Hálózati architektúrák és rendszerek

Hálózati architektúrák és rendszerek Hozzáférési hálózatok Szélessávú vezetéknélküli elérés (BWA – Broadband Wireless Access) – 3. ea. †WMAN-ok

1

A tárgy felépítése (1) † †

† †

† †

Lokális hálózatok. Az IEEE architektúra. Ethernet Csomagkapcsolt hálózatok „ „ „

IP-komm. Az Internet Végpontok közötti kapcsolat, transzport-prot., TCP, UDP A TCP/IP protokoll-család. Alkalmazási példa: VoIP

„

PSTN, ISDN, 2. generációs cellás mobil-rendszerek

„ „ „

SDH – Synchronous Digital Hierarchy ATM – Asynchronous Transfer Mode MPLS – Multi-Protocol Label Switching

„ „

Alapok Wavelength routing és csomagkapcsolás

Áramkörkapcsolt hálózatok

Kapcsolat-orientált hálózatok

3. generációs mobil rendszerek Optikai kommunikáció

2

A tárgy felépítése (2) †

†

† † †

Hozzáférési hálózatok: „ „ „

xDSL FTTx, xPON CATV

„ „ „ „

Áttekintés PAN, Bluetooth WiFi WiMAX

„ „

A távközlési megközelítés NGN a mobil világban: 4G vagy B3G (Beyond-3G)

Szélesávú vezetéknélküli hozzáférés (BWA – Broadband Wireless Access)

Újgenerációs hálózatok (NGN – Next Generation Networks) Tervezési kérdések Összefoglalás, tartalék

3

BWA: Wireless MAN Az IEEE 802.16/ETSI HiperMAN szabványokon alapuló megoldások

4

IEEE 802.16 - WiMAX † WiMAX = WiMAX Forum † WiMAX Forum: „Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum † A WiMAX Forum munkájának alapja az IEEE 802.16 és az ETSI HiperMAN szabványok † WiMAX Forum: „ „ „ „

Kompatibilitás a szabvánnyal – tanúsítványt ad ki Együttműködési (interoperability) tesztek és tanúsítás A Wireless MAN szabványok és megoldások propagálása A WMAN-ok terjesztésének előmozdítása, a szabályozó szervezetek befolyásolásával

† WiMAX és 802.16/HiperMAN szinonímaként használják, tehát a WiMAX-ot a rendszertechnika megjelölésére is

5

Szélessávú vezetéknélküli hozzáférési technikák: összehasonlítás

6

WLAN <-> WMAN WLAN Typical max. coverage

WiMAX

Inferior to 100 m

12 ~ 15 km (LOS), 1~2 km (NLOS)

Optimisation

For indoor short range spaces

For NLOS environments (2-11 GHz band). Supports advanced antenna techniques

Scalability

LAN application. The number of users can vary between one to several tens, with a subscriber per CPE

Bit Rate

Maximum spectral efficiency 2,7 b/s/Hz. 54 Mb/s in 20 MHz channels.

QoS

Without QoS support

Efficient support of hundreds of SSs with a limited number of users per SS. Flexible bandwidth channels ranging 1.520 MHz. Maximum spectral efficiency 5 b/s/Hz. 100 Mb/s in 20 MHz. channels Native MAC QoS support. Service differentiation levels 7

Alkalmazások (1): WiMAX & WiFi kombinációja a hatótávolság növelése céljából

WiMAX Base Station WiMAX beltéri lefedés

WiMAX SS with WiFi

WiMAX kültéri lefedés

WiMAX SS WiFi-vel

Dedikált WiMAX SS

WiFi kiterjesztés 8

Alkalmazások (2): WiMAX „backhaul” WiFi Hot-Spot-ok számára WiMAX Base Station

WiMAX lefedés

WiFi Hot-Spot-ok

9

Alkalmazások (3): „Self-backhauling” WiMAX SS

Core Network WiMAX SN

Backhaul

WiMAX Base Station (SC)

