Trådløs kommunikasjon 5/25/2007 INF3190 1

Trådløs kommunikasjon 5/25/2007 INF3190 1

Heterogeneous Networks Low-tier Satellite Regional Area High-tier Wide Area High Mobility Local Area Low Mobility Seamless mobility across diverse overlay networks software agents for heterogeneity management IP as the common denominator? 5/25/2007 INF3190 2

Trådløst Ethernet IEEE 802.11 Tre overføringsmetoder Spredt spektrum (to typer) Diffus infrarød Avstand: 5 cm til 5 km Spredt 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.) 5/25/2007 INF3190 3

Spredt spektrum Sprer signalet over et (stort) frekvensområde Signalet er skjult i dette området Tåler mye støy (interferens fra annet utstyr) To hoved-teknikker: Frekvens hopping: Sender (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 INF3190 4

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) 5/25/2007 INF3190 5

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 INF3190 6

Bluetooth En global standard for trådløs konnektivitet 5/25/2007 INF3190 7

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 INF3190 8 M S sb S S

Nett-topologi Scatternet 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 S M P M sb P S P S sb S 5/25/2007 INF3190 9

IEEE 802.16 Trådløs MAN 5/25/2007 INF3190 10

5/25/2007 INF3190 11

Tids-Delt Duplex overføring (TDD) 5/25/2007 INF3190 12

Frekvens-Delt Duplex overføring (FDD) 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 INF3190 13

Oppsummering, trådløse nett Tekniske attributter: Mobilitet, portabilitet Dekningsgrad Frekvensområde Frekvenshopping Tidsdelt dupleks (TDD) Interferens Innramming Adressering Strømforbruk QoS Sikkerhet Virkemåte IEEE standarder: Trådløst Ethernet (WLAN; IEEE 802.11) Bluetooth (WPAN; IEEE 802.15) Trådløst MAN (WMAN; IEEE 802.16) 5/25/2007 INF3190 14

Applikasjoner Disposisjon overføringsproblematikk navnetjener world wide web epost 5/25/2007 INF3190 15

Abstrakt syntaks/overføringssyntaks 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 INF3190 16

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) 5/25/2007 INF3190 17

Eksempel på samtaleunivers <Fligth> :: <Carrier>>Flight-no> <Origin><Departure-time> <Destination><Arrival-time> <Available-seats-class-1> <Available-seats-class-2> resident del <Operations>:: <Type> <Carrier><Fligth-no> <Class><No-of-seats> <Type>:: Inquire Book-seats Cancel-seats kommuniseres over nettet 5/25/2007 INF3190 18

Marshalling/serialisering Serialisering Applikasjonens datastruktur Marshalling konvertering serialisering innpakking 5/25/2007 INF3190 19

Navnetjener 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-SAP (Protocol); T-SAP (T-Port) Service (for eks. mail) vel-kjent port 5/25/2007 INF3190 20

Navnehierarkiet og soner Generisk Land com edu mil gov org uk no se Rot-sone adm. NIC princeton berkeley arpa uio ifi fys baugi mjolnir skibladnir hver sone korresponderer med to eller flere navnetjenere en navnetjener kan implementere en eller flere soner 5/25/2007 INF3190 21

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 Server running NCSA Web server Port 80 is default for http server. 5/25/2007 INF3190 22

The http protocol: more http is stateless server maintains no information about past client requests 5/25/2007 INF3190 23

Electronic Mail Sending/Receiving Mail Addresses User Agent MIME Mail Transfer Agent Mail Access Protocols 5/25/2007 INF3190 24

Email delivery 5/25/2007 INF3190 25

Multimedia Protocols 5/25/2007 INF3190 26

High Data Volume Throughput Higher volume than for traditional data Longer transactions than for traditional data Requires Performance and bandwidth Resource management techniques Compression Typical values Uncompressed video: 140 216 Mbit/s Uncompressed audio (CD): 1.4 Mbit/s Uncompressed speech: 64 Kbit/s Compressed audio & video (VoD): down to 1.2 4 Mbit/s Compressed audio & video (Conf.): down to 128 Kbit/s Compressed speech: down to 6.2 Kbit/s 5/25/2007 INF3190 27

Compression General Requirements 5/25/2007 INF3190 28

Example: MPEG-1 International Standard: Moving Pictures Expert Group Compression of audio and video for playback (1.5 Mbit/s) Real-time decoding Sequence of I-, P-, and B-Frames I-Frames intra-coded B-Frames bi-directionally coded P-Frames predictive coded 5/25/2007 INF3190 29

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 INF3190 30

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 Scalable in multicast scenarios Media independent Mixer and translator support RTCP for QoS feedback and session information 5/25/2007 INF3190 31

RTP Packet Format Typical IETF RFC bit-exact representation a longword (32 bit) a byte 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ V=2 P X CC M PT SEQ +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ TST +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ synchronization source (SSRC) identifier +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ contributing source (CSRC) identifiers... +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ header extension +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ payload (audio, video,...)... +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 5/25/2007 INF3190 32

RTP Profile (RFC 1890) Set of standard encodings and payload types Audio: e.g. PCM-u, GSM, G.721 Video: e.g. JPEG, H.261 Number of samples or frames in RTP packet Sample-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 5/25/2007 INF3190 33

RTP Quality Adaptation Application Application Decoding Encoding Encoding Decoding RTP RTCP RTCP RTP UDP/IP 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) 5/25/2007 INF3190 34

RTP Control Protocol (RTCP) Companion protocol to RTP (tight integration with RTP) Monitoring of QoS of application performance Feedback to members of a group about delivery quality, loss, etc. Sources may adjust data rate Receivers can determine if QoS 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 INF3190 35

RTCP Sender / Receiver Reports Sender report Sender Information Timestamps Packet Count, Byte Count List of statistics per source Receiver report For each source Loss statistics Inter-arrival jitter Timestamp of last SR Delay between reception of last SR and sending of RR Analysis of reports Cumulative counts for short and long time measurements NTP timestamp for encoding- and profile independent monitoring Header Sender Information Reception Report Reception Report Profile Specific Extensions 5/25/2007 INF3190 36... Header Reception Report... Reception Report Profile Specific Extensions

Signaling Protocols Applications differ Media delivery controlled by sender or receiver Sender and receiver meet before media delivery Signaling 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 Sender announces multicast stream No explicit session setup 5/25/2007 INF3190 37

Real-Time Streaming Protocol (RTSP) Internet media-on-demand Select and playback streaming media from server Similar to VCR, but Potentially new functionality Integration with Web Security Varying quality Need for control protocol Start, stop, pause, RTSP is also usable for Near video-on-demand (multicast) Live broadcasts (multicast, restricted control functionality)... 5/25/2007 INF3190 38

RTSP Integration HTTP server HTTP GET presentation description file RTSP server RTSP SETUP RTSP OK RTSP PLAY RTSP OK RTSP TEARDOWN RTSP OK RTSP plug-in data source RTP VIDEO RTP AUDIO AV subsystem media server web browser 5/25/2007 INF3190 39

Session Initiation Protocol (SIP) Lightweight generic signaling protocol Internet telephony and conferencing Call: association between number of participants Signaling association as signaling state at endpoints (no network resources) Several services needed Name translation User location Feature negotiation Call control Changing features 5/25/2007 INF3190 40