalet over et (stort) frekvensområde ignalet er skjult i dette området Tåler mye støy (interferens fra annet utstyr) To hoved-teknikker: Frekvens hopping: ender (og mottaker) hopper rundt i frekvensområdet og sender noen bit hvert sted Direkte sekvens: hvert bit i rammen representert ved flere bit i det fysiske signalet (OR-er med random sekvens) 5/25/2007 INF /25/2007 INF

2 Trådløs Ethernet Ethernet, Men 1: Når både A og C sender til B blir det kollisjon som ingen av dem oppdager A B C A og C ser ikke hverandre (skjulte noder) Collison Avoidance Multiple Access with Collison Avoidance (MA/CA) 1. En avsender spør en mottaker om å få lov å sende en viss stund (sendelengden) 2. Mottaker svarer tilbake til avsenderen: Klart til å sende Alle som hører en Klart til å sende vet de er nær mottakeren, og må ikke sende selv i dette tidsrommet Alle som bare hørte forespørselen om å sende (men ikke svaret) kan gjerne sende selv 5/25/2007 INF /25/2007 INF Bluetooth En global standard for trådløs konnektivitet 5/25/2007 INF Nett-topologi Piconet 2 eller flere Bluetooth enheter utgjør et piconet Enheter som er bundet sammen kan være master eller slave master kan samtidig knytte seg til maks. 7 slaver pr. piconet En spesifikk hopp-sekvens som bruker alle 79 RF kanalene brukes for forbindelsen (logisk kanal) Ved etableringen av et piconet, gir master sin klokke- og enhets-id til slaven. Unikt hopping-mønster for hvert piconet Alle enheter i et piconet hopper sammen Hvert piconet har en maksimum total datarate på 1 Mbit/s Ikke-piconet enheter er i standby 5/25/2007 INF M sb 2

3 Nett-topologi catternet 2 eller flere piconet danner et scatternet Høy-kapasitets system 10 piconet innen samme rekkevidde minsker dataraten med omtrent 10% Bluetooth enheter kan dele forskjellige piconet IEEE Trådløs MAN M P M sb P P sb 5/25/2007 INF /25/2007 INF Tids-Delt Duplex overføring (TDD) 5/25/2007 INF /25/2007 INF

4 Frekvens-Delt Duplex overføring (FDD) Oppsummering, trådløse nett Frekvens-spektret deles opp i unike frekvensbånd eller kanaler. Disse kanalene tilordnes brukere på forespørsel. Flere brukere kan ikke dele en kanal. Brukere tildeles en kanal som et par av frekvenser (fram- og tilbake-kanaler) FDD krever RF filtrering for å redusere interferens mellom tilstøtende kanaler. 5/25/2007 INF Tekniske attributter: Mobilitet, portabilitet Dekningsgrad Virkemåte IEEE standarder: Frekvensområde Frekvenshopping Trådløst Ethernet Tidsdelt dupleks (TDD) (WLAN; IEEE ) Interferens Bluetooth Innramming (WPAN; IEEE ) Adressering Trådløst MAN trømforbruk (WMAN; IEEE ) Qo ikkerhet 5/25/2007 INF Applikasjoner Abstrakt syntaks/overføringssyntaks Disposisjon overføringsproblematikk navnetjener world wide web epost Lokal repr. Applik.pros. Abstrakt syntaks kompilator Abstrakt kontekst Felles samtaleunivers Datastrukturer Operasjoner Abstrakt syntaks Lokal repr. Applik.pros. Koding og innpakking (marshalling) Overføringssyntaks Dekoding og utpakking (marshalling) 5/25/2007 INF /25/2007 INF

5 amtaleunivers Eksempel på samtaleunivers felles oppfatning av hva de to prosessene kan samarbeide om en mer formell beskrivelse: et sett av datastrukturer (resident del) operasjoner som kan utføres på disse strukturene (kommunisert over nettet) <Fligth> :: <Carrier>>Flight-no> <Origin><Departure-time> <Destination><Arrival-time> <Available-seats-class-1> <Available-seats-class-2> <Operations>:: <Type> <Carrier><Fligth-no> <Class><No-of-seats> <Type>:: Inquire Book-seats Cancel-seats resident del kommuniseres over nettet 5/25/2007 INF /25/2007 INF Marshalling/serialisering Navnetjener erialisering Applikasjonens datastruktur Marshalling konvertering serialisering innpakking Konvertere fra navn til adresser navn er brukervennlig adresser er nødvendig for fremsending av pakker husk; et endepunkt for en forbindelse er identifisert ved tripletten: IP-adresse; IP-AP (Protocol); T-AP (T-Port) ervice (for eks. mail) vel-kjent port 5/25/2007 INF /25/2007 INF

6 Navnehierarkiet og soner com edu mil gov org uk no se princeton berkeley arpa Generisk Land 5/25/2007 INF ifi uio baugi mjolnir skibladnir hver sone korresponderer med to eller flere navnetjenere en navnetjener kan implementere en eller flere soner Rot-sone adm. NIC fys The Web: the http protocol http: hypertext transfer protocol Web s application layer protocol client/server model client: browser that requests, receives, displays Web objects server: Web server sends objects in response to requests http1.0: RFC 1945 http1.1: RFC 2068 PC running Explorer Mac running Navigator http request http response http request http response erver running NCA Web server Port 80 is default for http server. 5/25/2007 INF The http protocol: more Electronic Mail ending/receiving Mail http is stateless server maintains no information about past client requests Addresses User Agent MIME Mail Transfer Agent Mail Access Protocols 5/25/2007 INF /25/2007 INF