WiMAX SS

WiMAX lefedés

10

Alkalmazások (4): Ideiglenes telepítések

4

Core Network Hordozható p-p mikrohullámú link és WiMAX Base Station

11

A WiMAX-alapú szolgáltatások piaca † Elsődlegesen új piacralépők számára † Speciális üzleti lehetőségek („niche market”) az „inkumbens” szolgáltató számára „ Nincs vezetékes hálózat „ A meglevő vezetékes hálózati infrastruktúra nem megfelelő (sebesség, megbízhatóság stb.) „ Túl drága lenne kiépíteni vezetékes infrastruktúrát „ Gyors telepítésre van szükség „ Csak ideiglenes szolgáltatásra van szükség 12

WiMAX városi és elővárosi területeken † A maradék ADSL piac ellátása (100%-os ellátottság elérésére) † Hotspots - hot zones † „Backhaul” összeköttetések (forgalomfelhordás), cellás rendszerekben is (bérelt összeköttetések kiváltása) † Amikor gyors telepítésre van szükség

13

A WiMAX ritkán lakott területeken (1) † Az ADSL versenytársa rurális területeken, ahol nehéz kiépíteni, kábel TV sincs † Az inkumbens szolgáltató számára a WiMAX a DSL kiegészítő technologiája † Rurális környezetben gyakran van lehetőség közvetlen rálátásos összeköttetésekre, ami egyszerűbb hálózatfelépítést és nagyobb sebességeket tesz lehetővé 14

A WiMAX ritkán lakott területeken (2) † A WiMAX QoS képességei lehetővé teszik VoIP- és video-szolgáltatások nyújtását (az UGS: Unsolicited Grant Services alkalmazásával); míg az adatátvitel Best Effort jelleggel történhet † A beszéd és a nagysebességű adatszolgáltatások mellett streaming video szolgáltatások is nyújthatók

15

Az IEEE 802.16 család † 802.16c (2002. dec.) – 10-66 GHz LOS

„ 70 Mbit/s-ig, 50 km-ig

† 802.16a (2003. jan.) – 2-11 GHz, LOS, NLOS

„ 100 Mbit/s-ig 20 MHz-es csatornákon, 6-8 km cellasugárral

† 802.16b – az 5 GHz engedélymentes sávban való működésre † 802.16d, másnéven 802.16-2004. Magában foglalja a 16a-t és a 16c-t † 802.16e (2004. szept.) – mobilitás-támogatás

„ átfedés a 802.20-szal

† 802.16f, 802.16g (2004. aug.) – hálózat-menedzsment † Megj.: az ETSI HiperMAN = a 802.16-2004 részhalmaza (256 OFDM PHY) 16

Az IEEE.802.xx BWA-k architektúrája 802.2 LLC

802.3

…

802.11 WLAN

802.15 WPAN

802.16 WMAN

802.20 Wireless Metro LAN

Ez azt jelenti, hogy az Ethernet-hez hasonlóan MAC- és PHY-ből áll az architektúra, alrétegekkel, plusz security és management funkciók 17

18

19

Fizikai réteg: topológia † Cellák „ Bázisállomás (Base Station - BS), “sector controller”-nek is nevezik, úgy vannak felszerelve antennákkal, hogy mindegyik egy-egy szektorban elhelyezkedő előfizetői állomásokat (subscriber stations - SS) „ uplink/-downlink, point-to-multipoint

† A mesh-topológia opcionális 20

Az Európában használható frekvenciasávok

Frequency band [MHz] 2400-2483,5 3400-3800 5470-5725 5725-5875 10150-10300 10500-10650

EIRP max. [W]

Use for WiMAX**

Licensing

0,1 Not limited* 1 0,25 Not limited* Not limited*

No Yes Yes Currently No For 802.16a For 802.16a

No Yes No No Yes Yes

21

PHY-specifikációk SC Frequency 10-66 GHz Modulation QPSK, 16QAM, 64QAM No. of N/A subcarriers Duplexing TDD, FDD Channel 28 MHz Bandwith

SCa 2-11 GHz BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM N/A

OFDM 2-11 GHz QPSK, 16QAM, 64QAM

OFDMA 2-11 GHz QPSK, 16QAM, 64QAM

256

2048

TDD, FDD TDD, FDD TDD, FDD 1,75-20 MHz 1,75-20 MHz 1,75-20 MHz

22

BPSK, QPSK

23

16QAM

24

OFDM † OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing „ „

5 GHz-es ISM sávban Akár 54 Mb/s-os átviteli sebesség † †

A frekvenciatartomány több apró szeletre osztva Az átvivendő jelet is részekre osztjuk