7 delivery Multimedia Protocols 5/25/2007 INF /25/2007 INF High Data Volume Throughput Higher volume than for traditional data Longer transactions than for traditional data Requires Performance and bandwidth Resource management techniques Compression Compression General Requirements Typical values Uncompressed video: Mbit/s Uncompressed audio (CD): 1.4 Mbit/s Uncompressed speech: 64 Kbit/s Compressed audio & video (VoD): down to Mbit/s Compressed audio & video (Conf.): down to 128 Kbit/s Compressed speech: down to 6.2 Kbit/s 5/25/2007 INF /25/2007 INF

8 Example: MPEG-1 International tandard: Moving Pictures Expert Group Compression of audio and video for playback (1.5 Mbit/s) Real-time decoding equence of I-, P-, and B-Frames I-Frames intra-coded B-Frames bi-directionally coded P-Frames predictive coded Application Level Framing [Clark/Tennenhouse 1990] Give application more control Application understands meaning of data Application should have the option of dealing with a lost data Reconstitute the lost data (recompute/buffer by applications) Ignore the lost data Application level framing Application breaks the data into suitable aggregates Application Data Units (ADUs) Lower layers preserve the ADU frame boundaries ADU takes place of packet as the unit of manipulation 5/25/2007 INF /25/2007 INF Real-time Transport Protocol (RTP) Real-time Transport Protocol (RTP) RFC 3550 (replaces RFC 1889) Designed for requirements of real-time data transport NOT real-time NOT a transport protocol Two Components Real-Time Transfer Protocol (RTP) RTP Control Protocol (RTCP) Provides end-to-end transport functions calable in multicast scenarios Media independent Mixer and translator support RTCP for Qo feedback and session information 5/25/2007 INF RTP Packet Format Typical IETF RFC bit-exact representation a longword (32 bit) a byte V=2 P X CC M PT EQ TT synchronization source (RC) identifier +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ contributing source (CRC) identifiers... header extension payload (audio, video,...)... 5/25/2007 INF

9 RTP Profile (RFC 1890) RTP Quality Adaptation et of standard encodings and payload types Audio: e.g. PCM-u, GM, G.721 Video: e.g. JPEG, H.261 Application Decoding Encoding RTP RTCP Application Encoding Decoding RTCP RTP Number of samples or frames in RTP packet ample-based audio: no limit on number of samples Frame-based audio: several frames in RTP packet allowed Clock rate for timestamp Packetized audio: default packetization interval 20 ms Video: normally 90 khz, other rates possible UDP/IP Component interoperations for control of quality Evaluation of sender and receiver reports Modification of encoding schemes and parameters Adaptation of transmission rates Hook for possible retransmissions (outside RTP) UDP/IP 5/25/2007 INF /25/2007 INF RTP Control Protocol (RTCP) Companion protocol to RTP (tight integration with RTP) Monitoring of Qo of application performance Feedback to members of a group about delivery quality, loss, etc. ources may adjust data rate Receivers can determine if Qo problems are local or network-wide Loose session control Convey information about participants Convey information about session relationships Automatic adjustment to overhead report frequency based on participant count Typically, RTP does... means RTP with RTCP does... 5/25/2007 INF RTCP ender / Receiver Reports ender report Header ender Information ender Information Timestamps Reception Report Packet Count, Byte Count... Reception Report List of statistics per source Profile pecific Extensions Receiver report For each source Loss statistics Inter-arrival jitter Timestamp of last R Header Delay between reception of last R and Reception Report sending of RR... Analysis of reports Reception Report Profile pecific Extensions Cumulative counts for short and long time measurements NTP timestamp for encoding- and 5/25/2007profile independent monitoring INF

10 ignaling Protocols Applications differ Media delivery controlled by sender or receiver ender and receiver meet before media delivery ignaling should reflect different needs Media-on-demand Receiver controlled delivery of content Explicit session setup Internet telephony and conferences: Bi-directional data flow, live sources (mostly) explicit session setup, mostly persons at both ends Internet broadcast ender announces multicast stream No explicit session setup 5/25/2007 INF Real-Time treaming Protocol (RTP) Internet media-on-demand elect and playback streaming media from server imilar to VCR, but Potentially new functionality Integration with Web ecurity Varying quality Need for control protocol tart, stop, pause, RTP is also usable for Near video-on-demand (multicast) Live broadcasts (multicast, restricted control functionality)... 5/25/2007 INF RTP Integration ession Initiation Protocol (IP) HTTP server RTP server data source media server HTTP GET presentation description file RTP ETUP RTP OK RTP PLAY RTP OK RTP TEARDOWN RTP OK RTP VIDEO RTP AUDIO RTP plug-in AV subsystem web browser 5/25/2007 INF Lightweight generic signaling protocol Internet telephony and conferencing Call: association between number of participants ignaling association as signaling state at endpoints (no network resources) everal services needed Name translation User location Feature negotiation Call control Changing features 5/25/2007 INF