† Egyidejűleg több frekvencián (alvivőn) is átvitel, nagyobb átviteli sebesség

„ „ „

A hagyományos FDM-ben védősávok az interferenciák elkerülésére †

Kevesebb lehetséges frekvenciaszelet

†

Az egyes alvivők középfrekvenciáján a többi jel nulla értéket vesz fel

†

52 frekvencia - 48 az adatoknak, 4 a szinkronizációhoz

Az OFDM-ben ortogonális frekvenciák

Nagyon érzékeny a vevők szinkronizálására

Hálózati technológiák és alkalmazások

25

2008.04.01

OFDM

26

„Adaptív moduláció”

27

28

NLOS és LOS terjedés

29

LOS-NLOS-környezet

30

A MAC fő (új) tulajdonságai Control Plane Admission Admissioncontrol control

•• beengedés-szabályozás: beengedés-szabályozás: biztosítja, biztosítja,hogy hogyaz azújúj adatfolyam adatfolyamne nerontsa rontsaaa meglevők meglevőkminőségét minőségét

Data Plane Scheduling: Scheduling:

•• traffic trafficscheduling schedulingQoS QoS biztosításához biztosításához(traffic (trafficclass) class)

Type Typeof ofservices services

•• Unsolicited UnsolicitedGrant GrantServices Services(UGS) (UGS) •• Real-Time Real-TimePolling PollingServices Services(rtPS) (rtPS) •• Non-Real-Time Non-Real-TimePolling PollingServices Services(nrtPS) (nrtPS) •• Best BestEffort Effort(BE) (BE)Services Services 31

Types of service † †

UGS – Unsolicited Grant Services „ „

CBR-jellegű (T1/E1 emulation, VoIP szünetdetekció nélkül) Adási jog periódikusan

„

Szolgáltatásokhoz, amelyek változó hosszúságú csomagokat generálnak, periódikusan (MPEG video, VoIP szünetdetekcióval) Az előfizetői állomás explicit kérései alapján, amely az időtartamokat is tartalmazza

rtPS – Real Time Polling Service

„

†

nrtPS – Non-Real-Time Polling Service „ „

†

Változó hosszúságú börsztös adatátvitelre A CID-eket a bázisállomás periódikusan lekérdezi, tipikusan 1 s-onként

BE – Best Effort Service „ „

Web-hozzáférés Nincs átviteli vagy késleltetési garancia 32

MAC - CS † Funkciói: „ PDU-k vétele a magasabb rétegektől „ PDU-k osztályozása „ Továbbítás a MAC SAP-re „ CS-PDU-k vétele a partnertől † Két MAC-CS specifikáció „ ATM CS † Klasszifikáció † Fejrész-kompresszió † SVC-k és PVC-k biztosítása

„ Packet CS

† Klasszifikáció † Fejrész-kompresszió † Bármilyen csomag-alapú protokoll tám.: IP, PPP, … 33

MAC - CPS † A közös vezeték-nélküli csatorna használatának vezérlése † BS -> SS (downlink): central control † SS -> BS (uplink): igény szerinti többszörös hozzáférés; a BS vezérlésével „ Polling „ Sávszélesség-igénylés = “poll/grant” mechanizmus

† Timing mechanizmus 34

Mobility extension (802.16e) – összehasonlítás a 802.20-szal és a 3G mobil-lal Spectrum Frequency Bands Range Mobility Station Power LOS/NLOS Latency Roaming Bandwidth Data links Architecture

IEEE 802.16e Licensed Unlicensed 2-11 GHz

Vehicular Speed Mobility 120 km/h

IEEE 802.20 Licensed

3G (without HSDPA) Licensed

Below 3.5 GHz

Below 2.7 GHz

Metropolitan Area Access Vehicular Speed Mobility Vehicular Speed Mobility 250 km/h 120 km/h Battery NLOS

Low Local/regional < 5 MHz High efficiency downlinks and uplinks Packet oriented

Low Global < 5 MHz High efficiency downlinks and uplinks Packet oriented

High Global < 5 MHz Medium efficiency downlinks, low efficiency uplinks Circuit switched, evolving to packet on data downlink

35

802.16 MAC keretstruktúra

36

A downlink alkeret (subframe)

37

DL-MAP üzenetformátum

38

DL-MAP IE

39